数字式多用电信号测量仪的ASIC设计与制作

目    录

摘    要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章  EDA技术 1

1.1 硬件描述语言 1

1.1.1 硬件描述语言简述 1

1.1.2 VHDL语言的产生及发展 2

1.1.3 VHDL语言的特点 2

1.1.4 VHDL语言的开发环境 3

1.2 MAX+PLUSⅡ 4

1.2.1 MAX+PLUSⅡ特点 4

1.2.2 使用MAX+PLUSⅡ软件系统的设计流程 6

第2章 硬件设计 11

2.1 信号采集 12

2.1.1 信号的采集方式 12

2.1.2 模拟通道的结构形式的选择 12

2.1.3 A/D转换器数据传送方式的选择 12

2.1.4 A/D转换器接口电路的结构形式的选择 13

2.1.5 A/D转换起器的选用 13

2.2 人机交互设备接口 15

2.2.1 键盘 15

2.2.2 LED显示器 15

2.3 中央处理单元 17

第3章  软件设计 19

3.1 数字集成系统的设计 19

3.1.1 FPGA设计流程 19

3.1.2 FPGA设计方式和层次 20

3.1.3 VHDL书写准则 23

3.2 软件方案论证 23

3.3 数字整形 24

3.3.1 数字滤波 24

3.3.2 单调性分析 24

3.4 频率和周期的数字测量 25

3.4.1 频率和周期测量的原理和误差分析 25

3.4.2 用VHDL构造BCD码计数器系统模型 30

3.5 相位差 32

3.5.1数字式相位差的测量原理和方案论证 32

3.5.2 相位差的结构化设计 36

3.6 电压测量 39

3.6.1电压测量的数字化方法 39

3.6.2电压幅度的测量原理 40

3.6.3电压测量的硬件设计 43

3.7 控制器和数据路径设计 48

第4章  硬件系统调试 52

4.1 系统功能调试 52

4.1.1 FPGA芯片的设计与调试 52

4.1.2 掉电保护方案 52

4.2 测试方法和数据 52

4.2.1 参数测试 52

参考文献 57

致   谢 58

附录A 元器件明细表及仪器设备清单 59

附录B 程序清单 60

一 频率、周期、相位测量 60

二 电压平均值 63

三 中央控制器 67

四 终端控制器 69

附录C 硬件电路图 72

附录D 软件仿真图 73

数字式多用电信号测量仪的ASIC设计与制作

摘要：本设计为一个多功能数字式测量仪，测量频率范围为64Hz~1Mz的周期性确定信号（如正弦波、三角波、阶梯波、锯齿波、脉冲信号、斜波等）的频率、周期、电压平均值、电压峰峰值。

系统采用超高速视频闪烁A/D转换器对两个通道的被测信号进行电压的数据采样；采用两组LED显示器实现对结果和被测信号量和项目的显示；采用FPGA作中央处理单元，用纯软件的方法实现对被测信号的整形，完成频率、周期、电压平均值、电压峰峰值的数据处理及与键盘、显示器、A/D转换器的通信。

关键词:  硬件描述语言VHDL      EDA      MAX+PLUSⅡ      多功能数字式测量仪