RLC智能测量仪

1、R.L.C.智能测量仪学生：梁耕瑞 指导教师：鲁顺昌内容摘要：本文介绍了一款靠性能的R.L.C智能测试仪的设计，该仪器主要由DAC0832与LM358构成的DDS信号发生器、FPGA做整个系统的主控芯片、高速、高精度25位型A/D芯片ADS1255进行数据采样，使用自由轴测量法进行数据测量，同时使用串口把测量数据发送到上位机中进行元件仿真建模。关键词：RLC测量仪 FPGA DDS信号发生器 高精度ADR.L.C. intelligent measuring instrumentAbstract: This paper introduces A by R.L.C intelligent tes

2、ter design, the performance of the equipment is mainly composed of DAC0832 and LM358 DDS signal generator, FPGA make the whole system of master control chip, high speed, high precision 25 - type A/D chip ADS1255 data sampling, use free axes measuring method, data measurement, at the same time using

3、the measurement data is sent to the PC serial port element simulation modeling.Keywords: RLC meter FPGA DDS signal generator of high precision AD目 录前言 11方案选择与论证11.1 设计目标要求11.2 系统设计方案选择11.3 自由轴法测量原理21.3.1 阻抗计算21.4 嵌入处理器选择42硬件电路设计52.1 电路结构设计52.2 电源设计62.2.1 电源方案选择62.2.2 电源结构62.2.3 电源电路设计72.3 DS信号发生源设计1

4、02.4 测量电路122.5 A/D模块设计132.6 人机交互电路设计142.7 RS-232通信接口设计152.8 FPGA核心电路163 软件设计163.1 FPGA构架设计163.2 DDS信号发生器173.3 ADC测量以及相敏检波183.4 元件自动识别203.5 串口通信203.5.1 串口构造213.5.2 VB简介223.5.3 上位机测试软件224 仿真与调试234.1 时序逻辑仿真234.2 电路仿真235设计总结24附录1：FPGA核心板电路图（一）25附录2：FPGA核心板电路图（二）26附录3：部分VERILOG 代码27参考文献32R.L.C.智能测量仪前言 当代

5、电子技术迅猛发展，应对日趋增长的测量精度需求，对测量仪器的要求不断提高。但是目前测量仪器普遍价格高、精度低。随着片上系统的逐渐普及以及半导体器件制造工艺的不断提高，设计制造低成本、高性能的器件难度不断降低。同时设计工具的智能化、集成化、模拟化也是当前发展的主流。本设计使用目前前沿设计技术，阐述了高性能的RLC智能测量仪的全部设计流程。1 方案选择与论证1.1 设计目标要求在本设计R.L.C智能测量中要求能够智能测量电阻、电容、电感的参数，并显示出数值，考虑到进行系统调测量试的智能化和便于使用自动控制的工业现场，所以本设计在测量仪自带显示器显示数据的同时使用RS-232串口发送数据到电脑中。在设

6、计电路的同时本设计使用 VB 编写了一个通过串口传输数据的上位机程序进行数据测试。本设计R.L.C.智能测量仪设计设计理念是设计实验室专用中等成本的R.L.C.智能测量仪，本设计要求精度较高，其设计目标参数为：测试范围：电感：0.1uH-9999mH电容：0.1nF-9999mF电阻：0.01-9999K测量精度：0.05%1.2 系统设计方案选择在R.L.C测量中目前主流有三种方法，即谐振频率测量法、电桥校准测量法、伏安阻抗测量法。其中谐振测量即使用被测量元件与标准元件构成振荡器，但是在批量生产中制作元件精度有限，每台仪器之间测量误差非常大，同时在使用的同时器件的参数性能变化也直接影响测量精

7、度，所以谐振产量法常用在一些低速、低精度、低成本的场合，无法满足本设计的设计要求。目前高精度测量元件参数中普遍采用的是电桥校准测量法，虽然电桥发校准测量法的测量精度比较高，但是电桥测量的测量速度太慢，且电桥测量调平操作非常的复杂在自动化测量中电桥测量法难以实现。虽然电桥测量法能够满足本设计的测量精度，但是测量速度忙且测量复杂，同样不适合与本设计。伏安测量法是最基础的方法，以前伏安发测量由于电子元件的精度以及处理器的速度限制测量精度并不是很高，但是近代半导体技术突飞猛涨，以目前半导体元件制作的伏安测量电路完全能满足本设计的测量精度，所以本设计在伏安法的基础上采用相位差测量法。1.3 自由轴法测量

