FPGA数字电压表的设计方案.docVIP

湖南科技学院 课程设计任务书 课 题 名 称 数字电压表设计 系 别 电子工程系 专 业 电子科学与技术 班 级 电科1001班 学 号 201006003118 姓 名 安启祥 指 导 老 师 梁晓琳 2012年12月9日 基于FPGA数字电压表的设计 一、前言 EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。 EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。本电压表的电路设计正是用VHDL语言完成的 。此次设计采用的是Altera公司 的Quartus II 7.0软件。本次设计的参考电压为2.5V,精度为0.01V。此电压表的设计特点为通过软件编程下载到硬件实现,设计周期短,开发效率高。 二、设计要求 设计一个数字电压表，利用8位A/D转换器，将连续的模拟电信号转换成离散的数字电信号，并加以显示，要求其量程为0-2.5V，分辨率约为0.01V，三位数码管显示。其中一位为整数，两位为小数能正确显示小数点。 整体设计 数字电压表的基本原理 数字电压表整体设计框图，如下图所示，数字电压表系统由A/D（TLC549）转换模块、FPGA控制模块、数码显示模块三部分构成。FPGA控制模块控制外部A/D转换器自动采样模拟信号，通过A/D芯片转换为数字信号，再由FPGA控制模块控制数码管动态扫描向外部数码管显示电路输出数据。 A/D转换器负责采集模拟电压，转换成8位数字信号送入FPGA转换控制模块，FPGA转换控制模块负责A/D转换的启动、地址锁存、输入通道选择、数据读取、转换等工作，数码显示模块负责显示当前的电压值。 A/D（TLC549）转换模块 TLC549是 TI公司生产的一种低价位、高性能的8位 A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D转换，其转换速度小于 17us，最大转换速率为 40000HZ，4MHZ典型内部系统时钟，电源为 3V至 6V。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。 部分设计程序 TLC549模块： module TLC549(clk,reset,sdata,cs,dataout,clk_ad); input clk; input reset,sdata; output [7:0]dataout; output clk_ad,cs; reg [7:0]dataout,dataout_r; reg cs; reg clk_ad_r,clk_r; reg [7:0]count; reg [2:0]temp; reg [3:0]cnt; reg mark; reg flag; parameter[2:0]s0=0,s1=1,s2=2; reg [2:0]c_st; //内部逻辑功能描述 always@(posedge clk) //分频电路 begin if(count119) count=count+1; else begin count=0;clk_r=~clk_r;end end always@(posedge clk) //时钟信号 begin clk_ad_r=~clk_r; end always@(posedge clk_r or negedge reset) //状态机 begin if(!reset) c_st=s0; else case(c_st) s0:begin cs=1;mark=0; if(temp==3)begin temp=0; c_st=s1;end else begin temp=temp+1;c_st=s0;end end s1:begin cs=0;mark=1;c_st=s2;end s2:begin cs=0;mark=1; if(flag==1)c_st=s0; else c_st=s2; end default:c_st=s0; endcase end A/D转换模块： module lookup(V,q); input [7:0]V; output [11:0]q; reg [11:0]q; reg [11:0]HB,LB; wire d1,