基于Max+PlusⅡ与VHDL的数字电压表设计

　　 随着计算机与微电子技术的发展，电子设计自动化EDA领域已成为电子技术发展的主体，数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。推动该潮流发展的引擎，就是日趋进步和完善的CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)设计技术。而电子设计自动化，是将计算机软件、硬件、微电子技术交叉运用的现代电子设计学科，其中EDA设计语言中的VHDL语言是一种快速的电路设计工具，功能涵盖了电路描述、电路合成、电路仿真等三大电路设计工作。该数字电压表的电路设计，正是用VHDL语言完成的。此次设计主要应用美国Altera公司自行设计的一种CAE软件工具，即Max+PlusⅡ软件。

　　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。

　　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。

　　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：