【正文】 ........................... 4 方案 1： ................................................................................ 4 方案 2： ................................................................................ 5 方案論證與確定 .................................................................... 6 3 硬件電路設(shè)計(jì) ................................................................................. 7 硬件整體結(jié)構(gòu)及原理 ............................................................ 7 電源部分 ................................................................................ 8 時(shí)鐘電路 ................................................................................ 9 按鍵電路 ................................................................................ 9 溫度傳感器 DS18B20 的特點(diǎn) .............................................. 9 DS18B20 的測(cè)溫原理 ......................................................... 10 程序下載 .............................................................................. 12 ....................................................................................... 13 頂層結(jié)構(gòu)框圖： .................................................................. 14 DS18B20 的狀態(tài)機(jī)框圖： ................................................. 15 LCD1602 的狀態(tài)機(jī)框圖： ................................................. 17 5 Modelsim 仿真及仿真 .................................................................. 19 Modelsim 介紹 .................................................................... 19 書寫 testbench 激勵(lì)信號(hào) ................................................... 20 時(shí)鐘模塊仿真 ..................................................................... 20 時(shí)鐘模塊的激勵(lì)信號(hào) testbench .............................. 20 時(shí)鐘仿真波形及分析 ............................................... 22 溫度數(shù)據(jù)處理及空調(diào)電機(jī)仿真 ......................................... 23 LED 模塊激勵(lì)信號(hào) testbench ................................... 23 LED 模塊仿真結(jié)果及分析 ....................................... 25 《優(yōu)秀畢業(yè)論文》 基于 FPGA 的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) V 6 實(shí)際運(yùn)行結(jié)果及總結(jié) ................................................................... 26 配置管腳 ............................................................................. 26 燒錄程序 ............................................................................. 27 運(yùn)行結(jié)果分析 ...................................................................... 27 致謝 ................................................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ........................................................................................... 30 附件 程序代碼 ................................................................................. 31 頂層模塊 VerilogHDL 代碼： .................................................. 31 DS18B20 模塊 VerilogHDL 代碼 : ............................................ 33 LCD1602 模塊 VerilogHDL 代碼： ......................................... 48 clock 模塊 VerilogHDL 代碼： ................................................ 55 按鍵模塊 VerilogHDL 代碼： .................................................. 57 LED 模塊 VerilogHDL 代碼： ................................................. 59 《優(yōu)秀畢業(yè)論文》 基于 FPGA 的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 前言 本論文主要任務(wù)是設(shè)計(jì)基于 FPGA 的空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。但是隨著空調(diào)數(shù)量的增加，相應(yīng)的負(fù)面問題也隨之出現(xiàn)，耗能的日益增加已成為我國(guó)部分地區(qū)能源及電力供需矛盾的主要原因之一，當(dāng)務(wù)之急必須采取有效措施降低空調(diào)的能耗。