一種基于FPGA的新型數(shù)字電壓表研究與設(shè)計

　　3．2 檔位轉(zhuǎn)換電路

　　為了增加數(shù)字電壓表的測量范圍，設(shè)計了檔位選擇電路。采用精密電阻分壓方法，簡潔實用。ADC0809有8路數(shù)據(jù)輸入端口，原理上可以分為8個檔位。從實用性出發(fā)，只分了兩檔，如圖5所示。圖5中電位器負(fù)責(zé)電阻校準(zhǔn)。盡管采用精密電阻，各電阻值的制造誤差不可避免，用電位器來微調(diào)校準(zhǔn)以保證測量精度。ADC0809的輸入范圍為0～5 V，檔位的切換是通過程序來控制ADC0809各個通道的選通來自動實現(xiàn)。只要輸入的電壓范圍超過5 V，則檔位自動切換到另一檔，即選通通道INl。

　　當(dāng)輸入電壓范圍為O～5 V時，INO導(dǎo)通。此時U=U26，當(dāng)輸入電壓范圍為5～50 V時，FPGA判斷選擇檔位，INl導(dǎo)通。此時有U=U27即U=(R1+R3)／(R1+R2+R3)=U26／10。

　　由于ADC0809數(shù)字量輸出為8位，數(shù)字量化范圍為0～255，當(dāng)輸入電壓為滿量程5 V時，轉(zhuǎn)換電路對輸入電壓的分辨能力為：

　　3．3 FPGA內(nèi)部模塊設(shè)計

　　(1)碼制轉(zhuǎn)換模塊。在此碼制變換模塊DATA_CONVERSION功能是將AD0809采樣送來的8位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為可被LCD識別的字符型LCD碼。首先，將8位二進制碼變換為BCD碼；然后，再分別進行轉(zhuǎn)換，得到字符型碼，并送入譯碼顯示模塊。

　　(2)譯碼驅(qū)動模塊。數(shù)字電壓值的顯示由LCD實現(xiàn)。選用了HY系列字符型液晶顯示模塊HD44780。實現(xiàn)了低功耗，而且可帶單位雙排顯示，字體美觀大方。

　　整個電路十分簡潔。系統(tǒng)工作過程：FPGA芯片EP2C5T144對ADC0809及LCD進行初始化。當(dāng)有輸入信號Vi時，由FPGA向ADC0809傳送控制信號控制字，使其對輸入的模擬信號進行轉(zhuǎn)換，變?yōu)?位的數(shù)字信號并送到輸出端。由FPGA經(jīng)過碼制變換等處理后，再通過LCD的接口驅(qū)動，向其發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)ADC0809采樣完成后，F(xiàn)PGA中的碼字轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為LCD可識別的字符型數(shù)據(jù)，然后送至驅(qū)動模塊，由其驅(qū)動LCD，將字符型數(shù)據(jù)送到LCD的DO～D7端，實現(xiàn)顯示。

　　4 關(guān)鍵算法實現(xiàn)

　　4．1 檔位自動切換算法

　　將數(shù)字電壓表分為兩個檔位，分別是0～5 V，0～50 V。檔位切換算法如下：

　　設(shè)定初始量程為0～5 V。采集100個數(shù)據(jù)點，對輸入信號Vi的采樣值取絕對值的最大值，將其作為Vi的最大值的估計值。如果Vi的最大絕對值估計值小于5 V，則將檔位切換到O～5 V，否則，切換到0～50 V。