电阻、电容和电感测量仪的VHDL设计

1、 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（Electronic Design Automation）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

2、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 ABSTRACT Driven by computer technology, electronic technology has developed rapidly at the end of the twentieth Century. EDA (Electronic

3、Design Automation) technology as the core of modern electronic technology can be applied in various fields. The traditional measuring instrument can not meet the needs of modern measurement. So we need development in technology. The subject is to design a digital display of the resistance, capacitan

4、ce and inductance measuring instrumentuse by use VHDL.It included software and hardware design.Hardware circuit design is consist of a test circuit,a digital display circuit and measuring circuit of the resistance, capacitance, inductance.The subject design content is the software design of VHDL whi

5、ch includes the top-level module design and frequency module, selection module, data conversion and decoding module design and programming.Then it contains the design of frequency, selection, data conversion decoding display module in the design of each small module.Finally, the simulation test is c

6、arried out for each small module, simulation waveforms are obtained,verify the completion of the design. The subject realizes choice of measurement function.It can be measurement of resistance, capacitance and inductance parameters and real time display on the digital display.Measurement accuracy is

7、 less than five percent. Through the design of the software program and the design of the hardware circuit, finally achieve the purpose of the design requirements. Key word：EDA; VHDL; resistance measurement; capacitance measurement; inductance measurementI目 录1 绪论11.1 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

8、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43.2 FPGA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.

9、5 模块DISPDISP设计165 系统仿真及结果分析175.1 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

10、27致 谢30附 录31 1 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

11、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

12、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

13、利用单片机控制技术设计的新一代的产品，属于多路点对点之间绝缘电阻检测的自动化测量设备6。产品在可靠性、电磁兼容性等方面经过了全面而严格的试验验证，满足了航天工业标准方面的严格要求，不仅适用于航天领域各种运载工具的自动化测控系统，也适用于其它的工业自动化测控领域。也有为了满足低电阻精确测量的需求，而设计的一种基于四线测量法的智能高精度微电阻测量仪6。系统使用模块化设计方法，其中包括了恒流源、供电电源、AD转换、按键与显示等单元。测量仪采用四线测量法，将电压测量回路和电流流入回路分开接线，并通过在电压提取端设计电压跟随器，使电压测量引线上的电流为零，可消除接触电阻和引线电阻对微小电阻测量结果的影响

14、，提高系统的测量精度。当然，还有很多基于FPGA的电感、电阻和电容测量仪的设计，与传统的电感、电阻和电容测量仪比较，也能明显的提高测量的精确度。1.3 课题主要设计内容本设计的目的是利用VHDL设计一个有数码管显示的电阻、电容和电感测量仪。主要设计内容有电阻、电容和电感测量仪硬件电路的设计；电阻、电容和电感测量仪的VHDL顶层设计；计频模块的VHDL设计；选择模块的VHDL设计以及数据转换译码显示模块的VHDL设计。其中数据转换译码显示模块的VHDL设计又包括进制转换模块的VHDL设计；译码模块的VHDL设计；分频模块的VHDL设计；去零模块的VHDL设计以及循环扫描显示模块的VHDL设计7。

15、2 设计要求与方案2.1 设计要求本次设计的电容、电阻和电感测量仪主要设计要求有：测量范围的电阻值为；电容值为；电感值为；测量精度为±5%；利用数码管显示器来显示测量数值，并利用发光二极管指示所测元件的类型和单位8。2.2 设计方案随着电子技术的发展，电子自动化测控技术越发的完善。有传统的测量电路构成的测量仪器，也有利用先进的软件设计，结合部分硬件电路来进行测量的仪器，后者比前者更加的有优势。利用软件电路来替代部分硬件电路：第一，可以减少硬件元件的使用，有效的节约了资源；第二，硬件元件的减少，也会减少相应的电路体积，节约空间，最终使产品的体积减小；第三，软件电路相比较硬件电路而言，有

