1。2设计目标论文网

基于VHDL的数字电压表设计,即利用VHDL语言编程来完成数字电压表的设计。以一片可编程逻辑器件FPGA作为控制核心，利用VHDL语言编写A/D转换器的控制、BCD数码转换和译码显示的程序即可实现数字电压表的功能。该数字电压表不仅能完成数字逻辑的基本功能，而且具有系统级设计的优势。用硬件描述语言决定系统功能，可以保证硬件条件不变来根据需要修改程序，方便功能的更新和扩展，显著提高灵活性和适应性[[]]。

2设计方案

本设计方案主要由A/D转换器、FPGA控制芯片和液晶显示器显示器组成。以FPGA作为控制核心控制A/D转换电路实现电压采集和转换等动作， 并且用LCD1602液晶显示器显示当前测量的电压值。该数字电压表的系统主要由三个功能模块组成，如图2。1所示。A/D转换模块、FPGA控制模块及LCD1602液晶显示模块。每个功能模块均用VHDL语言编程设计，程序通过EDA工具QUARTUSⅡ软件进行仿真验证。系统框图如图2-1所示。

图2-1 系统总体设计框图

采用FPGA芯片和VHDL语言设计的数字电压表，优点很多，比如逻辑单元更加灵活、体积小、集成度高及适用范围广等等，另外大规模和超大规模的集成电路均可实现，而且编程灵活、调试方便[[ ]]。很大程度的克服了另外两种方案的不足，很好的体现了自己独特的优势。

2。1数字电压表的工作原理

    数字电压表的工作原理是FPGA在一定的频率下工作，输出ADC0809的控制信号；ADC0809根据控制信号对输入信号进行采样，把模拟量变成数字量，然后输送到FPGA中；FPGA将数字量进行码制转换，将转换后的BCD码输送入数码管中[[]]。由数字电压表的工作原理可知，FPGA控制核心是由三功能模块组成，如图2-2所示。

（1）模数控制模块中，激活模数转换器动作、接收模数转换器输送过来的数字转换值。

（2）在BCD码制变换模块中，将接收到的转换值转变成对应的数字信号。  文献综述

（3）译码模块，产生LCD液晶显示器的片选信号，并将住址处理模块输出的BCD码译成相应的LCD1602液晶显示器驱动值。   

                       图2-2  FPGA功能模块设计原理图

2。2 ADC0809的工作原理

ADC0809是8位COMS连续渐进式（Successive Approximation Method）的A/D转换器，这类型的模数转换器转换速度快，分辨率高，价钱便宜，微电脑的接口设计上运用较为广泛。而且三态锁定输出[[]] ，下面将介绍ADC0809的内部结构、转换原理和控制方法。ADC0809模数转换器，它的管脚图如图2-3所示。

图2-3     ADC0809模数转换器

ADC0809与FPGA连接图如图2-4所示。频率计算方式是：

              fCK＝1/(1。1×R×C)     

图2-4    ADC0809与FPGA连接图

（3）ADC0809的时序控制如图2-5。由图可知，控制ADC0809动作信号的应该只有/CS、/WR、/RD。

图2-5      ADC0809控制信号时序图

2。3 FPGA的设计流程

FPGA设计的流程如图2-6所示。主要由六个设计阶段构成。

图2-6   FPGA设计的一般流程

2。4 VHDL硬件描述语言来:自[优.尔]论,文-网www.youerw.com +QQ752018766-

采用VHDL语言的设计硬件电路系统，其设计流程一般可以分为以下几个步骤。①硬件电路系统设计要求的定义。②编写描述硬件电路系统功能的VHDL语言程序。③VHDL语言程序的模拟。④VHDL语言的综合、优化和布局布线。⑤布局布线后的设计模拟。⑥器件的编程[[]]。设计人员在从事硬件电路系统的合计过程中，编写VHDL语言程序之前必须非常明确的认识硬件电路系统的设计目的和设计要求。