基于cpld的智能数字电压表设计大学本科毕业论文
41页1、 基于CPLD的智能数字电压表设计1 绪论1.1 课题背景及意义随着电子科学技术的发展,电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段,对测量的精度和功能的要求也越来越高,其中电压的测量甚为突出。数字电压表是采用数字化测量技术设计的电压表。传统的模拟式(即指针式)电压表已有100多年的发展历史,虽经得到不断改进和完善,仍无法满足现在电子测量的需要。数字电压表自1952年问世以来,显示出强大的生命力,现已成为电子测量领域中应用最广泛的一种仪表。数字电压表在电子领域发挥着越来越重要的作用,相对传统的电压表,显示明了、直观、读数准确,准确度高,分辨力高,扩展能力强,反应速度快,高集成度,抗干扰能力强,功耗小等诸多优势而得到迅速发展。另一方面,当前数字系统的设计正朝着容量大、速度快、体积小、重量轻的方向发展,推动该潮流迅猛发展的引擎就是日趋进步和完善的ASIC设计技术。目前数字系统的设计可以直接面向用户要求,根据系统的行为和功能要求自上而下逐层完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证,直到生成器件。CPLD被广泛应用于产品的原型设计和产品生产之中,因为它具有集成度高、编程较灵活、设计开发周期短、开发工
2、具先进、工艺性强、容易上手、适用范围广、性价比较高、保密性强等特点,可实现较大规模的电路设计。DVM的高速发展,使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表,现在已经广泛应用于电子、电工测量,自动化测试系统等领域。故数字电压表已成为一种必不可少的测量仪器。本设计利用CPLD在系统设计中的各种优势,在Quartus II平台上进行开发智能数字电压表。不仅能满足用户测量需要,而且考虑到了在这技术日新月异的年代系统升级的问题,迎合了社会资源有效利用的发展理念,另一方面,给用户节省了不少系统设计成本。1.2 国内外研究状况数字电压表在这50多年来有了很大的突破。数字电压表类型越来越多,采用不同的原理和电子元件,精确度不断上升,集成度增加。数字电压表的发展微型化,智能化,性价比更高,功能更全面,可靠性更高,外观更精致,功耗更小,应用更广泛。近 20 年来,在高新技术如微电子技术、计算机技术、集成技术、网络技术等得到了迅猛发展的背景和形势下,不断地向仪器仪表提出了更新、更高、更多的要求,如要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、遥感遥测更远距、使用更方便、成本更低廉、无污染等,同
3、时也为仪器仪表科技与产业的发展提供了强大的推动力,并成了仪器仪表进一步发展的物质、知识和技术基础。传统的仪器仪表将仍然朝着高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环保和长寿命的“六高一长”的方向发展。新型的仪器仪表与元器件将朝着小型化(微型化)、集成化、成套化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化、综合自动化、光机电一体化;在服务上专门化、简捷化、家庭化、个人化、无维护化以及组装生产自动化、无尘(或超净)化、专业化、规模化的“二十化”的方向发展2。在这“二十化”中,占主导地位、起核心或关键的作用是微型化、网络化、虚拟化、数字化和智能化。 数字电压表的设计和开发,已经有各种各样的类型和款式。传统的数字电压表不够智能,适合人工手动现场测量,无法完成对远程测量数据的有效处理,这是在技术高度智能化的背景下无法满足人们的测量需求。相反高智能的数字电压表基于PC通信,不但可以将测量数据进行存储传输,而且可以借助计算机或内置软件对测量数据作进一步地处理。因此未来数字电压表的发展,无论在功能和实际应用上,较传统电压表更具有搞性能,高性价比,高智能化,这使得智能数字电压表有着良好的发展应
4、用前景。1.3 本课题的主要内容本课题的主要内容如下:(1) 介绍数字电压表的研究背景及意义,指出了CPLD的发展优势:编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化。另外还介绍了数字电压表的国内外发展及应用状况。(2) 对数字电压表进行探讨,首先介绍了数字电压表的基本特点,指出了其精确度高,微功耗,抗干扰能力强,便于扩展等特性。其次着重介绍了数字电压表的基本结构组成,简述了其工作原理。(3) 提出系统总体设计方案。首先叙述本次设计的技术参数,然后总体介绍了单片机在数字电压表中的应用,说明选取CPLD为控制核心设计电压表的相对优势,最后,确定了基于CPLD的智能数字电压表总体设计方案,进行了模块化设计。(4) 系统硬件电路设计。叙述了电源电路、A/D转换部分的电路(包括分压电路,换挡电路和A/D转换电路)、显示电路的工作原理并进行了电路设计。(5) 系统软件设计。首先介绍了Quartus II设计平台和DHL语言的应用,然后针对本课题提出软件编程方案:采用模块化设计,整个程序的编写分主程序、
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