16、效的减少了在电路上的损耗，这样使测量的数据更加的准确9。我选择的是电阻、电容和电感测量仪的VHDL设计，利用VHDL设计一个数字显示的电阻、电容和电感测量仪。按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：计频模块；选择模块以及数据转换译码显示模块，这三个模块合成一个总模块。其中，计频模块由3个小模块组成，数据转换译码显示模块由5个小模块组成。系统结构框图如图1所示。图1 系统结构框图3 硬件电路的设计3.1 电阻、电容、电感测量电路测量电阻的方法有很多，常用的有伏安法测电阻、等效替代法测电阻、半偏法测电阻、惠斯登（通）电桥测电阻等。伏安法是中学常用实验测量电阻的方法，但是伏安法与半偏法测量时

17、误差较大，其余的方法操作起来比较复杂10。所以，我选择使用555时基电路来测量电阻，因此需要使用NE555芯片。NE555为8脚时基集成电路，NE555是555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的引脚功能和运用都是相同的，只是型号有差异，价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不相同;而555是一个应用普遍的计时IC，只需少量的电阻和电容，便可产生数位电路所需的不同频率的脉波信号11。被测电阻是，电阻测量范围为,参数为,使频率落在范围内，这样FPGA测量频率误差非常小，保证了测量精度12。即时： (1)时： (2)被测电阻为： (3)电阻测量电路如图2所示。图2 电阻测量电路要实

18、现高精度，大范围测量电容器容量，并不是一件很容易的事情，其测量精度会受到基准电容器本身误差的影响。在这里我同样和测量电阻一样，选用555时基电路来测量电容。被测电容为，电容测量范围为,电路参数为，同样使频率落在范围内，确保测量精度12。即被测电容为： (4)电容测量电路如图3所示。图3 电容测量电路在电子设计与制作过程中，经常需要使用各种不同参数的电感线圈，这些电感线圈的电感量不像电阻那样容易测量，有一些数字万用表虽然有电感测量档位，但是实际测量范围有限，精度不高。所以我选用下面这种电感测量电路，测量维度较广，能面对绝大部分情况下的电感测量，电路结构简单，工作起来稳定可靠12。被测电感是，电感

19、测量范围为,。然后频率为： (5)其中为： (6)即被测电感为： (7)电感测量电路如图4所示。图4 电感测量电路因为上述电感测量电路输出的是正弦信号，但输入到FPGA的信号是方波信号，所以电感测量电路输出的正弦信号要经过信号变换电路转换成方波信号，然后再输入到FPGA中13。信号变换电路如图5所示。图5 信号变换电路3.2 FPGA测试电路当测量电路完成后，需要将待测信号输入FPGA测量模块，一路接一个24MHz的晶振，一路作为输入信号的输入端，还有一路做一个选择开关，选择测量电感、电容或者电阻，最后输出接数码显示电路14。FPGA测试电路如图6所示。图6 FPGA测试电路3.3 数码显示电

20、路一个数字测量仪，最终是将测量数据送到数码显示器上以数字形式显示，但测量的是波形信号，所以需要将波形信号通过一系列转换变成数字信号，最后显示在数码显示器上，这就需要一个数码显示电路。数码显示电路如图7所示。图7 数码显示电路4 软件电路的设计4.1 程序设计与仿真软件简介在这次毕业设计中，对于程序的设计及仿真，我选用的软件是Quartus 。Quartus 是Altera提供的FPGA开发集成环境，能适用各种特定的设计需求，也是单芯片可编程系统设计的综合性环境和开发的基本设计工具。Quartus 设计完全支持VHDL的设计流程，内部嵌有VHDL逻辑综合器。同样的，Quartus 也具备有仿真的