8、原理本设计采用自由轴测量方式，即采用一个标准的正弦波加在被测元件和一个标准电阻Rs串联的连接的二端口上。测量被测元件上电压的Ux，被测元件上的波形即是电压的波形：同时测量标准电阻上的电压Us，标准电阻上的的电压波形通过除以标准电阻值就是垫钱被测元件的电流Io。由下公式即可求出被测元件的阻抗值Zx。Zx=Uz/Io=()Uz/Ur)Rr=(U1+U2)/(U3+U4)Rr其中原理框图如图1.3-1所示：图1.3-1 自由轴法RLC测量原理框图1.3.1 阻抗计算当采样到U1、U2可以推断出其为Ux坐标的两个投影。U3、U4为Us坐标的两个投影，其测量电压Ux与Uz的向量图如图1.3.1-1所示：

9、图1.3.1-1 自由轴向量坐标图则被测元件阻抗Zx可以用式1.3.1-1表示为： （1.3.1-1）利用测得的Ux与Uz在自由轴向量坐标上的投影分量建立数学模型，如式1.3.1-2与式1.3.1-3所示 （1.3.1-2） （1.3.1-3）公式中e为AD取值的刻度，即代表没一个刻度的真实电压值,而N则为刻度的系数。假设测量的为容性阻抗，根据公式1.3.1-2与1.3.1-3可推出导纳的其导纳（Yx）的求值公式1.3.1-4为： （-4）则可推等效电纳（Cx）和等效电导（Gx）求值公式1.3.1-6： （-5） （-6）按照相同的方法可以推导出表-12中测量参数求R、L、C公式。表图1.3.

10、1-12 RLC测量公式表1.4 嵌入处理器选择嵌入式CPU的选择有多种选择。有以下几种方案：方案一：目前嵌入式处理器中常用的是ARM构架的32位单片机，其特点有成本低、性能较好、型号多可选择性好，其中常用的有ST公司生产的STM32系列的单片机和飞思卡尔生产的K系列的的单片机等等。方案二：选择DSP处理器进行数据处理，DSP具有浮点数运算和数据处理能力快的优点，DSP目前广泛应用于高性能大数据量的信号处理系统中。方案三：自己设计专用集成芯片SOPC（片上系统）进行数据处理，普遍研发阶段一般使用选择可编程逻辑器件FPGA/CPLD在其内部构造一个能够进行数据处理的片上逻辑系统进行数据处理。AR

11、M构架的单片机虽然应用广泛，但是其在高速大量数据的运算上面有所欠缺。且其指令系统复杂，又要保证本系统的测量精度需要严格的时序要求。所以本系统不适合使用ARM单片机，DSP数据处理能力非常强，但是其价格偏高，同时内部指令系统也很复杂，所以也不利于时序的控制。SOPC能够进行数据硬件化处理，同时内部也可构造出CPU节约内部硬件空间。在能够实现高速数据处理的同时又能够精确的进行时序控制，虽然可编程逻辑器件售价较高，但是进行大规模生产时进行专用集成芯片芯片（ASIC）流片可以大大降低成本。所以本设计采用ASIC（专用集成芯片）的设计原型FPGA（可编程逻辑器件）进行数据控制。由于是设计样机成本并不在考

12、虑范围之内，本设计选用的FPGA芯片是Altera公司生产的CYCLONE IV系列的EP4CE15F17C8N。该芯片内部资源足够用于本设计。其内部资源如上表1.4-1所示：表1.4-1 FPGA内部资源表芯片EP4CE15F17C8N逻辑单位15408内嵌RAM516096bitIO数量156内核电压工作温度0°-85°封装256-BGA2 硬件电路设计2.1 电路结构设计电路中FPGA主要起中枢作用，DDS信号发生器用于产生标准的正弦波，由于DDS信号发生器产生的是高阻信号所以使用缓冲进行阻抗变换后把低阻信号加于被测元件与标准电阻上面，A/D采样电路同时采集Ux、Ur

