数显电压表是用模/数转换器将测量电压值转换成数字形式并以数字形式表示的仪表适合环境温度0～50℃湿度85%以下使用，在因磁场或高频仪器，高压火花，闪电等原因引起电压异常时，在外部请使用电源线滤波器或非线性电阻等干扰吸收电路。

　　1 引言

　　CPLD （ Complex Programmable Logic Device ） 是新型的可编程逻辑器件，与传统ASIC相比，具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进等优点，特别适合于产品的样品开发和小批量生产。传统的数字电压表多以单片机为控制，芯片集成度不高，系统连线复杂，难以小型化，尤其在产品需求发生变化时，不得不重新布版、调试，增加了投资风险和成本。而采用CPLD进行产品开发，可以灵活地进行模块配置，大大缩短了开发周期，也有利于数字电压表向小型化、集成化的方向发展。

　　2系统原理及组成

　　系统的控制是一片CPLD芯片，它由三个功能模块构成： A/D转换时序控制模块、码制变换模块以及显示控制/驱动模块。三个模块的功能分别为发出控制信号启动A/D转换及读取采样值、对AD采样值进行码制转换、发出控制信号驱动LED/LCD显示相应数据。

　　系统工作原理：测量信号经过信号预处理，变换为0~2.5V范围内的有效信号后送入A/D转换电路中，然后A/D转换时序控制模块发出控制信号，启动A/D 转换器进行转换，A/D采样得到的数字信号在码制变换模块中转换为相应的显示代码，经显示控制/驱动模块发出控制与驱动信号，推动外部的显示模块（LED/LCD）显示相应的数据。

　　3 CPLD功能模块设计

　　智能数字电压表的控制CPLD的三个功能模块皆用VHDL语言编程实现，下面主要介绍CPLD的三个功能模块的设计。

　　3.1 A/D转换时序仿真模块AD_CONTROL

　　ANALOG DEVICES公司生产的AD7715是一片16位的∑-Δ ADC集成电路。它的主要特性有：3V/5V工作电压，单/双极性输入；可编程改变增益为1,2,32,128倍；在单极性输入状态下模拟电压输入范围允许为0~20mV, 0~80mV, 0~1.25V, 0~2.5V不等（有利于提高）；三线串行接口；支持差分输入；低功耗（450 mF [email=Max@3V]Max@3V[/email]）。在本系统中AD7715的作用是将0~2.5V的输入模拟信号转换为16位的高的数字信号供CPLD处理。AD_CONTROL模块用于控制AD7715的启动、读、写等操作。设计的AD_CONTROL模块，其VHDL语言的 ENTITY定义部分如下：

　　二者的接口信号线直接连接并由AD_CONTROL模块模拟产生AD7715芯片的各个接口信号，完成ADC的启动、读、写操作。AD7715的工作模式由内部寄存器（Communications Register,Setup Register,Test Register,Data Register）中的控制字决定。内部寄存器的数据写入和读出都由CS,DRDY,SCLK信号控制。当 AD7715被访问时，SCLK脚应出现带上升沿的高电平，其时钟频率应为9.2kHz.这是关键信号，其他信号均以此信号作为时基。因此，CPLD 中的AD_CONTROL模块的功能之一就是提供SCLK 以及其他信号的严格时序。分别为AD_CONTROL模块读、写AD7715时序图。

　　3. 2 码制变换模块DATA_CONVERSION

　　在此码制变换模块DATA_CONVERSION中主要实现的功能是将AD采样送来的16位的二进制数转换为可被LED/LCD识别的七段LED显示码或字符型LCD码。在本系统中此模块包含了这两种转换功能以适应显示端不同的配置。为了达到这一目的，首先要将16位二进制码变换为BCD码，然后再分别进行转换，得到七段显示码及字符型码。在此模块中各个BLOCK部分的码制变换的VHDL程序可通过WHEN-ELSE语句进行查表来实现。

　　3.3 显示控制及驱动模块DISL_DRIVE

　　电压值的显示可由LED或LCD实现。在本系统中对于电压值的显示分为mV和V两档，所以需要在后面加上单位来明确，且本系统为低功耗系统，若用LED则功耗相对过大，所以选用了一块8×2字符型液晶显示模块MDSL81809-03,实现了低功耗，而且可带单位双排显示，字体美观大方。 DISL_DRIVE示，整个电路十分简洁。系统工作过程首先由 CPLD对AD7715及LCD进行初始化，然后当有输入信号V i（0~2.5V）到AIN+端后，由CPLD通过接口向AD7715的寄存器中写入控制字，使其对输入的模拟信号进行转换，变为16位的数字信号送到 DOUT端，由CPLD经过码制变换等处理后，再通过与LCD的接口驱动并发送数据，将电压值及单模块与LCD的接口。LCD的RS端需输入方波驱动，这可由CPLD编程提供。当AD7715采样完成后，由DATA_CONVERSION模块将采样数字信号转换为LCD可识别的字符型数据后，送至DISL_DRIVE模块，再由其驱动LCD,将字符型数据送到LCD的D0~D7端，实现显示。

　　4系统设计和逻辑仿真

　　CPLD的三个功能模块用VHDL语言描述，进行综合仿真后连接起来的系统电路原理所位显示在LCD上。

　　本系统采用的CPLD芯片为ALTERA公司的EPF10K10LC84-4芯片，逻辑门数为10000门，用MAX+PLUSⅡ10.0软件工具开发。设计输入完成后，进行整体的编译和逻辑仿真，然后进行转换、延时仿真生成配置文件，至CPLD器件，完成结构功能配置，实现其硬件功能。

　　5 总结

　　本系统是用CPLD实现的智能数字电压表。随着EDA技术的广泛应用，CPLD已成为现代数字系统设计的主要手段，CPLD目前正朝着更高速、更高集成度、更强功能和更灵活的方向发展。