21、功能，同时也支持第三方的仿真工具15。Quartus 有模块化的编译器。编译器的功能模块有时序分析器、分析/综合器、装配器、适配器、编辑数据接口等。可以选择Start Compilation来运行所有的编译器模块。此外，Quartus 还包括许多十分有用的LPM模块，它们是高级系统构建的重要组成部分，也可在Quartus 中与普通设计文件一起使用15。Quartus 编译器支持的硬件描述语言有VHDL、Verilog以及AHDL。在设计输入之后，Quartus 的编译器将给出设计输入的错误报告。Quartus 有设计错误定位器，用来确定文本或图形设计中的错误。在进行编译后，就可以对设计进行时序

22、仿真。在仿真前，需要利用波形编辑器编辑一个波形激励文件。编译和仿真经检测无误后，便可以将下载信息通过Quartus 提供的编程器下载至目标器件中去了15。4.2 总体模块设计电阻、电容和电感测量仪总体模块zong的内部结构如图8和9所示。图8 zong内部结构图1图9 zong内部结构图2在图8、9中，pinlv是计频模块，输出是频率值f，din0输出是电阻值，电阻值是根据公式（3）得到（多除以10是为了使电阻单位为）。din1输出为电容值，电容值根据公式（4）得到。din2输出为电感值，电感值根据公式（7）得到。XANZEY模块为选择模块。doublekill为数据转换译码显示模块。电阻、电

23、容和电感测量仪总体模块zong如图10所示。图10 总体模块zong4.3 计频模块设计在总体模块中有一个pinlv计频模块，它的功能主要就是计算输入fin频率的个数。在计频模块中完成这一功能的是模块FRENY，模块FRENY完成计数功能，计算频率个数。在计频模块中，要完成频率的计数，还需要输入一个时钟信号，所以，还需要两个模块，分别是模块CHANGEYY和模块CHANGE1。模块CHANGEYY的功能是根据输入信号频率范围对CLK24M时钟进行分频，分频后得到的时钟信号用于防抖动。模块CHANGEYY分频后得到的时钟信号给模块CHANGE1作为时钟信号，以防止输入信号fin的抖动，所以模块C

24、HANGE1的主要功能就是防止输入信号抖动16。计频模块pinlv内部结构如图11所示。图11 计频模块pinlv内部结构图计频模块pinlv如图12所示。图12 计频模块pinlv4.3.1 模块FRENY设计在计频模块中，模块FRENY是计数模块，主要功能是对fin输入的频率，计算频率个数。模块FRENY如图13所示。图13 计数模块FRENY4.3.2 模块CHANGEYY设计在计频模块中，模块CHANGEYY是分频模块，主要功能是根据输入信号的频率范围对CLK24M时钟进行分频17。模块CHANGEYY如图14所示。图14 分频模块CHANGEYY4.3.3 模块CHANGE1设计在计

25、频模块中，模块CHANGE1是防抖模块，主要功能是将模块CHANGEYY分频后的时钟给模块CHANGE1作为时钟信号，以防止输入信号fin的抖动。模块CHANGE1如图15所示。图15 防抖模块CHANGE14.4 选择模块设计在总体模块中有一个选择模块XANZEY，它的主要功能就是完成数据的转换，将24位数据、26位数据和27位数据变成17位数据，并且有选择性的输出，这样就做到了分别对电感值、电阻值和电容值的输出。在选择模块中开关量k是选择输出电阻值、电容值和电感值的关键，开关k为00时输出电阻值，开关k为01时输出电容值，开关k为10时输出电感值，并且变成17位输出。同时din7接口输出数

26、字0、1、2分别表示电阻值、电容值、电感值18。选择模块XANZEY如图16所示。图16 选择模块XANZEY4.5 数据转换译码显示模块设计在总体模块zong中还有一个重要的模块，那就是数据转换译码显示模块doublekill。在数据转换译码显示模块中，从名字上就可以看出它的主要功能就是对数据进行转换、译码，最后显示在数码管上。在中间因为功能需要还要加上分频模块和去零模块。在数据转换译码显示模块中，将输入的数据din16.0转换成5位十进制数，每位十进制数用5位二进制数表示，然后进行译码显示。除法模块的功能是将输入的数据din16.0转换成5位十进制数；模块DOUBLEYY能将每位十进制数用

