FPGA控制的通用电压表设计与实现
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更新于2024-08-30
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"基于FPGA的简易电压表设计利用了FPGA芯片的灵活性,通过控制通用A/D转换器实现高速、灵活的电压测量。设计分为三个功能模块:ADC081S101_driver用于驱动SPI接口的ADC芯片进行模拟电压采集,bin_to_bcd模块负责将采集到的二进制数据转换为BCD码以便于显示,Segment_led模块则驱动独立式数码管显示电压值。设计基于STEP-MAX10M08开发板和STEP Base Board V3.0底板,展示了FPGA在构建可扩展、可更新的电压测量系统中的优势。"
基于FPGA的简易电压表设计旨在克服传统ASIC方案的局限性,提供更加灵活且可扩展的解决方案。ASIC虽然精度高,但其功能一旦固化就难以更改。FPGA(Field-Programmable Gate Array)作为可编程逻辑器件,允许设计者根据需要配置和修改内部逻辑,因此在系统设计中具有很高的灵活性。
文章中提到了三个关键模块的设计:
1. ADC081S101_driver模块:此模块是系统的核心,它通过SPI(Serial Peripheral Interface)协议与ADC(Analog-to-Digital Converter)芯片通信,实现模拟电压信号的数字化。ADC芯片接收来自待测电路的模拟电压,将其转换为数字信号,以便后续处理。
2. bin_to_bcd模块:ADC转换得到的数字信号通常是二进制形式,但为了在数码管上清晰显示,需要转换为BCD(Binary-Coded Decimal)码。BCD码是一种特殊的二进制编码方式,能将每一位十进制数精确地用四位二进制数表示,便于直观读取。
3. Segment_led模块:这个模块负责将转换后的BCD码驱动数码管进行显示,使得电压值可以直观地呈现给用户。独立式数码管由多个段组成,每个段对应一个二进制位,通过控制各个段的亮灭,可以显示0-9的任何数字。
在ADC的工作原理中,它通过比较输入模拟电压与参考电压,将模拟电压转换成相应的数字值。例如,8位ADC可以将参考电压范围分成256个等分,每个等分代表一个数字输出。并行ADC会同时输出8位数据,而串行ADC则逐位输出,需要时钟同步。
FPGA与ADC的接口通常包括时钟(clk)和数据(data)线,时钟信号控制着数据传输的速率,数据线则传输转换后的数字信息。FPGA能够灵活地处理这些数字信号,通过编程实现对ADC采样率的调整、数据处理以及与外部系统的通信。
基于FPGA的简易电压表设计体现了现代电子设计中硬件可编程性的优势,不仅提供了高精度测量,还具备了系统更新和功能扩展的可能性。这种设计方法对于教育、研究以及工业应用都有着广泛的应用价值。
2020-08-08 上传
2021-07-13 上传
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2017-12-24 上传
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