基于FPGA的电压采集与显示系统设计详解

本篇文章主要探讨了基于FPGA模块设计的电压采集与显示系统的详细实现。设计目标是将模拟电压信号转换为数字信号，并通过液晶显示器进行实时显示。文章的重点在于FPGA模块的设计，特别是选用的FPGA EP2C8芯片。 EP2C8芯片被选为系统的核心控制器，原因在于其具有诸多优点。首先，它允许用户无需投入大规模生产，即可获得定制化的电路设计，节省了时间和成本。EP2C8芯片支持全定制或半定制的ASIC电路中试，这意味着设计周期短、开发费用低且风险可控。此外，它采用高速CHMOS工艺，功耗低，兼容CMOS和LVDS电平，适用于对功耗和稳定性有高要求的应用场景。 硬件设计方面，整个系统包含FPGA模块、A/D转换器模块、液晶显示模块，以及电源电路、键盘电路和时钟信号等关键组件。FPGA模块内含逻辑单元阵列（LCA），包括可配置逻辑模块（CLB）、输出输入模块（IOB）和内部连线，这些结构为电路设计提供了灵活性和高效性。 晶振电路是系统中的重要组成部分，确保了所有部件能同步工作并提供精确的时序参考。JTAG接口则用于FPGA的配置，通过TMS、TCK、TDI和TDO四个接口实现模式选择、时钟、数据输入和输出。在实验系统中，通常使用计算机或控制器来下载配置数据。 文章要求采用Proteus进行原理图绘制，使用VHDL语言进行软件功能设计，这是一种硬件描述语言，有助于在QUARTUS II工具中实现系统功能。通过结合VHDL和硬件图，设计者能够有效地控制FPGA的逻辑行为，包括按键检测、电压采集路径切换以及数据传输到LCD1602显示模块。 这篇文章详细介绍了如何利用FPGA EP2C8芯片为核心，结合A/D转换器、液晶显示和其他必要的辅助电路，构建一个高性能的电压采集与显示系统，满足实时性和可靠性要求，适用于工业环境中的现场电压监控应用。