27、5位二进制数表示且设置小数点；译码模块QDYMQDYM则将数据译成数码管显示的数字；分频模块FENPIN将24MHz的时钟信号分频成1.7KHz，去零模块QULING可以使高位的零不显示出来；循环扫描显示模块DISPDISP的功能是用4位数码管循环扫描显示测量数据。数据转换译码显示模块doublekill内部结构如图17、18、19所示。 图17 模块doublekill内部结构图 图18 模块doublekill内部结构图图19 模块doublekill内部结构图数据转换译码显示模块doublekill如图20所示。图20 数据转换译码显示模块doublekill4.5.1 模块DOUBLE

28、YY设计在数据转换译码显示模块中，第一个重要的模块就是转换模块DOUBLEYY，它的主要功能就是将每位十进制数用5位二进制数表示并且设置小数点。开关k1.0为00时，输出的5位5位十进制数是电阻值；开关k1.0为01时，输出的5位十进制数是电容值；开关k1.0为10时，输出的5位十进制数是电感值。转换模块DOUBLEYY如图21所示。图21 转换模块DOUBLEYY4.5.2 模块QDYMQDYM设计在数据转换译码显示模块中，译码模块QDYMQDYM也是很重要的一部分，它的主要功能是将每一个输入译成数码管显示的数字19。译码模块QDYMQDYM如图22所示。图22 译码模块QDYMQDYM4.

29、5.3 模块FENPIN设计在数据转换译码显示模块中，输入最后循环扫描显示模块的时钟信号不是24MHz，所以就需要一个分频模块，来将24MHz时钟信号分频为1.7KHz。分频模块FENPIN如图23所示。图23 分频模块FENPIN4.5.4 模块QULING设计在数据转换译码显示模块中，经过译码模块输出的数据有高位为零的，不能直接进入循环扫描显示模块，所以需要一个去零模块来将高位的零不显示。去零模块QULING如图24所示。图24 去零模块QULING4.5.5 模块DISPDISP设计在数据转换译码显示模块中，最后一个就是循环扫描显示模块DISPDISP。它的主要功能就是将经过译码，去零后

30、的测量数据，用8位数码管循环扫描显示，最后数据显示在8位数码管上20。循环扫描显示模块DISPDISP如图25所示。图25 循环扫描显示模块DISPDISP5 系统调试运行及结果分析5.1 计频模块时序仿真波形图分析在完成硬件电路和软件程序的设计之后，就是进行时序仿真了，通过仿真，设置合理的参数，得到不同模块的波形图，通过对波形图波形的分析来判断程序是否正确，如果正确就会和预期的波形一致，如果错误，仿真波形就会与预期出现偏差，就需要对程序进行检查以及调整。因为整体模块的仿真在条件有限的情况下，没有办法进行仿真，所以分别对每个分模块进行系统仿真，如果所有的模块都没有问题，那么就代表整个程序设计没

31、有问题，本次设计是合理的。下面分别对每个分模块进行时序仿真。计频模块是用来计算输入fin频率的个数，为了完成这个功能，计频模块又分为三个小模块，分别是计数模块FRENY、分频模块CHANGEYY、防抖模块CHANGE1。5.1.1 计数模块FRENY波形图分析我们先对最重要的计数模块进行仿真。计数模块FRENY仿真波形图如图26和27所示。图26 计数模块FRENY仿真波形图1图27 计数模块FRENY仿真波形图2从图中可以看出，根据程序设计要求（程序见附录），当clk24m输入为24MHz的时钟，clk1就会分频成周期为2秒的时钟，高电平时间为1秒，低电平时间为1秒。但是因为24MHz太大，