13、两路电压信号。计算得出数值后通过液晶进行数据显示，在液晶显示的同时通过串口发送数据到上位机。在确定好了设计总体方案以后确定电路结构如下图2.1-1所示：图2.1-1 RLC 测量仪电路结构图2.2 电源设计2.2.1 电源方案选择在精密测量系统中电源的稳定关系到整个系统的精度。目前直流电源产生主要有三种方案：方案一：采用蓄电池对系统供电。方案二：采用民用单相220V交流电进行开关降压滤波后对系统进行供电。方案三：采用单相220V/60HZ交流电进行供电，使用工频变压器降压、整流、滤波后对系统进行供电。由于电池电压稳定即使电压下降也是缓慢的曲线下降，所以电池是一般高精密测量系统的首选供电方案，但

14、是电池能量容量有限需要定期对其进行充电，且需要定期对电池进行维护，不便于使用。使用开关电源是目前市场主流。其成本低效率高，开关电源的原理是利用高频开关器件对电源进行开关降压后滤波输出需要的波形，这同时也是开关电源的一个缺点，因为开关电源在进行高频开关降压的同时会产生高频谐波，由于是精密测量仪器这个高频干扰会严重影响测量精度，甚至会把测量精度降低好几数值。所以开关电源同样不适用于本设计。进行工频变压器降压整流虽然电源成本相对较高，但是工频降压的干扰仅有50Hz的市电干扰，很容易使用软件进行滤波，大大降低了硬件结构的复杂，也节省了制作成本，相对而言使用工频降压的方法最适合本设计需求，所以本设计选用

15、工频变压器对电源降压后进行整流滤波对系统供电。2.2.2 电源结构由于是金木仪器所以在电源的数字和模拟需要进行特殊处理，在本设计中电源总体结构图如下图2.2.2-1所示：图2.2.2-1 电源结构图2.2.3 电源电路设计2.2.3.1 共模抑制电路电源的干扰影响着仪器的精度、稳定性、可靠性。同时为了防止仪器对其他电器的干扰，采用共模抗干扰技术，即通过在市电和变压器之间连接一个共模磁环进行对电源电磁干扰进行隔离，提高电源稳定性。其原理如图2.2.3-1所示：图2.2.3-1 共模抑制电路图2.2.3.2 变压器选择由于本设计数字芯片供电采用3.3V直流电源供电，运放芯片采用的是5V单电源供电，

16、所以工频变压器选择220V/6V变压器，本设计所有器件功率最高消耗约为8W，考虑到余量所以变压器选择标称功率为16W的工频变压器。2.2.3.3 整流滤波电路由于变压器输出的是交流的正弦波信号需要对这个正弦波进行整流滤波后才能为器件进行供电，其电路图如图2.2.3.3-1所示：图2.2.3.3-1 整流滤波电路图本设计估计功率约为8W。计算时考虑少量豁量取10W进行计算。8.48V直流输入电压计算，输入电流IL约为1.18A。其中整流桥中的二极管导通半角<，其二管导通电流取有效值，有电容滤波时二极管耐流选择公式为2.2.3.3-1所示： （2.2.3.3-1）考虑到豁量整流二极管选用耐流

17、应为2A左右。由于二极管进行整流滤波以后输出的电压波形图2.2.3.3-2所示.：图2.2.3.3-2 整流后电压波形图所以需要储能电容就给对电压进行滤波处理，其中电容的取值不能太大，太大时充电电流太大容易烧坏二极管，太小充电电流太小输出电压脉动太大，所以电容取值如下式2.2.3.3-2所示： （2.2.3.3-2）其中R为电路等效电阻，本系统R取值为7.19。所以电容取值为3200uF，但是市场上并没有3200uF的个型号的电容，所以选取3600uF的电容进行滤波，电路中的0.1uF的电容作用是增加电路的高频响应。2.2.3.4 线性稳压电路由上文可知开关型降压电源并不适合用于本设计，所以在

