电阻电容和电感测量仪的VHDL设计

I摘要在计算机技术的推动下，20世纪末，电子技术得到了飞速的成长。EDA（ElectronicDesignAutomation）技术作为现代电子技术的核心，可以应用在各个领域之中。而传统的测量仪已经不能满足现代测量的需求，所以我们需要在技术上进一步发展。课题是利用VHDL设计一个数字显示的电阻、电容和电感测量仪，其中包括软件与硬件设计。硬件电路设计就是电阻、电容、电感三个测量电路加上一个测试电路和一个数码显示电路。课题主要的设计内容是VHDL的软件设计部分，其中包括顶层模块设计以及计频模块、选择模块、数据转换译码显示模块的设计及其程序编写，然后又包含了计频、选择、数据转换译码显示模块中各个小模块的设计，最后再对各个小模块分别进行仿真测试，得到仿真波形，验证设计的完成情况。课题实现了选择测量功能，可以对电阻、电容、电感参数分别进行测量，并在数码显示器上实时显示，测量精度在百分之五以内。通过对软件程序的设计以及硬件电路的设计，最终实现毕业设计的目的要求。关键词：EDA；VHDL；电阻测量；电容测量；电感测量IIABSTRACTDrivenbycomputertechnology,electronictechnologyhasdevelopedrapidlyattheendofthetwentiethCentury.EDA(ElectronicDesignAutomation)technologyasthecoreofmodernelectronictechnologycanbeappliedinvariousfields.Thetraditionalmeasuringinstrumentcannotmeettheneedsofmodernmeasurement.Soweneeddevelopmentintechnology.Thesubjectistodesignadigitaldisplayoftheresistance,capacitanceandinductancemeasuringinstrumentusebyuseVHDL.Itincludedsoftwareandhardwaredesign.Hardwarecircuitdesignisconsistofatestcircuit,adigitaldisplaycircuitandmeasuringcircuitoftheresistance,capacitance,inductance.ThesubjectdesigncontentisthesoftwaredesignofVHDLwhichincludesthetop-levelmoduledesignandfrequencymodule,selectionmodule,dataconversionanddecodingmoduledesignandprogramming.Thenitcontainsthedesignoffrequency,selection,dataconversiondecodingdisplaymoduleinthedesignofeachsmallmodule.Finally,thesimulationtestiscarriedoutforeachsmallmodule,simulationwaveformsareobtained,verifythecompletionofthedesign.Thesubjectrealizeschoiceofmeasurementfunction.Itcanbemeasurementofresistance,capacitanceandinductanceparametersandrealtimedisplayonthedigitaldisplay.Measurementaccuracyislessthanfivepercent.Throughthedesignofthesoftwareprogramandthedesignofthehardwarecircuit,finallyachievethepurposeofthedesignrequirements.Keyword：EDA;VHDL;resistancemeasurement;capacitancemeasurement;inductancemeasurementIII目录1绪论............................................................I1.1课题的背景及意义...........................................11.2电子测量仪器的发展现状.....................................11.3课题主要设计内容...........................................22设计要求与方案..................................................32.1设计要求...................................................32.2设计方案...................................................33硬件电路的设计..................................................43.1电阻、电容、电感测量电路...................................43.2FPGA测试电路..............................................73.3数码显示电路...............................................84软件电路的设计..................................................94.1程序设计与仿真软件简介.....................................94.2总体模块设计...............................................94.3计频模块设计..............................................104.3.1模块FRENY设计....................................114.3.2模块CHANGEYY设计.................................114.3.3模块CHANGE1设计..................................124.4选择模块设计..............................................124.5数据转换译码显示模块设计..................................124.5.1模块DOUBLEYY设计.................................144.5.2模块QDYMQDYM设计.................................154.5.3模块FENPIN设计...................................154.5.4模块QULING设计...................................154.5.5模块DISPDISP设计.................................165系统仿真及结果分析.............................................17IV5.1计频模块时序仿真波形图分析................................175.1.1计数模块FRENY波形图分析..........................175.1.2分频模块CHANGEYY波形图分析.......................185.1.3防抖模块CHANGE1波形图分析........................185.2选择模块时序仿真波形图分析................................185.3数据转换译码显示模块时序仿真波形图分析....................195.3.1转换模块DOUBLEYY波形图分析.......................205.3.2译码模块QDYMQDYM波形图分析.......................215.3.3去零模块QULING波形图分析.........................215.3.4循环扫描显示DISPDISP波形图分析...................235.4设计课题的误差及缺陷分析..................................245.5设计体会..................................................24结束语............................................................26参考文献..........................................................27致谢............................................................30附录............................................................3111绪论1.1课题的背景及意义电容、电阻、电感测量仪是电气系统中常见的几种测量仪器。其中，电阻测量仪是电气安全检查与接地工程验收中不可缺少的工具。主要适用接地电阻测量仪。接地电阻测量仪是测量接地电阻的常用仪表，进年来因为计算机技术的飞速发展，接地电阻测量仪也加入了大量的微机技术，其测量功能，内容和精度是一般测量仪器所不能比的。电感电容测量仪主要是对无功补偿装置的高压并联电容组，以及电抗器进行测量。针对变电站现场高压并联电容器组测量时存在的问题而专门研制的，它能够实现现场测量电容器不需拆除连接线，减化试验过程，完善参数测量，易判断电容器的品质变化，数据存储和USB通信，不需现场抄写数据，确保了测量数据完整[1]。随着电子技术的快速成长，其应用已经深入到各个领域。电子系统的复杂程度在不停增长，它急切的要求电子设计技术也有相应的变化和飞跃。EDA即电子设计自动化，它是以电子计算机为工具，在EDA软件平台上，对用VHDL语言完成的设计文件自动地进行逻辑简化、编译、分割、优化及综合、逻辑布线布局和逻辑仿真，直到对特定目标芯片进行适配编译和编程下载等[2]。只需用VHDL语言完成系统功能的描述，使用EDA工具就可获得设计结果，然后将编译后的代码下载到目标芯片上就能在硬件上实现[3]。这里的目标芯片就是PLD器件(FPGA/CPLD)。FPGA/CPLD是EDA技术的物质基础，这两者是分不开的。与传统的测量仪器相比，基于FPGA的测量仪器能明显提高测量值的精确度，我们常见的高精尖测量仪器都是单独的测量一种电气量，而万用表测量精确度又不高[4]。所以，我们基于FPGA设计一种同时测量电感、电容和电阻的多功能型测量仪，既可以同时测量不同的电气量，还能保证一定的精确度。本课题就是要实现电阻、电容和电感测量仪的VHDL设计。利用VHDL设计一个测量仪器，不仅能同时测量电容、电阻和电感，确保精度，还能实时显示在数码管显示器上[5]。1.2电子测量仪器的发展现状电感、电容和电阻测量仪器有很多种，有基于单片机控制技术设计的电阻测量仪，如：国产化高可靠多路绝缘电阻测试仪就是利用单片