32、仿真软件没有办法仿真，所以修改了程序，将时钟分频条件改为24Hz。从波形图中看出，clk1为周期为2秒的时钟，在clk1为高电平时计数，clk1为低电平时送数和清零，clk1高电平时，fin输入信号有十个周期，所以cout输出显示为10，仿真波形符合最终程序要求，计数模块FRENY没有问题。5.1.2 分频模块CHANGEYY波形图分析分频模块CHANGEYY仿真波形图如图28和29所示。图28 分频模块CHANGEYY仿真波形图1图29 分频模块CHANGEYY仿真波形图2从图中可以看出，根据程序设计要求，因为输入时钟为24MHz，当输入信号din的频率大于100KHz时，时钟clk频率为6

33、MHz，即为四分频。当输入信号din的频率小于100KHz且大于10KHz时，时钟clk频率为1MHz，即为24分频。然后还有几种分频情况，但是因为分频后频率太小，从仿真波形中没有办法看不来，所以只列举以上两种情况。从图中可以看到，当输入信号频率为557072Hz时，大于100KHz,所以为四分频，输出时钟频率为6MHz；当输入信号频率为32784Hz时，小于100KHz，大于10KHz，所以为24分频，输出时钟频率为1MHz。因此从波形图可以看出，分频模块CHANGEYY没有问题。5.1.3 防抖模块CHANGE1波形图分析防抖模块CHANGE1仿真波形图如图30所示。图30 防抖模块CHA

34、NGE1仿真波形图防抖模块是将模块CHANGEYY分频后的时钟作为时钟信号，以防止输入信号的抖动。从图中可以看出，当clk变为高电平时，fin值赋给fout，所以符合程序设计要求，防抖模块CHANGE1没有问题。5.2 选择模块时序仿真波形图分析选择模块XANZEY的主要功能就是完成数据的转换，将24位数据、26位数据和27位数据变成17位数据输出，并且有选择性的输出，分别对电阻值、电容值和电感值输出。所以根据程序设计要求，当开关k为00时输出电阻值，开关k为01时输出电容值，开关k为10时输出电感值，同时din7接口输出数字0、1、2分别表示电阻值、电容值、电感值。选择模块XANZEY仿真波

35、形图如图31、32、33所示。图31 选择模块XANZEY仿真波形图(K为00)图32 选择模块XANZEY仿真波形图(K为01)图33 选择模块XANZEY仿真波形图(K为10)从图中可以看出，当开关k为00时，输出接口dout输出的是输入din0的值，din7输出为0；当开关k为01时，输出接口dout输出的是输入din1的值，din7输出为1；当开关k为10时，输出接口dout输出的是输入din2的值，din7输出为2；所以仿真波形与程序设计要求相同，选择模块XANZEY没有问题。5.3 数据转换译码显示模块时序仿真波形图分析数据转换译码显示模块doublekill的主要功能就是对数据进

36、行转换、译码，最后显示在数码管上。在中间还要加上一个分频模块和一个去零模块。所以数据转换译码显示模块又分为转换模块DOUBLEYY、译码模块QDYMQDYM、分频模块FENPIN、去零模块QULING以及循环扫描显示模块DISPDISP。下面对这五个分模块进行仿真，先从转换模块开始。5.3.1 转换模块DOUBLEYY波形图分析转换模块DOUBLEYY时序仿真波形图如图34、35、36所示。图34 转换模块DOUBLEYY仿真波形图1图35 转换模块DOUBLEYY仿真波形图2图36 转换模块DOUBLEYY仿真波形图3根据程序设计要求，输出是5位十进制数，开关k为00时，设置小数点在右边第3

37、位，当开关k为01或者10时，设置小数点在右边第4位。从图中可以看出，当开关k为00时，被设置的小数点在输出dout2，位于右边第3位，当开关k为01或者10时，被设置的小数点在输出dout3，位于右边第4位，其余的输出与输入一致。所以仿真波形与程序设计要求相同，转换模块DOUBLEYY没有问题。5.3.2 译码模块QDYMQDYM波形图分析译码模块QDYMQDYM仿真波形图如图37、38、39、40所示。图37 译码模块QDYMQDYM仿真波形图1图38 译码模块QDYMQDYM仿真波形图2图39 译码模块QDYMQDYM仿真波形图3图40 译码模块QDYMQDYM仿真波形图4根据程序设计要