18、进行系统稳压时问设计选用线性稳压芯片进行稳压。其中3.3V电源器件选用AMS1117-3.3进行稳压。V电源器件选用AMS1117-5.0进行稳压，为了增加线性稳压的反应是速度和降低器件对系统的干扰，在稳压芯片的输出与输出口都增加了电源去耦电容，其稳压电路如图2.2.3.4-1所示：图2.2.3.4-1 线性稳压器电路2.2.3.5 模拟器件与数字器件隔离接地的正确性对高精密测量仪器至关重要，接地方法不好会影响整个系统的稳定性，好的接地方法能够非常有效的抑制干扰。接地的目的是去掉两个不同地的电路电流经过公用的地线时所导致的的电压噪声干扰，而且且接地进行隔离避免了不同电路的电磁场对相邻系统的的影

19、响，避免了电压地环路的形成。目前普片使用的防干扰接地的方法是让模拟地和数字地在一点汇交防止干扰，同时防止外部电磁干扰以及内部电磁信号泄露引起其他设备故障，在把机盒与地线相连，其中模拟地与数字地连接时采用分别回流接地法，其示意图如图2.2.3.5-1所示：图.5-1 分别回流接地2.3 DS信号发生源设计由于本设计需要一个可以自动控制的标准正弦信号，使用模拟器件产生信号难以控制，所以本设计采用D/A器件制作一个直接数字频率合成（DDS）信号发生器。DDS信号发生器即是通过数字技术产生模拟信号，虽然DDS信号发生器的特点决定了它输出信号并不连续且输出信号的带宽受到器件限制并不能做到很宽，其信号的误

20、差主要由D/A器件的非线性误差造成的。本设计需要的最高频率为1KHZ的正弦信号，考虑到信号的标准性，所以每一个波形最小设置256个数值点。D/A转换器转换频率需要达到256KSPS以上。DSC0832是一字节数据宽度的D/A转换芯片，该芯片是电流型D/A转换芯片，电流建立时间只有1us，转换频率达到了1MSPS,其速度能够满足本设计需求。其中DAC0832内部原理图与引脚图如图2.3-1所示：图2.3-1 DAC0832原理图与引脚图由于DAC0832输出为电流型，切为了让数据输出平缓，需要在输出端连接一个有源低通滤波器。LM358是单电源、双运放结构，其参数如表2.3-1所示：表2.3-1

21、LM358参数表芯片LM358直流电压开环增益96dB双电源电压范围±1.5V-±15V单电源电压范围3V-30V失调电压1mV输出电压摆幅0V-VCC本设计通过DAC0832输出离散的正弦电流，经过LM358进行电压转化、低通滤波想、以后输出标准正弦波。正弦信号失真度非常低，其失真度能够降到0.01%以下。应用电路图如图2.3-2所示。由于D/A输出的是离散信号，为了保证数据的高线性度，低通滤波截止频率太低信号会使输出信号赋值降低、截止频率太高输出信号会出现高频谐波，所以需要选择合适的截止频率。D/A信号跳变频率为256KHZ，正弦波输出信号为1KHZ，考虑到平衡性，本设

22、计选择截止频率为5KHZ。截止频率计算公式2.3-1为： （2.3-1）所以当R取10K的值时，C取值为3.1nF。图2.3-2 DDS信号发生电路图2.4 测量电路电路图如图2.4-1所示：图2.4-1 测量电路图本设计测量电路主要由一个被测元件Zx、标准电阻Rs、和一个电压跟随器构成，运放LM358作为电路中的电压跟随器，其作用是把电流信号转化为电压信号进行采样，电阻Ro主要起限流的作用没用严格限制，由于LM358输出电流最大约为10mA,最高电压为5V，考虑到豁量所以Ro选用标称阻值1K，1%误差，0.25W的金属膜电阻通过电流最大Io为5mA， A/D器件最大采样值为5V，计算得出Rs

