【正文】 ............................................................................. 9 基于單片機的溫度巡檢儀 ........................................................................................ 9 基于虛擬儀器的溫度巡檢儀 .................................................................................. 10 總體方案選擇與設(shè)計 .............................................................................................. 11 第四章 總體設(shè)計方案介紹 .................................................................................................... 13 基于 LPM_ROM 的熱電偶溫度巡檢儀的設(shè)計 .......................................................... 13 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .............................................................................................. 13 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .............................................................................................. 19 基于 MAX6675 的熱電偶溫度巡檢儀設(shè)計 .............................................................. 31 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .............................................................................................. 31 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) VII 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .............................................................................................. 35 第六章 總結(jié) ............................................................................................................................ 38 參考文獻 .................................................................................................................................. 39 附錄 A ...................................................................................................................................... 40 附錄 B....................................................................................................................................... 41 附錄 C....................................................................................................................................... 42 附錄 D ...................................................................................................................................... 43 致謝 .......................................................................................................................................... 44 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 1 第一章 引 言 研究背景 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。 在工業(yè)領(lǐng)域極端惡劣工作環(huán)境下，溫度的測量常伴有巨大的撞擊力或高溫氣體的高速流動，其共同特點是溫度高且是瞬態(tài)變化的，響應(yīng)時間可達 ms 甚至 ps 級，測量技術(shù)難度大 .目前，常用的溫度采集系統(tǒng)絕大部分是由集成溫度傳感器和單片機構(gòu)成 的，這種方案 有一定的局限性 ，因此采用效率和自動化水平更高的新的測量手段，是溫度測控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 溫度巡檢儀發(fā)展概況 在溫度巡檢儀沒有普及運用之前，溫度計測溫被運用在大多數(shù)溫度測量場合。由于其本身的結(jié)構(gòu)和功能所限，它只能對一些要求精度不高的地方進行較粗略檢測，從而需要嚴格控溫的場合則沒有辦法檢測，最終影響到生產(chǎn)的效率及效益。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 出現(xiàn)了能夠?qū)Χ帱c溫度進行巡回定點檢測并顯示的溫度巡檢儀。 溫度巡檢系統(tǒng) 不僅要進行數(shù)據(jù)的自動采集處理與實時控制 ， 而且要考慮數(shù)據(jù)的分析與管理 。 系統(tǒng)對大量有關(guān)聯(lián)數(shù) 據(jù)的存儲 ， 目的是為讓用戶方便地訪問和使用數(shù)據(jù)資源 ，將采集到的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)完整、系統(tǒng)地管理起來 。 在確保數(shù)據(jù)的安全性、完整性的同時 ， 管理者直接面對生產(chǎn)現(xiàn)場 ， 并根據(jù)現(xiàn)場的實際作業(yè)信息及時發(fā)出指令 ， 進行全局統(tǒng)籌調(diào)度與協(xié)調(diào) 。 研究意義 溫度巡檢儀的出現(xiàn)和發(fā)展順應(yīng)了時代和工業(yè)發(fā)展的趨勢。它是 由溫度傳感器和顯示、記錄儀表構(gòu)成。其測溫原理是：多個傳感器的輸出電參數(shù)隨溫度的變化而變化，輸內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 2 出并變換成統(tǒng)一規(guī)格的電信號，由多路自動開關(guān)逐路選通，以采樣、量化、編碼和必要的輔助運算方法將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。再經(jīng)數(shù)字電路或 微處理器及外圍電路處理后輸出驅(qū)動顯示和記錄機構(gòu)，周期性地采集被測信號。