基于Max+PlusⅡ與VHDL的數(shù)字電壓表設(shè)計(2)

　　該模塊將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果分為高低4位，查表依次得到其BCD碼后再進(jìn)行計算，計算結(jié)果與A/D轉(zhuǎn)換器的位寬和參考電壓Vref均有關(guān)。本文選用8位轉(zhuǎn)換器ADC0804，參考電壓為5.12V，故能輸出從0～5.12V按照0.02V步進(jìn)變化的256(28)個離散值。如表1所示。

　　電壓離散值可用8位二進(jìn)制(或2位十六進(jìn)制數(shù))表示，表1中列出了輸出數(shù)字電壓高4位及低4位可能出現(xiàn)的16個值。如果CPLD從ADC20804接收到信號01101000B(即68H)，對照表1高4位0110B是1.92V，而低4位1000B是0.16V，則最后的電壓輸出結(jié)果是1.92+0.16=2.08V。

　　本文要求精確到兩位小數(shù)0.01V，故將輸出電壓表示成12位的BCD碼形式。如上述的1.92V是(000110010010)BCD，0.16V是(000000010110)BCD，相加結(jié)果2.08V是(001000001000)BCD。同理，若CPLD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)01110000B(即70H)，則計算結(jié)果2.24 V是(001000100100)BCD。因此計算模塊的設(shè)計主要包括一個12位的加法器及與之對應(yīng)的存儲器。

　　主要VHDL語句如下：

　　3 仿真結(jié)果

　　CPLD設(shè)計完成后，用Max+Plus II軟件編譯和仿真，波形如圖3所示。由圖3可知，CPLD工作時，先啟動控制模塊，它對模數(shù)轉(zhuǎn)換的一次控制由四個狀態(tài)組成。在狀態(tài)S0，選定ADC0804，為模數(shù)轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備;在狀態(tài)S1，使ADC0804進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)CPLD的INTR信號端由高電平轉(zhuǎn)為低電平時，模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束進(jìn)入下一狀態(tài)S2，為讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果做準(zhǔn)備;在狀態(tài)S3，CPLD讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。接著，CPLD的計算模塊工作，求出二進(jìn)制模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的12位BCD碼。最后啟動顯示驅(qū)動模塊，用數(shù)碼管顯示有兩位小數(shù)的數(shù)字電壓值。例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果即CPLD的輸入信號Din[7..0]若為68H，則輸出電壓Dout[11..0]是2.08V，Din[7..0]為70H時，輸出電壓Dout[11..0]是2.24V，符合設(shè)計要求。

　　4 結(jié) 語

　　本文數(shù)字電壓表的功能由VHDL程序決定，用Max+PlusⅡ軟件編譯、仿真和邏輯綜合后，下載到CPLD芯片EPF10K10LC84-4。CPLD工作主頻為100 MHz，邏輯綜合占用了174個邏輯單元，資源利用率為30%。本文所設(shè)計的數(shù)字電壓表電路板已通過硬件測試，能測量和顯示0～5V的弱電壓信號，準(zhǔn)確度為0.02V，并已在我校EDA工程實訓(xùn)中心測試成功。保持CPLD芯片不變，將輸入信號改為溫度信號、濕度等信號分別測試時，均能顯示相應(yīng)的數(shù)字值，因此，基于這種設(shè)計方法的數(shù)字電子系統(tǒng)具有很強的靈活性。