23、取值为2K，考虑到豁量Rs的取值应为1.5K，而RS的精度影响着系统测量精度，所以Rs选择1.5K、0.01%误差、1W的军工级金属膜电阻。2.5 A/D模块设计考虑到采样的精确性本设计采用24位高速A/D芯片ADS1255，ADS1255是TI公式生产的低功耗、高速、高精度的24位型A/D器件，ADS1255内部集成数输入缓冲器、可编程增益放大器、可编程数字滤波器。由于其性能极高常使用在工业测量、科学仪器领域。ADS1255参数如下表2.5-1所示表2.5-1 ADS1255参数表型号ADS1255封装SSOP-20数据位数24位最快数据采样30KSPS非线性度±0.0010%输入

24、通道2路模拟部分电压5V数字部分电压ADS1255组要有模拟量输入开关、缓冲输入器、数控放大器、调制器、数字滤波器、震荡电路、通信接口组成。其内部结构图如图2.5-1所示：图2.5-1 ADS1255芯片结构图又由于ADS1255属于高精密器件所以在模拟电源的输入端和数字电源的输入端添加一个大电容和一下小的瓷片电容进行电源去耦，保证测量精度。ADS1255应用电路如图2.5-2所示：图2.5-2 ADS1255应用电路图2.6 人机交互电路设计人机交互界面分为显示界面与控制界面，本设计显示采用LCD12864液晶屏幕进行显示。LCD12864屏幕为点阵式液晶屏幕，其中横坐标有128个像素点。纵

25、坐标有64个像素点。本设计使用的LCD12864屏幕采用SPI协议进行通信，最高支持通信速度2.5Mb/S，其高速数据显示足够进行本设计数据显示。控制体现了智能设备的高度智能化特点，采取一键式测量，即整机只有一个开始测量的按键。LCD12864应用电路图如图2.6-1所示：图2.6-1 LCD12864应用电路图2.7 RS-232通信接口设计一般仪器测量都只能支持设备自带显示器显示，但是在设计阶段电路仿真的时候需要把元件参数测量出来后手动在电脑仿真软件上手动输入参数简历模型，但是这种方式在现代的高速、大量的数据测量中工作量大，且人工操作容易出错。同时方便系统仿真中的元件建模，本设计设计的RL

26、C智能测量仪使用串口把测量数据通过串口发送到计算器中进行自动元件建模，同时计算机业可以通过串口发送控制命令控制测量仪工作。由于计算机的RS232接口属于差动电平，无法和FPGA引脚的TTL电平兼容，所以本设计选用MAX公司生产的MAX232电平转换芯片进行电平转化。考虑到一般芯片TIA-232E /EIA以及V.24/V.28通信接口而一端无法满足±12V供电，MAX232是专为该应用提供的专用芯片，MAX232为5V供电，支持多通道信号传输，属于全双工串口传输芯片。其数据手册推荐应用电路如图2.7-1所示：图2.7-1 MAX232应用电路图2.8 FPGA核心电路本设计使用的是F

27、PGA做数据处理，其内部可重构数字处理电路，所以大大节约了开发时间与开发成本。考虑到设计原型能够足够支持设计，本设计选用FEP4CE15F17C8N这个型号的FPGA芯片进行原型设计。同时为了保证芯片能够进行大数据量缓存，本设计同时采用空间为256Mb的SRAM芯片IS61LV25616-10T进行数据缓存。3 软件设计3.1 FPGA构架设计由于FPGA是硬件可重构元件，设计理念应是硬件模块化思想，所以在构架设计时应设计是模块化硬件电路。本设计使用的HDL语言为是Verilog HDL硬件描述语言，Verilog HDL语言是在1983年在Gateway Design Automation公

28、司设计，该语言由于语法结构酷似C语言且语法灵活多变，推出不久后很快被设计人员认可。同时考虑到系统庞大所以采用自上而下的原则进行设计。设计流程和模块结构图如下图3.1-1与3.1-2所示：图3.1-1 FPGA设计流程图图3.1-1 FPGA结构图3.2 DDS信号发生器由于是高精度信号源本设计采用第三方软件进行一个8位256个样点的函数对应值进行数据取值。一共2048b文件把值存入内部ROM中等待调用，为了保证数据传输的流畅性，本设计采用8位16个深度的FIFO缓冲器进行数据预取值。FIFO是一个先进先出数据缓存器，FIFO和一般的数据储存器不同的是没有数据读取地址线，所以在进行FIFO进行数