38、求，译码模块输入一个二进制数，会译码成对应的8位数码管的二进制数，从而在数码管上显示出来。因为译码的数比较多，所以仿真的时候只随机选择了其中四组数字来进行仿真验证。当输入为00011时，译码输出为01001111，如图37所示；当输入为01000时，译码输出为01111111，如图38所示；当输入为10000时，译码输出为10111111，如图39所示；当输入为11001时，译码输出为11101111，如图40所示。所有的仿真结果都是正确的，与程序相同，所以译码模块QDYMQDYM没有问题。分频模块FENPIN的功能是将输入的24MHz的时钟分频为1.7KHz的时钟。因为24MHz的频率较大，

39、无法在软件的仿真中实现，所以在这里就没有对分频模块进行仿真实验，但是对于分频模块的VHDL语言的程序进行了编译，结果是没有错误的。5.3.3 去零模块QULING波形图分析去零模块QULING仿真波形图如图41、42、43、44、45所示。图41 去零模块QULING仿真波形图1图42 去零模块QULING仿真波形图2图43 去零模块QULING仿真波形图3图44 去零模块QULING仿真波形图4图45 去零模块QULING仿真波形图5在去零模块的程序中，当din4输入不为00111111时，直接将输入din0至din4赋值给对应的输出dout0至dout4，如图41所示。当din4输入为00

40、111111时，再看din3输入是不是00111111，不是的话，就只将输出dout4赋值为0，dout0至dout3对应赋值，如图42所示。如果din3输入是00111111，则再看输入din2是不是00111111，不是的话，就将输出dout4和dout3赋值为0，dout0至dout2对应赋值，如图43所示。如果din2输入为00111111，再看输入din1的值是不是00111111，如果不是，就将输出dout4、dout3和dout2都赋值为0，dout0和dout1对应赋值din0和din1，如图44所示。最后当din1的值时00111111时，则将输出dout1至dout4都赋值

41、为0，只把输入din0的值赋给输出dout0，如图45所示，这样就完成了高位去零的功能。所以从仿真波形图可以看出，仿真结果与程序设计一致，去零模块QULING没有任何问题。5.3.4 循环扫描显示DISPDISP波形图分析循环扫描显示模块DISPDISP仿真波形图如图46所示。图46 循环扫描显示模块DISPDISP仿真波形图根据循环扫描显示模块的程序设计，分为S0至S7八个状态，当输入时钟信号为高电平时，依次由状态S0向S7转移，最后回到S0。从仿真波形图中可以看出，当时钟信号第一个高电平到来时，进入状态S0，dout输出din0的值，端口fu输出显示为000；当第二个高电平到来时，由状态S

42、0进入S1，dout输出din1的值，端口fu输出显示为001；当第三个高电平到来时，由状态S1进入S2，dout输出din2的值，端口fu输出显示为010；当第四个高电平到来时，由状态S2进入S3，dout输出din3的值，端口fu输出显示为011；当第五个高电平到来时，由状态S3进入S4，dout输出din4的值，端口fu输出显示为100；当第六个高电平到来时，由状态S4进入S5，dout输出din5的值，端口fu输出显示为101；当第七个高电平到来时，由状态S5进入S6，dout输出din6的值，端口fu输出显示为110；当第八个高电平到来时，由状态S6进入S7，dout输出din7的值

43、，端口fu输出显示为111；当第九个高电平到来时，由状态S7重新进入S0，dout输出din0的值，端口fu输出显示为000。所以仿真波形与程序设计要求一致，循环扫描显示模块DISPDISP没有问题。5.4 设计课题的误差及缺陷分析这次毕业设计通过一段时间的努力，总算是完成了。整个设计的过程中比较顺利，成功的达到了课题设计要求，毕业论文也即将完成。但是在这整个的设计过程中还是有很多的不足和缺陷的地方。第一，首先因为实验条件的问题，没有办法对整个整体模块进行仿真验证和实验验证，没有相应的硬件条件，这是一个遗憾；第二，在仿真实验中，实际输入时钟频率是24MHz，但是因为仿真软件的原因，24MHz的