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 3 第二章 EDA 技術(shù)介紹 電子設(shè)計自動化 （ EDA） 技術(shù)概述 電子設(shè)計自動化 （ EDA） 技術(shù) EDA 是電子設(shè)計自動化 (Electronic Design Automation)的英文縮寫 ， 是 20 世紀 90年代初從 CAD(計算機輔助設(shè)計 )、 CAM(計算機輔助制造 )、 CAT(計算機輔助測試 )和CAE(計算機輔助工程 )的概念發(fā)展而來的。 EDA 技術(shù)就是以計算機為工具 ， 在 EDA 軟件平臺 上 ， 根據(jù)硬件描述語言 HDL 完成的設(shè)計文件 ，自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合及優(yōu)化、布局線、 仿真 ， 直至對于特定目測網(wǎng)絡(luò)是否暢通 ； 第三階段 ， 建立用戶和安裝常用的故障報警裝置。 EDA 技術(shù)是以計算機科學(xué)和微電子技術(shù)發(fā)展為先導(dǎo) ， 匯集了計算機應(yīng)用科學(xué)、微電子結(jié)構(gòu)、工藝學(xué)和電子系統(tǒng)科學(xué)的最新成果的先進 CAD(Computer Aided Design)技術(shù) ，它是在先進的計算機工作平臺上開發(fā)出的一系列電子設(shè)計軟件系統(tǒng)。根據(jù)電子設(shè)計的發(fā)展特征 ， EDA 技術(shù)的發(fā)展過程可劃分為四個階段 ： 第一階段起始于 60 年代中期 ， 人們開始 用計算機設(shè)計印刷電路板 PCB(Printed CircuitBoard)設(shè)計 ， 產(chǎn)生了電子 CAD 概念 ， 標志著電子 CAD 技術(shù)的誕生。 第二階段從 70 年代開始 ， 隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需要 ， 除了將 CAD 用于電路繪圖外 ，又增加了電路功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計 ， 通過網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起。這就是CAE(Computer AidedEngineering)的概念 ， 主要用于電氣原理圖的輸入、邏輯仿真、電路分析、布局布線和 PCB 設(shè)計。著名的電路仿真軟件 SPICE (Simulation Program for Integrated Circuit Emphasis)就是這個時代的代表作。 第三階段從 80 年代初至九十年代初 ， EDA 技術(shù)延伸到半導(dǎo)體芯片的設(shè)計。運用 EDA技術(shù)設(shè)計并生產(chǎn)出了許多可編程半導(dǎo)體芯片。同時出現(xiàn)了一批適用于微機的電路仿真和設(shè)計的軟件 ， 如 PSPICE、 EWB( Electrinic Workbench)等。 第四階段從九十年代至今。這個時期微電子技術(shù)以驚人的速度發(fā)展 ， 其工藝已達到深亞微米級 ， 在一個芯片上可集成幾百萬只仍至上千萬只晶體管。這就給 EDA 技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn) ， 從而又大大地促進了 EDA 技術(shù)的發(fā)展 ， 產(chǎn)生了許多規(guī)模較大 的 EDA 工具軟件系統(tǒng) ， 如 Cadence、 Synopsys 以及我國的熊貓系統(tǒng)等?？梢哉f這個階段才真正稱內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 4 得上是 EDA 時期。 現(xiàn)在 EDA 這個詞用得很廣，有將 PROTEL、 PSPICE、 EWB、 POWERPCB 等都稱為 EDA 軟件，這或許是不恰當(dāng)?shù)?。如上所述?EDA 就是利用計算機 ， 通過軟件方式的設(shè)計和測試 ， 達到對既定功能的硬件系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。 EDA 技術(shù)中最為矚目的和最具現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)特征的功能就是日益強大的仿真測試技術(shù)。 EDA 仿真測試技術(shù)只需通過計算機就能對所設(shè)計的電子系統(tǒng)從各種不同層次的系統(tǒng)性能特點完成一系列 準確的測試與仿真操作，在完成實際系統(tǒng)的安裝后還能對系統(tǒng)上的目標器件進行所謂邊界掃描測試。這一切都極大地提高了大規(guī)模系統(tǒng)電子設(shè)計自動化程度。與單片機系統(tǒng)開發(fā)相比 ， 利用 EDA 技術(shù)對 FPGA/CPLD 的開發(fā)，通常是一種借助于軟件方式的純硬件開發(fā)，因此可以通過這種途徑進行所謂專用集成電路(ASIC)開發(fā)，而最終的 ASIC 芯片，可以是 FPGA/CPLD，也可以是專制的門陣列掩模芯片， FPGA/CPLD 只起到硬件仿真 ASIC 芯片的作用。而利用計算機進行的單片機系統(tǒng)的開發(fā)，主要是軟件開發(fā)，在這個過程中只需程序編譯器就可以 了，綜合器和適配器是沒有必要的，其仿真過程是局部的且比較簡單。 可編程 邏輯門陳列（ FPGA） FPGA 由許多獨立的可編程邏輯模塊組成，用戶可以通過編程將這些模塊連接起來實現(xiàn)不同的設(shè)計。 FPGA 兼容了 MPGA 和陣列型 PLD 兩者的優(yōu)點，因而具有更高的集成度、更強的邏輯實現(xiàn)能力和更好的設(shè)計靈活性。 1． FPGA 的分類 不同廠家、不同型號的 FPGA 其機構(gòu)有各自的特點，但就其基本機構(gòu)來分析，大致有以下幾種分類方法。 （ 1）按邏輯功能塊的大小分 FPGA 的基本邏輯機構(gòu)單元是可編程邏輯塊，按照邏輯功能塊的大小 不同，可將FPGA 分為細粒度機構(gòu)和粗粒度機構(gòu)兩類。 （ 2）按互聯(lián)結(jié)構(gòu)分 按互聯(lián)結(jié)構(gòu)分類可將其分為分段互聯(lián)型和連續(xù)互聯(lián)型兩類。 （ 3）按編程特性分 按編程特性分類 FPGA 可分為一次編程型和可重復(fù)編程型兩類。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 5 2． FPGA 的基本機構(gòu)及特點 FPGA 由若干獨立的可編程邏輯模塊組成。它由三種可編程單元和一個用于存放編程數(shù)據(jù)的靜態(tài)存儲器組成。這三種可編程的單元分別是輸入 /輸出模塊 IOB(I/O Block)、可編程邏輯模塊 CLB（ Configurable Logic Block）和互聯(lián)資源 IR(Interconnect Resource)。它們的工作狀態(tài)全都由編程數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)設(shè)定。 3． FPGA 結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點有： （ 1） FPGA 中除了極少的幾個引腳以外，大部分引腳都與可編程的 IOB 相連，且均可根據(jù)要求設(shè)置成輸入或輸出。 （ 2）每個 CLB 中都包含組合邏輯電路和存儲電路（觸發(fā)器）兩部分，可以設(shè)置成規(guī)模不大的組合邏輯電路或時序邏輯電路。 （ 3）在 CLB 之間配備了豐富的連線資源。折線互聯(lián)資源包括不同類型的金屬線、可編程的開關(guān)矩陣和可編程的連接點，從而使 CLB 更易設(shè)計成各種應(yīng)用型電路。 4． FPGA 存在的主要缺點有： （ 1）信號傳輸延遲時間不是確定的且速度慢。 （ 2）由于 FPGA 中的編程數(shù)據(jù)存儲器是一個靜態(tài)隨即存儲器，斷電時數(shù)據(jù)將隨之丟失，因此，每次開始工作時都要重新安裝編程數(shù)據(jù)，并需要配備保存變成數(shù)據(jù)的EPR