一種基于FPGA的新型數字電壓表研究與設計

　　3．2 檔位轉換電路

　　為了增加數字電壓表的測量范圍，設計了檔位選擇電路。采用精密電阻分壓方法，簡潔實用。ADC0809有8路數據輸入端口，原理上可以分為8個檔位。從實用性出發，只分了兩檔，如圖5所示。圖5中電位器負責電阻校準。盡管采用精密電阻，各電阻值的制造誤差不可避免，用電位器來微調校準以保證測量精度。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。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。

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

　　由于ADC0809數字量輸出為8位，數字量化范圍為0～255，當輸入電壓為滿量程5 V時，轉換電路對輸入電壓的分辨能力為：

　　3．3 FPGA內部模塊設計

　　(1)碼制轉換模塊。在此碼制變換模塊DATA_CONVERSION功能是將AD0809采樣送來的8位二進制數轉換為可被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，再分別進行轉換，得到字符型碼，并送入譯碼顯示模塊。

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

　　整個電路十分簡潔。系統工作過程：FPGA芯片EP2C5T144對ADC0809及LCD進行初始化。當有輸入信號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換，變為8位的數字信號并送到輸出端。由FPGA經過碼制變換等處理后，再通過LCD的接口驅動，向其發送數據。當ADC0809采樣完成后，FPGA中的碼字轉換模塊將數據轉換為LCD可識別的字符型數據，然后送至驅動模塊，由其驅動LCD，將字符型數據送到LCD的DO～D7端，實現顯示。

　　4 關鍵算法實現

　　4．1 檔位自動切換算法

　　將數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：

　　設定初始量程為0～5 V。采集100個數據點，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。