北邮数电实验报告简易电压表.docx

PAGE \* MERGEFORMAT18 2015电子工程学院数字电路与逻辑设计实验设计报告 简易数字电压表 摘要 本设计采用电子设计自动化（electronic design automation, EDA）中的VHDL语言，功能涵盖电路描述、电路综合、电路仿真三大电路设计内容。此次设计使用Quartus II 是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件。此次设计的电压表测量范围是0~5V，精度为0.001V并有溢出提醒、连续测量、复位等功能。采用查表的方式完成数据处理部分，资源得以大大节省。 关键词：EDA， VHDL, 电压表， 查表法处理数据 Abstract This design uses the VHDL language of EDA, which Includes description, integrated circuit, circuit simulation three circuit design content. This design uses Altera companies’ software named Quartus II, which is comprehensive PLD/FPGA development software. This voltmeter’s range of measurement is 0V to 5V and precision is 0.001V. This voltmeter also has overflow warning, continuous measurement and reset button. Data processing part uses checking table method to save resource. Keywords: EDA, VHDL, voltmeter, checking table method 设计要求 1.基本要求： 使用实验板上的串行AD芯片ADS7816。 测量对象：1~2节干电池。 AD参考电压：5V。 用三位数码管显示测量结果，保留两位小数。 被测信号超过测量范围有溢出显示并有声音提示。 按键控制测量和复位。 2.提高要求： 能够连续测量。 自拟其他功能。 二、系统方案 基于ADS7816的模数转换模块，查表法数据处理模块，译码器数码管扫描显示模块，溢出报警模块 1．方案论证与比较： .模数转换方式的选择 方案1： 采用将所有ADS7816的CS端为0时传出数据存储下来。先传出的1至15个数据为从高向低位数据且头三位为无效数据，后反向传输一遍。此种方法既浪费了存储空间，又使运算速度降低保留了大量无用数据，但是保存数据完整。 方案2： 采用每当ADS7816有15个时钟经过时就将CS至1，使其重新开始正向输出数据。这种方式只需存储15个数据其中只有3个数据为无效数据，因此只浪费三个存储空间。 综合方案1和2的优缺点，本设计采用了第2种方案。相比第1种浪费了一倍存储空间存储无用数据且减慢运算速度，第二种方案更为节省资源且使数据简单有效。虽然数据不是完整数据，但是所必须数据齐全，不影响后续功能。运算速度可提升一倍。下图1为ADS7816的时序图，可较好说明此点。 图1.ADS7816时序图 2).数据处理模式的选择 方案1： 采用直接运算法，将收集的12位二进制数据转换为十进制数，后对应5V量程比例，直接转换为相应数值，运算式为 X=X/4096*5000。此时的X即为所测得电压值的1000倍。此方案所得电压值准确，但是逻辑单元会占用到67%。 方案2： 采用查表法，将5V分成4096个值，每个值代表0.001220703V。将收集到的12位二进制数据，对应找到其代表的电压值。此方案大幅减少电路的运算，可将逻辑单元占用减少到13%，但是数据是人为规定的有一定误差。 综合方案1和方案2，本系统选用方案2。相比于方案1此方案实现难度虽然较高要经过大量人工计算，有误差但是在允许范围内，且节约大量资源，使此方案具有更高价值。 2.总体方案描述： 本设计将基于ADS7816的AD转化模块输出的15位数据仅保留后12位，后将此12位输出接入数据处理模块，经过数据处理模块将此12位数据转换为16BCD码输出给译码器数码管显示模块。由于题目要求溢出提醒，所以在12位输出后还接入一个溢出报警模块，当12位输出全为1既满量程时，就将报警。最后由于此板子的CLK为50MHZ而ADS7816识别的最高频率为200kHZ,所以在ADS7816的时钟输入前加入了分频器。且人眼识别1kHZ就已经无法分辨，所以在数据传输和数码管前也分别加了两个分频器。下图2为总体模块图，图3为总体框图。 图2.总体模块