FPGA|CPLD|ASIC论坛
登录
直播中
梅雪松
8年用户
152经验值
擅长:可编程逻辑 嵌入式技术
私信
关注
[资料]
【小梅哥FPGA进阶教程】第十三章 四通道数字电压表
电压表
二进制
`
十三、四通道数字电压表
本文由山东大学研友袁卓贡献,特此感谢
实验目的
设计一个四通道的数字电压表
实验平台
芯航线
FPGA
核心板、AD/DA模块
实验现象
实现一个四通道的数字电压表,其中可以用按键切换测量通道并在4位数码管上显示对应的测量值。
实验原理及步骤
数字电压表的工作原理即为,被测信号接入ADC模块的输入引脚,FPGA控制ADC的转换进程以及原始数据的采集,并将其采集到的二进制数据转换为数码管的显示数据。其中按键可以选择ADC模块不同的通道。其系统工作原理图如图1所示。
图1 系统工作原理图
由工作原理图可以暂时将本系统划分为ADC控制模块、码制转换模块、按键数据模块以及数码管驱动模块组成。
ADC控制模块之TLV1544
本系统采用的是TLV1544芯片,其为10位的ADC。因此其理论测量精度为
,且当其输出为’d
x
时,实际电压为
V。本模块的设计在基础课程已经讲解,此处不再详述。其模块接口示意图如下所示。
图2 ADC模块接口示意图
数据预处理模块
ADC模块输出还是一个十位二进制数,因此需要先将数据转换成实际电压值。
上式中3.42为满量程电压,data为输出的二进制数,1024为ADC总的阶梯数。之所以是3.42,是本模块基准
电源
TL341输出电压。
这样得出的数据太小,因此先将其放大
倍。这里也可以放大其他倍数。
经过上式的转换,
还是一个小数,这里再放大1000倍以消除小数。即实际显示的数据为实际电压的1000倍。这样就完成了二进制数到实际电压的转换。
由于在上面TLV1544驱动设计中,数据更新速度为4000ns/次。这样已足够用做电压表显示,但是此处为了使数据稳定,加入均值滤波程序。本模块接口示意图如图3所示,其接口功能列表如表1所示。
图3 数据预处理模块接口示意图
表1 数据预处理模块接口功能描述
先将原始数据进行累加1024次。
将累加后的数据除以1024,也就是右移10位,这里数据总位数为20直接取其高10位即可。
利用上面推导的公式即可输出最后的数据。
码制转换模块
由于ADC输出的为10位二进制数而数码管需要的是BCD码的格式,因此需要将其进行码制的转换。
首先,先了解二进制与BCD码的位数对应关系。比如一个8位二进制码,可以表示的最大十进制数为255,转换成BCD码为 0010_0101_0101,共需12位,其中每4位组成一个BCD单元。n位二进制码转换成D个BCD码的n~D对应关系表见表2。
表2 n~D对应关系
此处采用加3移位法进行转换,附件中列举了另一种方式来进行转换。以8位二进制转换为3位BCD码为例,转换步骤是:将待转换的二进制码从最高位开始左移BCD的寄存器(从高位到低位排列),每移一次,检查每一位BCD码是否大于4,是则加上3,否则不变。左移8次后,即完成了转换。需要注意的是第八次移位后不需要检查是否大于5。
注意:为什么检查每一个BCD码是否大于4,因为如果大于 4(比如 5、6),下一步左移就要溢出了,所以加 3,等于左移后的加 6,起到十进制调节的作用。
表3给出了一个二进制码11101011转换成8421BCD码的时序。
表3 B/BCD时序
首先进行判断一个BCD码是否大于4,是则进行加3处理,否则输出原来数值。
由以上原理可看出,这里需要定义一个10+12位的寄存器。同时从表3克拿出有几位二进制数就需移位几次。这里为了增加适用范围,将输入定位20位的二进制数,因此输出为7*4位BCD数。这样定义一个48位的移位寄存器。低20位为二进制数,高28位为BCD码。
每移位一次就需验证高28位BCD码是否大于4因此,编写以下代码。
现在编写顶层文件,其端口示意图及功能描述如下所示/
图4 码制转换模块接口示意图
表4 码制转换模块接口功能描述
向左移位20次。
校验以及输出最终输出数据。
按键输入模块
本部分在基础课程中也有介绍,此处只给出其端口示意图。
图5 按键输入模块接口示意图
通道选择模块
通过按键进行ADC四通道的选择,本模块接口示意图以及功能描述如下所示。
图6 通道选择模块接口示意图
表5 通道选择模块接口功能描述
内部除了例化还需产生通道选择信号,这里用的模块有四个通道但是为何按键一来就加’d2,是因为通道选择实际信号需为0000、0010、0100、1000,这样我们就需要加’d2。
数码管驱动模块
本部分在基础课程中也有介绍,此处只给出其端口示意图。
图7 数码管模块接口示意图
顶层设计
