一种基于FPGA的新型数字电压表研究与设计

　　3．2 档位转换电路

　　为了增加数字电压表的测量范围，设计了档位选择电路。采用精密电阻分压方法，简洁实用。ADC0809有8路数据输入端口，原理上可以分为8个档位。从实用性出发，只分了两档，如图5所示。图5中电位器负责电阻校准。尽管采用精密电阻，各电阻值的制造误差不可避免，用电位器来微调校准以保证测量精度。ADC0809的输入范围为0～5 V，档位的切换是通过程序来控制ADC0809各个通道的选通来自动实现。只要输入的电压范围超过5 V，则档位自动切换到另一档，即选通通道INl。

　　当输入电压范围为O～5 V时，INO导通。此时U=U26，当输入电压范围为5～50 V时，FPGA判断选择档位，INl导通。此时有U=U27即U=(R1+R3)／(R1+R2+R3)=U26／10。

　　由于ADC0809数字量输出为8位，数字量化范围为0～255，当输入电压为满量程5 V时，转换电路对输入电压的分辨能力为：

　　3．3 FPGA内部模块设计

　　(1)码制转换模块。在此码制变换模块DATA_CONVERSION功能是将AD0809采样送来的8位二进制数转换为可被LCD识别的字符型LCD码。首先，将8位二进制码变换为BCD码；然后，再分别进行转换，得到字符型码，并送入译码显示模块。

　　(2)译码驱动模块。数字电压值的显示由LCD实现。选用了HY系列字符型液晶显示模块HD44780。实现了低功耗，而且可带单位双排显示，字体美观大方。

　　整个电路十分简洁。系统工作过程：FPGA芯片EP2C5T144对ADC0809及LCD进行初始化。当有输入信号Vi时，由FPGA向ADC0809传送控制信号控制字，使其对输入的模拟信号进行转换，变为8位的数字信号并送到输出端。由FPGA经过码制变换等处理后，再通过LCD的接口驱动，向其发送数据。当ADC0809采样完成后，FPGA中的码字转换模块将数据转换为LCD可识别的字符型数据，然后送至驱动模块，由其驱动LCD，将字符型数据送到LCD的DO～D7端，实现显示。

　　4 关键算法实现

　　4．1 档位自动切换算法

　　将数字电压表分为两个档位，分别是0～5 V，0～50 V。档位切换算法如下：

　　设定初始量程为0～5 V。采集100个数据点，对输入信号Vi的采样值取绝对值的最大值，将其作为Vi的最大值的估计值。如果Vi的最大绝对值估计值小于5 V，则将档位切换到O～5 V，否则，切换到0～50 V。