fpga数字电压表的设计
FPGA（现场可编程门阵列），这是一个现场可编程门阵列，利用FPGA为核心的电路设计，大大降低了系统的离散元件的数量，降低了功率损耗，较好地实现了电压的精准测量。数字电压表是一种模拟和数字混合系统，测试模拟直流信号，结果显示在液晶管上。本系统选用了EDA（电子设计自动化技术）和FPGA（现场可编程门阵列）设计数字电压表,在Quartus Ⅱ开发平台的基础上采用Verilog HDL语言来编写程序，并通过硬件平台对设计进行验证，测量结果在LCD液晶屏显示,实现了数据的采集，转换，处理，电压显示等功能。本系统主要由A/D转换控制模块、除法器模块和显示模块三部分构成。A/D转换控制模块主要任务就是控制外部A/D转换器，除法器模块主要是把转换过来的数据进行位分离然后换算成相应的ASCII码，显示模块主要把ASCII码所对应的电压值显示在液晶屏上。本次设计的数字电压表测量值在0～5V这个范围,采用8位的ADC0809芯片，精度为0.02V。
目录
1. 绪论 1
1.1 课题的研究背景与意义 1
1.2 数字电压表的国内外研究现状及研究前景 2
1.3 本课题的主要内容 3
2. 软件开发平台及Verilog HDL语言简介 4
2.1 EDA技术综述 4
2.1.1 EDA技术含义 4
2.1.2 FPGA的概念与特点 5
2.2 Verilog语言概述 5
2.2.1 Verilog HDL语言发展历史 5
2.2.2 Verilog HDL硬件描述语言的基本结构及功能 6
2.3 软件工具 Quartus Ⅱ的功能 6
2.3.1 Quartus Ⅱ的简介 6
2.3.2 Quartus Ⅱ的开发流程 7
3. 基于FPGA数字电压表系统的硬件设计 9
3.1 电路设计总图 9
3.2 最小系统的设计 10
3.2.1 FPGA芯片Cyclone Ⅱ系列EP2C5T144C8介绍 10
3.2.2 电源电路的设计 11
3.2.3 晶振电路的设计 12
3.2.4 下载
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接口电路的设计 12
3.3 ADC0809模数转换电路的设计 13
3.3.1 ADC0809的内部结构及其分析 13
3.3.2 ADC0809芯片的引脚及其说明 14
3.3.3 ADC0809芯片与FPGA的连接 16
3.4 LCD1602显示电路的设计 17
3.4.1 LCD1602的引脚结构及说明 17
3.4.2 LCD1602液晶与FPGA的连接 18
4. 基于FPGA数字电压表系统的软件设计 19
4.1 顶层模块的设计 19
4.2 ADC0809转换模块的软件设计 29
4.3 除法器模块的软件设计 30
4.4 LCD1602液晶显示模块的软件设计 31
5. 系统调试与分析 32
5.1 调试过程 32
5.1.1 编译 32
5.1.2 引脚分配 33
5.1.3 下载 34
5.2 系统调试与结果分析 35
5.2.1 系统调试 35
5.2.2 结果分析 36
总结 39
参考文献 40
附录 41
附件1 41
附件2 42
致谢 61
1. 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
数字电压表的发展历史已将近有60多年，虽然随着科技的进步也在不断地改善，但是仍不能满足用户测量的需求。因而随着高新科技突飞猛进的发展，这一前景和局势不断地向现代仪器仪表提出了更准、更精的要求，数字电压表自问世以来显示出强大的生命力，现在已经成为电子测量仪器中最具代表性的仪表，占据了电压表整个市场。
由于基于FPGA的数字电压表具有较高的测量精确度、读数时极为方便，强大的抗干扰能力，可扩展性强等，这些优点已被广泛应用于电子及电气测量还有自动测量系统，工业自动化仪器仪表等领域，显示出生命力之非常强大。如今数字电压表已逐步发展成为轻便的数字化测量仪表中最有代表性的电压测量仪器之一。
