EDA技术实用教程第四章_原理图输入方法_百度文库
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EDA技术实用教程第四章_原理图输入方法|E​D​A​技​术​实​用​教​程
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根据自己的一些从业经验，将这些系统设计时针对波特率自适应问题做一些阐述和分享..
EDA数字电压表的研究和设计应用
<em style="color:#999;font-size:12 margin-left:10" id="authorposton12-10-26 15:43:24&nbsp
本帖最后由 zhangguangrong 于
15:47 编辑
　本文数字电压表的功能由VHDL程序决定，用Max+Plus II软件编译、仿真和逻辑综合后，下载到CPLD芯片EPF10K10LC84-4。CPLD工作主频为100 MHz，逻辑综合占用了174个逻辑单元，资源利用率为30％。本文所设计的数字电压表电路板已通过硬件测试，能测量和显示0～5 V的弱电压信号，准确度为0．02 V，并已在我校EDA工程实训中心测试成功。保持CPLD芯片不变，将输入信号改为温度信号、湿度等信号分别测试时，均能显示相应的数字值，因此，基于这种设计方法的数字电子系统具有很强的灵活性。
1 数字电压表的构成及工作原理　　数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心扩展成的各种数字化仪表，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化系统等各个领域。　　1．1 数字电压表　　数字电子系统通常由ASIC芯片和外围硬件设备组成，具有灵活性不强等缺陷。如图1所示的数字电压表，A／D转换器在控制ASIC所提供的时序信号作用下，对输入模拟信号进行转换，控制核心再对转换结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信号。由于系统功能由ASID硬件结构决定，其功能难以更新和扩展。如果用EDA方法设计，即以可编程逻辑器件CPLD代替ASIC芯片，用硬件描述语言决定系统功能，就可在硬件不变的情况下修改程序以更新和扩展功能，使其灵活性显著提高。基于此考虑，用EDA方法设计了一个简易数字电压表控制电路，旨在研究提高数字电子系统灵活性的设计方法。
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1．2 数字电压表的工作原理　　数字电压表的改进结构如图2所示，它的硬件包括三个部分，其中转换器ADC0804的作用是将模拟电压信号转换成数字电压值，并送到CPLD以待运算和处理；七段数码显示器的作用是接收CPLD转换后的BCD数据并显示；CPLD兼有处理和协调作用，包括控制A／D转换动作、接收A／D转换结果及编码、驱动显示等作用。因此，CPLD可分为三个功能模块，即控制模块、计算模块和显示驱动模块。
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2 CPLD设计　　由以上分析，数字电压表的CPLD设计，适合于顶层电路与三个底层模块相结合的设计方法，其中显示驱动模块有标准的七段显示VHDL子程序可供调用。下面仅论述其余两模块的设计。　　2．1 控制模块的设计　　该模块的任务是，控制ADC0804的工作时序，可分为S0～S3四个连续的步骤或状态。任务分别是：使ADC0804准备转换(状态S0)、转换(状态 S1)、CPLD准备读取转换结果(状态S2)、读取转换结果(状态S3)。各状态由CPLD输出脚CS、WR、RD的不同电平组合确定，主要的VHDL 语句为：
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2．2 计算模块　　该模块将A／D转换结果分为高低4位，查表依次得到其BCD码后再进行计算，计算结果与A／D转换器的位宽和参考电压Vref均有关。本文选用8位转换器 ADC0804，参考电压为5．12 V，故能输出从0～5．12 V按照0．02 V步进变化的256(28)个离散值。如表1所示。
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电压离散值可用8位二进制(或2位十六进制数)表示，表1中列出了输出数字电压高4位及低4位可能出现的16个值。如果CPLD从ADC20804接收到信号B(即68H)，对照表1高4位0110B是1．92 V，而低4位1000B是0．16 V，则最后的电压输出结果是1．92+0．16=2．08 V。　　本文要求精确到两位小数0．01 V，故将输出电压表示成12位的BCD码形式。如上述的1．92 V是()BCD，0．16 V是()BCD，相加结果2．08 V是()BCD。同理，若CPLD转换数据B(即70H)，则计算结果2．24 V是()BCD。因此计算模块的设计主要包括一个12位的加法器及与之对应的存储器。
　　主要VHDL语句如下：
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　　3 仿真结果　　CPLD设计完成后，用Max+Plus II软件编译和仿真，波形如图3所示。由图3可知，CPLD工作时，先启动控制模块，它对模数转换的一次控制由四个状态组成。在状态S0，选定 ADC0804，为模数转换做准备；在状态S1，使ADC0804进行转换，当CPLD的INTR信号端由高电平转为低电平时，模数转换结束进入下一状态 S2，为读取转换结果做准备；在状态S3，CPLD读取模数转换结果。接着，CPLD的计算模块工作，求出二进制模数转换数据的12位BCD码。最后启动显示驱动模块，用数码管显示有两位小数的数字电压值。例如，模数转换结果即CPLD的输入信号Din[7．．0]若为68H，则输出电压 Dout[11．．0]是2．08 V，Din[7．．0]为70H时，输出电压Dout[11．．0]是2．24 V，符合设计要求。
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数字电压表是在磨难电压表的进一步演进转化而来的 其精度大大提高的
谢谢楼主分享
不断学习才能强大
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数字系统设计的基本概念
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绪论 0. 1 数字系统设计的基本概念 目前,数字技术已渗透到科研,生产和人们日常生活的各个领域.从计算机到家用电 器,从手机到数字电话,以及绝大部分新研制的医用设备,军用设备等,无不尽可能地采 用了数字技术. 数字系统是对数字信息进行存储,传输,处理的电子系统. 通常把门电路,触发器等称为逻辑器件,将由逻辑器件构成,能执行某单一功能的 电路,如计数器,译码器,加法器等,称为逻辑功能部件,把由逻辑功能部件组成的能实 现复杂功能的数字电路称数字系统.复杂的数字系统可以分割成若干个子系统,例如计算 机就是一个内部结构相当复杂的数字系统. 不论数字系统的复杂程度如何,规模大小怎样,就其实质而言皆为逻辑问题,从组 成上说是由许多能够进行各种逻辑操作的功能部件组成的,这类功能部件,可以是 SSI 逻 辑部件,也可以是各种 MSI,LSI 逻辑部件,甚至可以是 CPU 芯片.由于各功能部件之 间的有机配合, 协调工作,使数字电路成为统一的数字信息存储, 传输,处理的电子电路. 与数字系统相对应的是模拟系统,和模拟系统相比,数字系统具有工作稳定可靠, 抗干扰能力强,便于大规模集成,易于实现小型化,模块化等优点. 数字系统一般由控制电路,多个受控电路,输入/输出电路,时基电路等几部分构成, 如图 0-1 所示.
