基于FPGA的可編程電阻的設(shè)計
加入技術(shù)交流群
1．4 輸出顯示電路
輸出顯示電路主要功能是實時顯示對應(yīng)的鍵盤輸入電阻值的大小、當前工作的步數(shù)和預(yù)置時間。根據(jù)要求，本實驗采用數(shù)碼管來顯示其阻值即可，能夠滿足要求，為了顯示以上數(shù)據(jù)，每個阻值的顯示至少需要九個數(shù)碼管，其中五位用來顯示當前阻值的大小，兩位用來顯示當前的工作步數(shù)，兩位用來顯示數(shù)據(jù)的工作時間，如果采用靜態(tài)顯示控制將會需要相當多的引腳端資源(9×2×8=144個)，為了減少對FPGA引腳資源的使用，本設(shè)計中采用掃描的方式來實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。
2 軟件設(shè)計及部分仿真結(jié)果
本設(shè)計中，主要控制程序都是通過FPGA的軟件編程來實現(xiàn)。軟件設(shè)計大體可以分為三個大模塊：鍵盤掃描模塊、LED顯示模塊、繼電器電阻驅(qū)動電路模塊。
2．1 鍵盤掃描模塊
鍵盤掃描模塊主要用來檢測外界輸入的數(shù)據(jù)，主要由分頻器電路、鍵盤掃描計數(shù)器電路、鍵盤行和列按鍵檢測電路、按鍵抖動消除電路和鍵盤編碼電路組成。
因為本設(shè)計中外接頻率為一般用6MHz的信號作為時鐘信號，但是鍵盤掃描不需要那么高的頻率，所以需要一個分頻電路將其頻率降低為1kHz。鍵盤掃描計數(shù)器主要為鍵盤行和列按鍵檢測電路和鍵盤編碼電路服務(wù)，鍵盤行和列按鍵檢測電路用來檢測鍵盤輸入所在行列的位置，按鍵抖動消除電路主要目的是為了避免按鍵時鍵盤產(chǎn)生的拉動效應(yīng)使按鍵使能位產(chǎn)生不必要的抖動變化而造成重復(fù)統(tǒng)計按鍵次數(shù)的結(jié)果。同時，鍵盤位置的代號，并不是鍵盤上的按鍵值，所以要用鍵盤編碼電路來傳遞真正的按鍵值。
2．2 LED顯示模塊
LED顯示模塊采用動態(tài)顯示方式，這種實現(xiàn)方法是依次點亮各個LED數(shù)碼管，循環(huán)進行顯示，這種顯示方式控制好數(shù)碼管之間的延時相當重要，根據(jù)人眼視覺暫留原理，LED數(shù)碼管每秒的導(dǎo)通16次以上，人眼就無法分辯LED數(shù)碼管短暫的不亮，認為是一直點亮的，但延時也不是越小越好，因為LED數(shù)碼管達到一定亮需要一定時間。為了達到較好的效果，本設(shè)計中延時取0．005s。
2．3 繼電器電阻驅(qū)動電路模塊
繼電器電阻驅(qū)動電路模塊主要是FPGA根據(jù)鍵盤輸入的電阻值，判斷相應(yīng)的一些電阻是否要接入，從而使電阻對應(yīng)的繼電器閉合或斷開，給予其對應(yīng)的信號1或O即可。
2．4 仿真結(jié)果
由上述理論可知，電阻1的產(chǎn)生原理和電阻2的產(chǎn)生原理完全一樣，為了使仿真結(jié)果更加明了，這里的仿真波形只用電阻1來驗證其正確性，其仿真波形如圖3所示。
此圖是仿真圖中的一部分，只選擇了幾個有代表性的信號顯示出來加以說明，從圖中可以看出有時鐘信號clk，復(fù)位信號reset，電阻1選擇信號 resistancel，numll至num51顯示的分別是電阻值的小數(shù)位、個位、十位、百位、干位。step11和step21分別顯示的是當前工作的步數(shù)
的個位和十位，其中time11和time21分別顯示的是工作時間的個位和十位。Bus9則是動態(tài)顯示時的數(shù)據(jù)信號，JIDIANQI則代表的是16個繼電器的開關(guān)狀態(tài)。從上圖中可以看出該電阻的小數(shù)位的段碼為07H，對應(yīng)的二進制就是00000111，其對應(yīng)顯示的數(shù)字是7即小數(shù)位為7，同理可知其個位數(shù)為5，十位數(shù)為4，百位數(shù)為3，千位數(shù)為1，所以其阻值就為1345．7Ω，從圖中可以看出總線上是循環(huán)傳遞著時間、步數(shù)和數(shù)值信息，根據(jù)阻值，其相應(yīng)的繼電器會閉合，根據(jù)上述電阻網(wǎng)絡(luò)原理，J4、J6、J8、J9、J10、J12、J14閉合，其余的繼電器均斷開，即對應(yīng)的二
進制代碼為(0010101110101000)B，換算成十六進制即為2BA8，從上圖可以看出其驗證結(jié)果是正確的。
3 結(jié)束語
系統(tǒng)通過引進FPGA來實現(xiàn)電阻提供這一模塊，且將周圍其他數(shù)字邏輯電路也集成至該芯片中。這樣既解決了系統(tǒng)的特殊性，又增強了系統(tǒng)的抗干擾性，提高了控制精度，也簡化了調(diào)試。此外，本系統(tǒng)還將驅(qū)動電路、編解碼電路等硬件通過VHDL語言在FPGA芯片中實現(xiàn)，相比以前的模擬電路和單片機的實現(xiàn)方法，使用的元器件更少，體積也更小，針對不同場合，修改起來也更加方便。具有很好的市場前景。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191402.htm
評論