29、据载入和取出的时候能够非常的快捷。目前FIFO常用在高速数据缓存上。FIFO模块结构如图3.2-1所示：图3.2-1 FIFO模块结构由于数据在储存的时候已经进行了编码所以可以不用编码直接把从FIFO取出的数据载入D/A输出控制器中。其中D/A输出控制器只需要用硬件结构模拟出DAC0832的时序进数据输出即可，DAC0832时序图如图3.2-2所示：图3.2-2 DAC0832时序图同时在使用DAC08322进行数据输出的时候，由于FPGA使用频率为50MHZ的晶振，要让输出频率为fx的正弦信号则对DAC0832控制周期Tx如式3.2-1： (3.2-1)3.3 ADC测量以及相敏检波由于本设

30、计使用的A/D转换芯片使用的是SPI通信协议所以要控制SPI通信需要构造一个SPI的底层函数。SPI时序图如图3.3-1所示：图3.3-1 SPI协议时序图建立的SPI协议模块与上级模块连接需要有信号数据线、发送使能线、完成反馈线，考虑到Verlog对位操作的优良性，本设计SPI协议的数据线使用包含了数据与芯片使用信息的十位的数据线，的0-7位是数据位，8位为片选，9位是命令/数据选择线，其SPI协议关键代码见如附录表3。同时使用自由轴测量的方法分别在被测元件与标准电阻上信号的一个周期内采样两次信号，每次信号相位差为90°，在被测元件上采样电压分别为U1、U2；在标准电阻上测量元件电

31、压分别为U3、U4。由于ADS1255内部具有程控放大器，在测量数据的同时可以按按照数据的大小自动调节放大器的放大倍数。其调节原理图如图3.3-2所示：图3.3-2 ADS11255调节原理图3.4 元件自动识别本仪器值设有一个测量按键，放入测量原件后需要进行自动识别被测元件的类型。根据其阻抗原理，电阻测量时只有实部，因此在加入元件时能够很快判定出是否为电阻。如果不是电阻则测量其虚部位正还是为负，如果虚部为正则为电感，否则为电容。3.5 串口通信由于FPGA本身由逻辑电路组成，本身不集成串口模块，使用串口模块时需要进行配置，串口书序图如图3.5-1所示：图3.5-1 串口时序图 串口构造同时考

32、虑到穿靠数据发送量可能比较庞大，为了增加数据传输的效率，在串口模块中同样添加了FIFO模块进行数据缓存。串口控制模块主要作用是读取FIFO模块数据、和选择发送的数据类型。串口发送模块的作用是把控制模块的数据按照串口的时序要求进行数据发送，其中核心代码见附表3。本设计串口发射模块构造如图3.5.1-1所示：图3.5.1-1 串口控制构架接收模块构造图如图-2所示：图3.5.1-1 串口控制构架 VB简介Visual Basic是微软公司推出的一种面向对象的编程语言，VB拥有图像开发系统和快速应用程序开发系统，器提供的控件可以让开发人员设计一个用户程序 上位机测试软件本系统根据测试需要使用VB开发

33、了一个简单的测试上位机程序。其开发过程本文不再赘述，其界面如图3.5.3所示：图3.5.3 串口通信测试软件窗口通过基本测试该串口通信软件能够收到响应的测量数值并进行简便的数据处理，4 仿真与调试完成了硬件与时序逻辑的设计后需要进行仿真与电路调试4.1 时序逻辑仿真本设计对时序逻辑的仿真采用Modelsim进行时序逻辑的仿真，其中仿真部分时序仿真图如图4.1-1所示：图4.1-1 Modelsim仿真部分时序图经过不断的仿真调试后即可确定时序逻辑部分的设计。4.2 电路仿真本设计电路仿真采用的是Multisim电路仿真软件，其中仿真结果如图4.2-1所示：图4.2-1 Multisim电路仿真

