数字电路实验三：数字电压表(设计报告).pdf

这篇设计报告涉及的是一个基于数字电路的实验，目标是构建一个能够测量0-5V直流电压的数字电压表。实验的核心部分是使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）和ADC0809（Analog-to-Digital Converter）芯片。ADC0809是一种8位逐次逼近型模数转换器，它能将模拟电压转换为对应的数字值。FPGA则作为控制和处理单元，接收ADC转换后的数据，并通过数码管显示。 实验要求参与者熟练掌握组合逻辑和时序逻辑电路的设计技巧，以及MSI（Medium-Scale Integration）逻辑芯片的使用。MSI芯片是指包含中等数量逻辑门的集成电路，例如ADC0809。此外，还需要熟悉Verilog HDL（Hardware Description Language）语言，这是一种用于数字系统设计的编程语言，可以用来描述硬件行为。Quartus II软件是一个常用的FPGA开发工具，用于编写、编译和下载FPGA配置。 设计任务分为几个步骤： 1. 使用FPGA和ADC0809构建数字电压表，显示范围为0-5V。 2. 在实验板上安装ADC0809的插座，并通过可调电位器输入0-5V的电压。 3. 选择ADC的一个输入通道（如IN0），并通过FPGA控制ADC0809的转换时序。 4. 转换后的数字量通过FPGA处理后，以十进制形式在数码管上显示。 5. 设置ADC0809的参考电压VREF为+5V。 6. FPGA与ADC0809之间的通信通过实验箱的“彩色液晶”接口完成。 在程序设计过程中，关键在于理解和遵循ADC0809的时序图。时序图描述了不同信号（如起始信号、通道选择、数据输出等）的时序关系。在Verilog HDL代码中，定义了各种状态机参数，如`state_pre`、`state_start`等，用于控制ADC0809的操作流程。例如，`state_pre`设置通道选择，`state_start`发送转换开始信号，`state_conv`表示正在进行转换，而`state_read`则是读取转换结果。 在代码中，`always @ (negedge clkout)`块定义了一个时钟边沿触发的进程，根据当前状态(state)执行相应的操作。例如，当状态为`state_pre`时，设置通道选择为0，然后转移到下一个状态；当状态为`state_start`时，启动转换并切换到转换状态。 这个实验不仅锻炼了学生们的硬件设计能力，还让他们熟悉了FPGA开发流程和相关软件工具的使用。通过实际操作，学生们能够更好地理解数字电路的工作原理，并将理论知识应用到实际项目中。