如何降低空調(diào)能耗，實(shí)現(xiàn)空調(diào)自動(dòng)控制，利用空調(diào)改善室內(nèi)溫度，延長(zhǎng)空調(diào)使用壽命已成為當(dāng)前首要 課題。本課題的設(shè)計(jì)采用了溫度傳感器 DS18B20 作為前端溫度采集，采用 Altera 公司高性價(jià)比 FPGA： CycloneIV 系列 EP4CE6E22C8做主控制器。最后實(shí)現(xiàn)使用 FPGA 比較設(shè)置溫度與測(cè)量所得溫度，并發(fā)出指令給空調(diào)電機(jī)執(zhí)行部分 ,使用LED 燈模擬，根據(jù)按鍵設(shè)置溫度實(shí)現(xiàn)升溫或降溫，當(dāng)設(shè)定溫度與測(cè)量溫度相等時(shí)，不執(zhí)行調(diào)節(jié)溫度功能。另外，由于模塊的易用性，也將使得更多的采用 FPGA 產(chǎn)品應(yīng)用于溫控領(lǐng)域，為行業(yè)和我們的生活帶來新的變化。這些可編輯元件可以被用來實(shí)現(xiàn)一些基本的邏輯門電路（比如AND、 OR、 XOR、 NOT）或者更復(fù)雜一些的組合功能比如解碼器或數(shù)學(xué)方程式。 FPGA 采用了邏輯單元陣列 LCA（ Logic Cell Array）這樣一個(gè)概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB（ Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊 IOB（ Input Output Block）和內(nèi)部連線（ Interconnect）三個(gè)部分 。 FPGA 是由存放在片內(nèi) RAM 中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的。掉電后， FPGA 恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯 關(guān)系消失。這樣，同一片 FPGA、不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。 (2) 具有 6272 個(gè)邏輯單元（ LE）。 (6) 2 通用 PLL 鎖相環(huán)。首先通過溫度傳感器對(duì)空氣進(jìn)行溫度采集，將采集的溫度信號(hào)作 A/D 轉(zhuǎn)換，使其模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，然后輸給單片機(jī)，再由單片機(jī)控制顯示，并比較采集的溫度與設(shè)定的溫度是否一致，然后驅(qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)的加熱或降溫循環(huán)對(duì)空氣進(jìn)行處理，從而模擬實(shí)現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況，本設(shè)計(jì)中我們采用的是 AD590 溫度傳感器，通過溫度系統(tǒng)采集電路采集相關(guān)溫度數(shù)值，再由 AD0809 組成的A/D 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終的到數(shù)字信號(hào)，將其直接輸給單片機(jī)，然后由 單片機(jī)機(jī)根據(jù)內(nèi)部程序判斷，執(zhí)行相關(guān)控制程序，驅(qū)動(dòng)個(gè)單元電路的工作。但是該方案中的溫度測(cè)量電路，譯碼電路復(fù)雜，容易產(chǎn)生誤差和由電路復(fù)雜而導(dǎo)致的設(shè)備使用壽命低等一系列問題。 《優(yōu)秀畢業(yè)論文》 基于 FPGA 的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 3 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件整體結(jié)構(gòu)及原理 硬件電路主要包括電源電路、石英晶振、溫度傳感器、 FPGA控制器、 LCD1602 顯示、按鍵組成。通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換來達(dá)到改變環(huán)境溫度的目的。固定輸出電壓為 、 、 、 、 、 、 和可調(diào)版本，具有 1％的精度。 R210KR310KR410K R510KV C C _ 3 V 3K1k e y1234K2k e y1234K3k e y12 34K4k e y12 34K3K2K1 K4V C C _ 3 V 3 V C C _ 3 V 3 V C C _ 3 V 3 圖 按鍵電路 溫度傳感器 DS18B20 的特點(diǎn) DS18B20 是美國(guó) DALLS 公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器。以便在構(gòu)成大型溫度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè) DS18B20 芯片。 ⑴初始化 基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。這些命令《優(yōu)秀畢業(yè)論文》 基于 FPGA 的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 還允許主機(jī)能夠檢測(cè)到總線上有多少個(gè)從機(jī)設(shè)備以及其設(shè)備類型，或者有沒有設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。 電路原理圖如圖 ： 圖 溫度傳感器電路 《優(yōu)秀畢業(yè)論文》 基于 FPGA 的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 程序下載 通過 JTAG 接口電路，使用 Altera 的 USB blaster 程序下載器 ，通過計(jì)算機(jī)的 USB 接口可對(duì) Altera 的 FPGA/CPLD 以及配置芯片進(jìn)行 編程 、調(diào)試等操作 ,對(duì)程序燒錄的 FPGA 里面。 編寫好 VerilgHDL 代碼后，在 Modelsim 平臺(tái)上進(jìn)行前仿真。 在設(shè)計(jì)的最初階段發(fā)現(xiàn)問題 ,可節(jié)省大量的精力 《優(yōu)秀畢業(yè)論文》 基于 FPGA 的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 頂層結(jié)構(gòu)框圖： 軟件設(shè)計(jì)分為六大模塊，頂層模塊， DS18B20 模塊，時(shí)鐘分頻模塊，按鍵輸入模塊， LCD1602 模塊， LED 模塊。h00。h03。h06。h05。h0C。h0F。h0A。h09。h18。 其狀態(tài)機(jī)框圖如圖 所示。b000000010, //功能設(shè)置： 8 位數(shù)據(jù)接口 /2 行顯示 /5*8 點(diǎn) 陣字符 switch_mode = 1039。b000100000, //設(shè)置 DDRAM 的地址：第一行起始為 0x00（注意輸出時(shí) DB7 一定要為 1） set_ddram2 = 1039。 //數(shù)據(jù)寫入 DDRAM 相應(yīng)的地址 《優(yōu)秀畢業(yè)論文》 基于 FPGA 的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 圖 LCD1602 的狀態(tài)機(jī)框圖 《優(yōu)秀畢業(yè)論文》 基于 FPGA 的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 5 Modelsim