34、图由上图可知可以使用A/D转换器件实时转化出其固定阻抗和待测阻抗，当已知频率的时候即可求按照所列出的公式求出需要测量元件的参数。5 设计总结这次毕业设计让我受益匪浅。通过这次设计我对自己在大学四年时间里所学的知识得到了全面的 回顾，并充分发挥对所学知识的理解和对毕业设计的思考及书面表达能力，最终完成了这份论文。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识转化为能力的实际训练，培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。经过了两个多月的努力终于把这篇论文写完，同时也标志着我大学四年的时光即将结束，我即将离开生活四年的母校奔

35、赴工作岗位。在做毕业设计的这两个月里面感谢鲁老师对我的指导，鲁老师的亲切关怀和悉心指导让我完成了这份毕业设计，老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象，我将终生难忘老师对我的亲切关怀和悉心指导，再一次向他表示衷心的感谢，感谢他为学生营造的浓郁学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助! 值此论文完成之际，谨向鲁老师以及学校全体老师致以最崇高的谢意。附录1：FPGA核心板电路图（一）附录2：FPGA核心板电路图（二）附录3：部分代码串口接收部分代码：module RX_module (input RST,input CLK,input UART_RX,/接收

36、信号线output 7:0 LED_DU,output 5:0 LED_WE);wire entable;wire RX_CLK;wire 7:0RX_Data;/*-接收时钟-*/UART_RX_CLK RX1(.RST(RST),.CLK(CLK),.UART_RX(UART_RX),.entable(entable),.RX_CLK(RX_CLK) );/*-数据处理-*/UART_RX_ProcessingData RX2(.RST(RST),.CLK(CLK),.RX_CLK(RX_CLK),.UART_RX(UART_RX),.entable(entable),.RX_Data(R

37、X_Data) );NixieTuble LED1(.RST(RST),.CLK(CLK),.RX_Data(RX_Data),.LED_DU(LED_DU),.LED_WE(LED_WE) );endmodule串口发送部分代码：module TX_module(input RST, input CLK, input 7:0UART_TX_data, input UART_TX_sig, output UART_TX_ouput, output UART_TX_done ); wire BPS_CLK; /*定时模块*/ tx_bps_module TX_M(.RST(RST),.CLK(C

38、LK),.UART_TX_sig(UART_TX_sig),.BPS_CLK(BPS_CLK); /*发送控制模块*/ x_control_module TX_C(.RST(RST),.CLK(CLK),.BPS_CLK(BPS_CLK),.UART_TX_data(UART_TX_data),.UART_TX_done(UART_TX_done),.UART_TX_ouput(UART_TX_ouput); EndmoduleLCD显示部分代码：module lcd_module( CLK, RSTn, SPI_Out); input CLK; input RSTn; output 3:0S

39、PI_Out; /*/ wire Init_Start_Sig; wire Draw_Start_Sig; lcd_control_module U1 ( .CLK( CLK ), .RSTn( RSTn ), .Init_Done_Sig( Init_Done_Sig ), / input - from U2 .Draw_Done_Sig( Draw_Done_Sig ), / input - from U3 .Init_Start_Sig( Init_Start_Sig ), / output - to U2 .Draw_Start_Sig( Draw_Start_Sig ) / outp

40、ut - to U3 ); /*/ wire Init_Done_Sig; wire 3:0Init_SPI_Out; initial_module U2 ( .CLK( CLK ), .RSTn( RSTn ), .Start_Sig( Init_Start_Sig ), / input - from U1 .Done_Sig( Init_Done_Sig ), / output - to U1 .SPI_Out( Init_SPI_Out ) / output - to selector ); /*/ wire Draw_Done_Sig; wire 3:0Draw_SPI_Out; draw_module U3 ( .CLK( CLK ), .RSTn( RSTn ), .Start_Sig( Draw_Start_Sig ), / input - from U1 .Done_Sig( Draw_Done_Sig ), / output - to U1 .SPI_Out( Draw_SPI_Out ) / output - to selector ); /*/ reg 3:0SPI_Out; always ( * ) if( Init_Start_Sig ) SPI_Out = Init_SPI_Out; / drive by U2 else if( Draw_S