随着现代电子技术的数据过程的发展，带有智能化的数字电压表的不断增长，越来越多的物种，它的使用也在不断的扩展，智能数字仪表的普及也是未来发展的必然方向，他们不仅能够提高测量精度，同时也完善了电气测量技术的自动化程序。以此为基础可以使各种通用数显仪表，数显仪表及各种非电量的数字仪表，几乎涵盖了电子和电气测量，工业量测，自动化等领域。因此，数字电压表起着非常重要的作用，而且还在不断更新和不断完善。它采用的是数字测量技术中，连续的模拟信号到数字信号的不连续，也可以进行数字化处理，再由显示装置显示。此电子测量仪器已产生一方面是由于逐渐扩展到应用自动化控制系统的实验研究领域的计算机，提出了各种各样的意见，以便在需要实现控制和数据转换成数字的要求量之间控制加工,一方面，计算机持续较快的发展，不仅带动了脉动技术的进步，而且为数字化仪表的出现奠定了基础。因此，计算机的发展和数字测量仪器的出现和发展是密切相关的,如今，它成为智能化发展的产物。
现在各个领域都体现出电子技术突飞猛进的发展，数字系统的设计正在快速发展，主要体现在容量大、重量轻、速度快、体积小的特点上。在Verilog HDL语言的EDA设计语言是一种快速的电路设计工具，包括电路描述，电路设计，电路仿真三电路合成。本数字电压表的系统设计就是采用Verilog HDL语言来完成相关功能的。
1.2 数字电压表的国内外研究现状及研究前景
在电气行业、自动控制、测量仪器、仪表等技术领域，经常需要使用多样式电压表，随着科学技术的发展，应用数字电压表也将更加广泛，具有核心生产技术行业的企业研发成为业内企业关注的焦点。利用模数转换芯片设计的数字电压表将模拟电压信号转换为数字电压，这在生产运用中具有很大的意义，运用数字电压表的国内外诸多行业越来越多。
回顾发展历程，电压表可以分为三个阶段：第一是数字化，第二是高准确度，第三是智能化阶段，目前，智能仪表的快速发展已经广而熟知。硬件描述语言的发展历史已经有几十年了，并将其应用于系统仿真，验证和综合设计等。在80年代后期的第二十个世纪，已经有成百上千的硬件描述语言，它们对设计自动化起到了强大的促进和推动作用。然而，他们中的大多数被设计为特定的领域，没有统一的标准，从而使一般用户难以使用。大多数用户需要一个多层次，多领域，并通过全球设计用户的认可的标准硬件描述语言。80年代末由美国国防部部对VHDL语言的研究和开发就是为了满足上述要求，并在1987年12月由IEEE标准化。它的出现为电子设计自动化（EDA）的普及和推广打下了坚实的基础。据有关统计数据显示到1991年，人们越来越接受这种语言，它有超过90%个设计师使用或将使用VHDL语言设计数字系统。因此，要适应当前这种发展趋势必须采用灵活的设计方法和可编程逻辑器件来加以实现，FPGA可编程逻辑器件和EDA电子设计自动化技术的成熟为数字化的发展奠定了夯实的硬件基础。所以说基于FPGA的数字电压表有很大的发展空间。
目录
1. 绪论 1
1.1 课题的研究背景与意义 1
1.2 数字电压表的国内外研究现状及研究前景 2
1.3 本课题的主要内容 3
2. 软件开发平台及Verilog HDL语言简介 4
2.1 EDA技术综述 4
2.1.1 EDA技术含义 4
2.1.2 FPGA的概念与特点 5
2.2 Verilog语言概述 5
2.2.1 Verilog HDL语言发展历史 5
2.2.2 Verilog HDL硬件描述语言的基本结构及功能 6
2.3 软件工具 Quartus Ⅱ的功能 6
2.3.1 Quartus Ⅱ的简介 6
2.3.2 Quartus Ⅱ的开发流程 7
3. 基于FPGA数字电压表系统的硬件设计 9
3.1 电路设计总图 9
3.2 最小系统的设计 10
3.2.1 FPGA芯片Cyclone Ⅱ系列EP2C5T144C8介绍 10
3.2.2 电源电路的设计 11
3.2.3 晶振电路的设计 12
3.2.4 下载
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接口电路的设计 12
3.3 ADC0809模数转换电路的设计 13
3.3.1 ADC0809的内部结构及其分析 13
3.3.2 ADC0809芯片的引脚及其说明 14
3.3.3 ADC0809芯片与FPGA的连接 16
3.4 LCD1602显示电路的设计 17
3.4.1 LCD1602的引脚结构及说明 17
3.4.2 LCD1602液晶与FPGA的连接 18
4. 基于FPGA数字电压表系统的软件设计 19
4.1 顶层模块的设计 19
4.2 ADC0809转换模块的软件设计 29
