fpga数字电压表设计

### FPGA数字电压表设计知识点详解 #### 一、FPGA与ADC接口电路设计 在《fpga数字电压表设计》报告中，核心是利用FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）与ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）的接口电路设计，实现对模拟电压的采集与数字化显示。本设计采用Altera公司的EPF10K10LC84-4芯片与ADC0804芯片，将0~5V的模拟电压转换为数字信号，再通过FPGA处理后在数码管上动态显示出来。 #### 二、系统设计任务与方案论证 - **测量范围与精度**：设计要求电压表的测量范围为0.0~5.0V，误差不超过100mV，使用两位数码管进行显示。 - **ADC0804的选择与工作原理**：ADC0804是一款8位分辨率的模数转换器，能够将0~5V的模拟信号转换为256个离散的数字状态，每两个状态值的电压差约为0.0196V，满足设计所需的0.02V分辨率要求。当读取到转换值XXH时，实际电压可近似计算为XXH×0.02V。 - **时钟信号源**：设计中选择了ADC0804自带的电阻与电容组成的电路产生的方波信号作为时钟源，而非FPGA的时钟分频信号。 #### 三、总体设计思路与系统设计原理 - **ADC0804的控制与工作时序**：设计中阐述了ADC0804的控制信号/CS、/RD、/WR、CLKIN、CLKR、/INTR的作用以及工作时序。特别指出/CS用于芯片选择，/WR用于启动转换，/RD用于读取转换结果。 - **状态机控制策略**：设计采用状态机方法控制ADC0804的工作流程，分为state0、state1、state2、state3四个状态，每个状态对应不同的控制信号组合，确保ADC0804的正常工作。 #### 四、关键因素与数据处理 - **转换时间和延时程序**：转换时间是A/D转换器完成一次转换所需的时间，设计中需通过延时程序确保CPU在A/D转换结束后正确读取数据，延时时间应大于或等于A/D转换时间。 - **精度与数据处理算法**：精度指实际值与理论值之间的差值，ADC0804的0.02V分辨率确保了误差不超过100mV。数据处理算法通过比较输入的模拟电压值与理论值，确定显示的电压值。 - **数码管显示逻辑**：设计使用了两位数码管显示电压值，通过控制信号led1和led0选择显示高位或低位的7段数码，实现了电压值的动态显示。 #### 五、电路实现与验证 设计的电路实现了预期功能，即能够准确地将输入的0~5V模拟电压转换为数字信号，并在数码管上显示，且在整个测量范围内保持误差在100mV以内。通过连接硬件并运行程序，验证了设计的有效性和准确性。 #### 六、实验程序框架 设计中还提供了实验程序的框架，定义了与FPGA相关的输入输出信号，包括控制信号、数据输入输出等，为后续的具体编程实现奠定了基础。 《fpga数字电压表设计》报告不仅详细介绍了基于FPGA的数字电压表设计原理与实现过程，还深入探讨了ADC0804的工作机制、数据处理算法以及电路实现的关键技术点，为读者提供了全面而深入的理解。