图 0-1 数字系统框图 图中,输入电路将外部信号(开关信号,时钟信号等)引入数字系统,经控制电路 逻辑处理后,或控制受控电路,或经输出电路产生外部执行机构(发光二极管,数码管, 扬声器等)所需的信号.数字系统通常是一个时序电路,时基电路产生各种时钟信号,保 证整个系统在时钟作用下协调工作. 数字系统和功能部件之间的区别之一在于功能是否单一,一个存储器,尽管规模很 大,可以达到数兆甚至 G 字节,但因其功能单一,只能算是逻辑部件,而由几片 MSI 构 成的交通灯控制器却应称为系统. 数字系统和功能部件之间的区别之二是是否包含控制电路,一个数字电路,无论其 规模大小,只有在具有控制电路的情况下才能称之为系统.控制电路根据外部输入信号, 各受控电路的反馈信号,控制电路的当前状态,决定系统的下一步动作.控制电路的逻辑 关系最为复杂,是数字系统设计中的关键. 0.2 数字系统设计方法简介 数字系统的设计的一般流程为 1.明确设计要求,确定系统的输入/输出
在具体设计之前,详细分析设计要求,确定系统输入/输出信号是必要的.例如,要设 计一个交通灯控制器,必须明确系统的输入信号有哪些(由传感器得到的车辆到来信号, 时钟信号) ,输出要求是什么(红,黄,绿交通灯正确显示和时间显示) ,只有在明确设计 要求的基础上,才能使系统设计有序地进行. 2.确定整体设计方案 对于一个具体的设计可能有多种不同的方案,确定方案时,应对不同方案的性能,成 本,可靠性等方面进行综合考虑,最终确定设计方案. 3.自顶向下(top-down)的模块化设计方法 数字系统的设计通常有两种设计方法,一种是自底向上的设计方法,一种是自顶向下 的设计方法. 自底向上(Bottom-up)的设计过程从最底层设计开始.设计系统硬件时,首先选择 具体的元器件,用这些元器件通过逻辑电路设计,完成系统中各独立功能模块的设计,再 把这些功能模块连接起来,总装成完整的硬件系统. 这种设计过程在进行传统的手工电路设计时经常用到, 优点是符合硬件设计工程师传 统的设计习惯;缺点是在进行底层设计时,缺乏对整个电子系统总体性能的把握,在整个 系统设计完成后,如果发现性能尚待改进,修改起来比较困难,因而设计周期长. 随着集成电路设计规模的不断扩大,复杂度的不断提高,传统的电路原理图输入法已 经无法满足设计的要求.EDA 工具和 HDL 语言的产生使自顶向下(Top-Down)的设计方 法得以实现. 自顶向下(Top-down)的设计方法是在顶层设计中,把整个系统看成是包含输入输出 端 口的单个模块,对系统级进行仿真,纠错,然后对顶层进行功能方框图和结构的划分,即 从整个系统的功能出发,按一定原则将系统分成若干子系统,再将每个子系统分成若干个 功能模块,再将每个模块分成若干小的模块……直至分成许多基本模块实现.这样将系统 模块划分为各个子功能模块,并对其进行行为描述,在行为级进行验证. 例如,交通灯控制器的设计,可以把整个系统分为主控电路,定时电路,译码驱动 显示等,而定时电路可以由计数器功能模块构成,译码驱动显示可由 SSI 构成组合逻辑电 路构成,这两部分都是设计者所熟悉的各种功能电路,设计起来并不困难,这样交通灯控 制器的设计的主要问题就是控制电路的设计了,而这是一个规模不大的时序电路,这样就 把一个复杂的数字系统的设计变成了一个较小规模的时序电路的设计, 从而大大简化了设 计的难度,缩短了设计周期,由于设计调试都可以针对这些子模块进行,使修改设计也变 得非常方便. 模块分割的一般要求为 (1) 各模块之间的逻辑关系明确; (2) 各模块内部逻辑功能集中,且易于实现; (3) 各模块之间的接口线尽量少. 模块化的设计最能体现设计者的思想, 分割合适与否对系统设计的方便与否有着至关 重要的影响, 4.数字系统的设计 数字系统的设计可以在以下几个层次上进行: (1)选用通用集成电路芯片构成数字系统; (2)应用可编程逻辑器件实现数字系统; (3)设计专用集成电路(单片系统).
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