4.3 除法器模块的软件设计 30
4.4 LCD1602液晶显示模块的软件设计 31
5. 系统调试与分析 32
5.1 调试过程 32
5.1.1 编译 32
5.1.2 引脚分配 33
5.1.3 下载 34
5.2 系统调试与结果分析 35
5.2.1 系统调试 35
5.2.2 结果分析 36
总结 39
参考文献 40
附录 41
附件1 41
附件2 42
致谢 61
1. 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
数字电压表的发展历史已将近有60多年，虽然随着科技的进步也在不断地改善，但是仍不能满足用户测量的需求。因而随着高新科技突飞猛进的发展，这一前景和局势不断地向现代仪器仪表提出了更准、更精的要求，数字电压表自问世以来显示出强大的生命力，现在已经成为电子测量仪器中最具代表性的仪表，占据了电压表整个市场。
由于基于FPGA的数字电压表具有较高的测量精确度、读数时极为方便，强大的抗干扰能力，可扩展性强等，这些优点已被广泛应用于电子及电气测量还有自动测量系统，工业自动化仪器仪表等领域，显示出生命力之非常强大。如今数字电压表已逐步发展成为轻便的数字化测量仪表中最有代表性的电压测量仪器之一。
随着现代电子技术的数据过程的发展，带有智能化的数字电压表的不断增长，越来越多的物种，它的使用也在不断的扩展，智能数字仪表的普及也是未来发展的必然方向，他们不仅能够提高测量精度，同时也完善了电气测量技术的自动化程序。以此为基础可以使各种通用数显仪表，数显仪表及各种非电量的数字仪表，几乎涵盖了电子和电气测量，工业量测，自动化等领域。因此，数字电压表起着非常重要的作用，而且还在不断更新和不断完善。它采用的是数字测量技术中，连续的模拟信号到数字信号的不连续，也可以进行数字化处理，再由显示装置显示。此电子测量仪器已产生一方面是由于逐渐扩展到应用自动化控制系统的实验研究领域的计算机，提出了各种各样的意见，以便在需要实现控制和数据转换成数字的要求量之间控制加工,一方面，计算机持续较快的发展，不仅带动了脉动技术的进步，而且为数字化仪表的出现奠定了基础。因此，计算机的发展和数字测量仪器的出现和发展是密切相关的,如今，它成为智能化发展的产物。
现在各个领域都体现出电子技术突飞猛进的发展，数字系统的设计正在快速发展，主要体现在容量大、重量轻、速度快、体积小的特点上。在Verilog HDL语言的EDA设计语言是一种快速的电路设计工具，包括电路描述，电路设计，电路仿真三电路合成。本数字电压表的系统设计就是采用Verilog HDL语言来完成相关功能的。
1.2 数字电压表的国内外研究现状及研究前景
在电气行业、自动控制、测量仪器、仪表等技术领域，经常需要使用多样式电压表，随着科学技术的发展，应用数字电压表也将更加广泛，具有核心生产技术行业的企业研发成为业内企业关注的焦点。利用模数转换芯片设计的数字电压表将模拟电压信号转换为数字电压，这在生产运用中具有很大的意义，运用数字电压表的国内外诸多行业越来越多。
回顾发展历程，电压表可以分为三个阶段：第一是数字化，第二是高准确度，第三是智能化阶段，目前，智能仪表的快速发展已经广而熟知。硬件描述语言的发展历史已经有几十年了，并将其应用于系统仿真，验证和综合设计等。在80年代后期的第二十个世纪，已经有成百上千的硬件描述语言，它们对设计自动化起到了强大的促进和推动作用。然而，他们中的大多数被设计为特定的领域，没有统一的标准，从而使一般用户难以使用。大多数用户需要一个多层次，多领域，并通过全球设计用户的认可的标准硬件描述语言。80年代末由美国国防部部对VHDL语言的研究和开发就是为了满足上述要求，并在1987年12月由IEEE标准化。它的出现为电子设计自动化（EDA）的普及和推广打下了坚实的基础。据有关统计数据显示到1991年，人们越来越接受这种语言，它有超过90%个设计师使用或将使用VHDL语言设计数字系统。因此，要适应当前这种发展趋势必须采用灵活的设计方法和可编程逻辑器件来加以实现，FPGA可编程逻辑器件和EDA电子设计自动化技术的成熟为数字化的发展奠定了夯实的硬件基础。所以说基于FPGA的数字电压表有很大的发展空间。
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