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1、CPLD器件制作的数字电压表设计设计了基于CPLD的数字电压表，采用CPLD器件作为核心处理电路，用单片机进行控制，能较好地减小外界干扰，提高分辨率。该数字电压表能够自动转换量程，从而可提高数字电压表的性能。1 方案论证与比较双积分AD是对输入取样电压和基准电压进行两次积分，以获得与取样电压平均值成正比的时间间隔，同时在此时间间隔内，用计数器对CP记数，计数器的输出结果就是对应的数字量。双积分AD有精度高，抗干扰能力强和稳定性好的优点，但转换速度较低，因而适用于数字直流电压表等精度较高而转换速度要求不高的仪器。设计的系统框图如图1所示。为实现该系统功能，可采用以下两种方案。11 方案一用J-K
2、触发器构成n位二进制异步加法计数器，并采用下降沿触发器FF。但因J-K触发器数目与显示精度有关，若显示精度较高，则所需触发器数目较多，需占大量空间，且易受干扰。若2 V档的最小分辨率为01 mV，则有2（2n-1）=O1 mV，n15，这里取n=16，如图2所示。12 方案二采用EDA可编程逻辑器件把16位J-K触发器组成的计数器和控制电路集成到系统内部，不仅可以消除外界干扰，减小测量误差，且大大节省空间，提高系统的响应速度。CPLD使用方便、快捷，性价比很高，如图3所示。对比两种方案的性能，本设计选用方案二。2 系统设计21 硬件部分211 滤波电路滤波电路采用压控二阶低通滤波器，如图4所示
3、。运放采用低温漂高精度运放OP07，取R1=R2=R=1592 k，C1=C2=10F，则f0=10 Hz。传递函数为：当Aup3时，电路才能正常工作，不产生自激振荡。令：则电压放大倍数：对直流信号的放大倍数为：212 测量放大器测量放大器如图5所示。AD620为低功耗高精度仪表放大器，其增益为：即可通过调节引脚1，8间电阻的大小来调节G。对于不同大小的信号，单片机通过8选1模拟开关CD4051来选择电阻R1，R2，R3，R4的接入，实现不同增益值。将01 mV2 V分为4个量程，即0.12 mV，2 mV20 mV，20200 mV，200 mV2 V，分别放大1 000，100，10，11
4、倍，则可选R1=4945 ，R2=499 ，R3= 5489 k，R4=494 k。213 双积分转换电路双积分转换电路如图3所示。（1）积分器：由R，C和运放组成，分别对输入电压和基准电压进行积分，其输入接AD620输出。（2）检零比较器：运放反相端接积分器的输出UA；运放同相端接地。当UA（3）可编程逻辑器件：EPM7128是CPLDMAX7000S系列器件，内部带有存储器，不需要外接。内部为门控开关、16位计数器、16位数据寄存器和辅助触发器。门控开关控制计数器开始计数；计数器用来对CP脉冲进行计数，并触发辅助触发器；寄存器寄存计数器数值，等待单片机读取；辅助触发器通过控制S1来控制对取
5、样电压和基准电压的积分。单片机通过Vs对CPLD进行控制。第1次积分取样时，Qc=O，控制S1掷向输入电压Vi，L=0，控制S2断开，电容放电。积分输出电压为：214 显示模块用CAl602A液晶模块显示所测电压值。CAl602A字符型液晶是用57点阵图形来显示字符的液晶显示器，它微功耗、体积小、带译码和驱动电路使用方便、人机界面也很直观，如图6所示。22 软件部分221 软件流程图（1）主程序如图7所示。（2）子程序包含量程转换（见图8），数据采集（见图9），自动校准（见图10），液晶显示（见图11）4个子程序。量程转换：BC=01时，120 mV档，放大100倍；BC=10时，20200 mV档，放大10倍；BC=11时，200 mV2 V档，放大1倍。3 系统测试与分析31 测试工具测试工具包含GOS-6031 30 MHz双踪示波器，Agilent34401A 6位半数字电压表。32 测试结果321 积分波形输出经测试调整后未发现明显失真。322 电压测量采用6位半电压表进行校准，结果如表1所示。由以上数据可以看出，设计已完全达到了误差小于等于O055个字和分辨率为O1 mV的要求。4 结语该设计较好地实现了所要求的功能，从测试结果看，测量误差较小、分辨率较高。由于采用了CPLD在很大程度上减小了环境干扰。当然该设计还有需要改进的地方，如可增加自动校零功能等。