一种以CPLD为核心处理电路的数字电压表设计

　　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A／D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A／D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。

　　1．1 方案一

　　用J-K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0．1 mV，则有2／(2n-1)=O．1 mV，n≥15，这里取n=16，如图2所示。

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　　1．2 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

　　2．1 硬件部分

　　2．1．1 滤波电路

　　滤波电路采用压控二阶低通滤波器，如图4所示。运放采用低温漂高精度运放OP07，取R1=R2=R=1．592 kΩ，C1=C2=10μF，则f0=10 Hz。

　　传递函数为：

　　当Aup<3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：

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　　2．1．2 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0．1 mV～2 V分为4个量程，即0.1～2 mV，2 mV～20 mV，20～200 mV，200 mV～2 V，分别放大1 000，100，10，1．1倍，则可选R1=49．45 Ω，R2=499 Ω，R3= 5．489 kΩ，R4=494 kΩ。