44、频率过大，没有办法实现仿真，所以在用到24MHz时钟的模块，不是用其他的合理的频率代替，就是因为没有办法仿真，只能放弃；第三，最后的仿真结果虽然和设计的程序一致，但是仔细查看还是发现，有些误差。例如：计频模块中对时钟的分频，最后要求得到的时钟周期为2秒，高电平1秒，低电平1秒，但是仿真得到的波形周期在高电平段应该维持了1.03秒左右，有0.03秒的误差，这应该是电路以及软件本身的原因，与程序无关。本次设计还是有着一些问题，所以希望在以后的工作生活中，更加仔细认真，避免人为的错误，减少实验误差。5.5 设计体会做EDA技术的毕业设计是一种很好地体验，这个课题需要完美的掌握有关于EDA技术的基础知

45、识，需要能够灵活的运用它们。这是对整个大学生涯，所学习知识的检验，也是对学生学习有关课外知识的能力的一种肯定。做一个毕业设计，除了需要课本上的知识之外，还需要掌握一定的课外知识。从选定课题，到初步确定设计方案，再到后面的硬件电路设计、软件电路设计，这一整个过程中涉及到的问题与我们的生活息息相关。在做硬件设计和软件设计的过程中，能够更好地帮助我们吸收消化我们学习和掌握的相关知识，让我们能够更好地利用我们所学的知识，去完成我们需要完成的事情。通过这次毕业设计，也加强了我对EDA技术的了解，提高了发现问题、解决问题的能力，深刻影响着以后的学习和工作。结束语为期一个学期的毕业设计快要结束了，这次我的课

46、题是“电阻、电容和电感测量仪的VHDL设计”。刚开始的时候，确实没有头绪，不知道如何下手，对EDA相关知识的掌握也不好，后来在老师细心的指导下和同学们的帮助下，如期完成了设计任务，这期间感触颇多。课题设计历时并不很长，但是通过自己在图书馆查阅资料，在网上搜索相关信息，在实验室调试程序等，我经历了毕业设计这一大学生涯最后的任务，感到很高兴。通过设计这个课题，能够更多的掌握EDA的知识以及基于FPGA设计的基本思路与原理。通过课题也将以前学习的一些知识都联系起来，熟悉了所学知识，提高了自己的学习能力，为以后工作奠定了一定的理论基础。这次做出来的电阻、电容和电感测量仪的VHDL设计虽然还有这样或者那

47、样的缺陷，但是总的来说还是做好了的。仿真结果也是正确的，说明我的设计思路是正确的，当我看着电脑上那一张张图片和一段段程序时，内心深处的那种满足感无法言喻，这也更加坚定了我要努力学习知识，把所学知识能够灵活运用的决心。希望在以后的生活中我能继续利用我的所学，创造出知识的价值。毕业设计使我们大学生涯的最后一个任务，能够完成这项任务，并且顺利的从大学毕业，让我感到由衷的开心。马上就要毕业，即将走入社会，在此毕业设计最终完成之际，向所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友表示深深感谢！没有老师的指导，就没有问题的解决，没有同学的帮助，就没有可能这么顺利的完成这次毕业设计。所以再一次感谢我的辅导老师和帮助过

48、我的同学，谢谢你们！参考文献1 蒋焕文.电子测量M.北京：计量出版社，1988.133139. Jiang Huanwen. Electronic measurement M. Beijing: Metrology Publishing House, 1988.133 139.(in Chinese）2 朱运利.EDA技术应用M.北京：电子工业出版社，2004.3654. Zhu Yunli.EDA technology application M. Beijing: Publishing House of electronics industry, 2004.36 54.(in Chines

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