数字电压表的设计原理解析

数字电压表的工作原理：被测电压信号进入ADC，FPGA中控制信号模块发出控制信号，启动ADC进行转换，其采样得到的数字信号数据在相应的码制转换模块中转换为显示代码。译码驱动模块发出显示控制与驱动信号，驱动外部的LCD模块显示相应的数据。通过外部键盘，可以手动对系统进行复位控制。数字电压表的基本工作原理框图如图5-80所示。

本系统应用Verilog HDL设计实现数字电压表的功能，所设计的数字电压表测量范围为0～5V。设计中利用ADC0809作为电压采样端口，FPGA作为系统的核心器件，用LED进行数码显示。鉴于ADC0809是8位ADC，故转换结果有256个阶梯（00H～FFH）。每个状态差值为（5-0）/（256-1），约为0.0196V，故测量精度为0.02V。测量的计算方法是：当读取到DB7～DB0转换值是XXH时，电压测量值为U≈XXH×0.02V。

图5-80 系统工作原理图

采用Xilinx公司的Spartan-3E芯片，以FPGA作为系统的核心器件负责ADC0809的A-D转换启动、地址锁存、输入通道选择、数据读取。同时，把读取的8位二进制数据转换成便于输出的4位十进制BCD码送给数码管以显示当前测量电压值。这些工作由分频模块、A-D转换控制模块、数据处理模块、扫描显示模块完成。

FPGA软件模块设计原理图如图5-81所示，这四个模块的功能如下：

（1）分频模块 将开发板内一个单一固定的频率分频得到不同模块所需要的不同频率。(www.xing528.com)

（2）A-D转换控制模块 激活ADC动作、接收ADC传递过来的数字转换值。

（3）数据处理模块 将接收到的转换值调整成对应的数字信号。

（4）扫描、显示模块 产生数码管的片选信号，并将数据处理模块输出的BCD码译成相应的七段数码驱动值。

图5-81 FPGA软件模块设计原理图

系统工作时，按一定的速率采集输入的模拟电压值，经过ADC0809转换为8位数字量，经FPGA处理得到模拟电压的数字码，再输入数码管获得被测电压的数字显示。电压表的测量范围为0～5V4位数码管显示。