此处只需例化各个模块即可,顶层模块接口示意图如下所示。
图8 顶层模块接口示意图
综合后的RTL视图如图9所示。
图9 RTL Viewer视图
分配好引脚下载后可以看到改变输入电压,数码管上均有正常的显示,且切换通道时数据可以随之更新。
至此一个四通道数字电压表设计完毕。
附:基于查找表的数据电压换算
前面指出了一种数据处理及码制的方式,这里再列举利用查找表的实现方式。
这里因为是输入的10位二进制数,也就是说每一位变化对应的变化量为即为精度,这样就可以得出以下待转换数据与实际电压的对照表。这样当3.296v
这样就可以建立一个查找表,来分别计算其对应位的电压值的BCD码,然后相加。
如果0~3位相加大于9,则加6调整为BCD码,并产生进位信号。再进行4~7位相加加上进位信号判断,再判断8-9位。
这样再将以上两个部分放置到一个always块中即可。同样可以看到实际效果。将输入数据显示格式修改为十进制后,输入512时输出0001_0110_0101_0000。此时实际电压为512*3.296/1024=1.648,显示为1.650。输入256时实际电压0.824,显示为0.825。
如有更多问题,欢迎加入芯航线 FPGA 技术支持***流学习:472607506
小梅哥
芯航线
电子
工作室
关于学习资料,小梅哥系列所有能够开放的资料和更新(包括视频教程,程序代码,教程文档,工具软件,
开发板
资料)都会发布在我的云分享。(记得订阅)链接:
http://yun.baidu.com/share/home? ... are#category/type=0
赠送芯航线AC6102型开发板配套资料预览版下载链接:链接:
http://pan.baidu.com/s/1slW2Ojj
密码:9fn3
赠送SOPC公开课链接和FPGA进阶视频教程。链接:
http://pan.baidu.com/s/1bEzaFW
密码:rsyh
`
第十三章_四通道数字万用表.pdf
(1.44 MB)
(下载次数: 25, 2017-2-26 15:47 上传)
回帖
(8)
个梵蒂冈
2017-3-3 09:58:30
举报
吴晟
2017-3-20 14:00:01
谢谢分享,学习学习。。。
谢谢分享,学习学习。。。
举报
Jeason
2017-4-8 15:29:08
学习/学习/学习
学习/学习/学习
举报
过客ted
2017-5-8 11:26:06
有例程么呀,发一下例程呗
有例程么呀,发一下例程呗
举报
王哥ted
2017-5-25 17:08:49
有这个实验的工程文件么,pdf里只有部分代码
有这个实验的工程文件么,pdf里只有部分代码
举报
王明
2017-6-19 22:58:05
有没有完整的代码
有没有完整的代码
举报
来自南方的三极管
2018-3-31 15:10:39
敢问使用fpga做数字电压表,相比单片机有什么优势么?不会显得大材小用么?
敢问使用fpga做数字电压表,相比单片机有什么优势么?不会显得大材小用么?
1
举报
6个人
2018-4-4 22:29:51
人跟人过若若若若若过若过若过若若
人跟人过若若若若若过若过若过若若
举报
更多回帖
rotate(-90deg);
回复
相关帖子
电压表
二进制
怎么利用
FPGA
实现
数字
电压表
的设计
2021-05-06
857
【小
梅
哥
FPGA
进阶
教程】
第十
一章
四通道
幅频相可调DDS信号发生器 上
2017-02-21
5325
视频详解:上海尤老师verilog入门到实战
第十三
课
2016-10-08
3563
至芯科技之altera 系列
FPGA
教程
第十三
篇 时序仿真
2016-08-11
4297
布尔值转换(逐点)vi怎么用啊?还有8.2
第十三章
中火车轮的检测中怎样画出的柱状图 ?
2015-11-14
4199
明德扬点拨
FPGA
课程---
第十三章
计数器的使用
2015-10-30
4560
求大神帮忙设计一个
四通道
四
位半的
数字
电压表
,量程为0-2500mv,感激不尽
2015-08-03
2381
四通道
示波器
2014-08-26
12961
多
通道
数字
电压表
2012-06-30
11221
《我和 LabVIEW》示例程序(2010.04.02)光盘第八至
第十三章
2012-06-27
3119
发帖
登录/注册
20万+
工程师都在用,
免费
PCB检查工具
无需安装、支持浏览器和手机在线查看、实时共享
查看
点击登录
登录更多精彩功能!
首页
论坛版块
小组
免费开发板试用
ebook
直播
搜索
登录
×
20
完善资料,
赚取积分