基于FPGA的模拟信号检测处理系统设计与仿真.ppt

基于FPGA的模拟信号检测处理系统设计与仿真 一、引言 随着科学技术的进步，电子器件和电子系统设计方法日新月异，电子设计自动化（Electronics Design Automation，EDA）技术正是适应了现代电子产品设计的要求，吸收了多学科必威体育精装版成果而形成的一门新技术。随着基于FPGA的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。为保证电子产品设计的速度和质量，适应“第一时间推出产品”的设计要求，EDA技术已成为不可缺少的一项先进技术和重要工具。 这次研究设计的“基于FPGA的模拟信号检测处理系统”就是运用可编程逻辑器件为主系统芯片，用VHDL对其进行设计开发，系统完全依靠于数字化的测量，采用VHDL硬件描述语言，以FPGA器件作为控制的核心，使整个系统显得尤为精简，能达到所要求的技术指标，具有灵活的现场更改性，还有处理速度快，实时性好、可靠、抗干扰性强等优点。 该课题是基于FPGA设计。实际上仍然采用VHDL语言编写源程序，并且通过Max+PlusⅡ 10.0进行编译、仿真和下载实现其功能。模拟信号检测处理系统大致结构可以分为七个主要部分，即：8位二进制循环加法计数器、数据锁存器、数据处理模块、片选信号模块、进制转换模块、小数点控制模块和七段译码显示模块等。另外，在进行数据比较时上升沿和下降沿都会有毛刺出现，所以在CPLD的输入管脚出添加了消抖动模块。整体上看来，模块间的布局与功能衔接都是非常重要的。 二、总体设计 通过仔细分析和论证，本次设计完成的模拟信号检测处理主要将以FPGA EPF30TC144-3芯片作为主控单元芯片。系统硬件可以划分为8位二进制循环加法计数器单元、数据锁存单元、数据处理单元、片选模块、进制转换模块、小数点控制单元和七段译码显示器模块等七个模块电路。整个系统将在程序控制下运行，通过可变电阻器模拟0～5V的模拟量输入值，再通过运放（电压比较器）比较得到的数据即电压值用数码管显示出来，从而实现对所得数据进行处理。整体系统方框图如下图2.1所示，原理框图如图2.2所示。 图2.1 模拟信号检测处理系统方框图 图2.2 模拟信号检测处理系统原理框图 三、各单元模块设计 ⒈主控芯片部分（FPGA）芯片 根据课题要求，控制单元主要用于对电路采集转换后的测量结果进行运算，处理并控制显示输出。由此我们对主控单元芯片选择了ALTERA公司的EPF30TC144-3芯片作为主控单元。 ⒉数\模转换部分 数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统。数字信号先进行解码，即把数字码字转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。本次设计数模转换采用DAC0832芯片实现。8位并行、中速（建立时间1us）、电流型。 ⒊集成运放电路（电压比较器） 系统硬件设计中运用了运放电路，我们将采用LM358。其功能是同相端连接来自DAC0832输出的控制模拟量，另一反相端就连接可变电阻器的模拟量输入值。运放作为电压比较器对两路输入模拟信号进行比较,输出则为二进制信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。这是比较器的性能及其典型应用。 ⒋七段数码管显示 本次设计中需要用到74LS47作为译码显示输出的主体芯片，是BCD-7段译码器/驱动器，将采用共阳极接 线方式，是数字集成电路，用于将BCD码转换成数码块中的数字，然后我们就能看到从0-9的数字。 ⒌外围辅助设计（系统程序） 系统软件编程采用VHDL硬件描述语言，对可编程逻辑器件进行编程实现各项功能。系统程序可以实现对同步信号脉冲的输入、待测模拟信号检测和处理、显示等功能。具体由8位二进制循环加法计数器、数据锁存器、数据处理模块片选信号模块、消抖动模块、进制转换模块、小数点控制模块和七段译码显示模块等8个不同功能模块。其实现主要是通过调用各项具体的子程序开完成。