【正文】 由于 MAX6675 內(nèi)部經(jīng)過了激光修正 ， 因此轉(zhuǎn)換的數(shù)字量與被測溫度值之間具有較好的線性關(guān)系 ， 可由下式給出 ： 溫度值 =1023175轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 /4095 該器件是一復(fù)雜的單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部具有信號 調(diào)節(jié)放大器 、 12 位的模擬/數(shù)字化熱電偶轉(zhuǎn)換器、冷端補償傳感和校正、數(shù)字控制器、 1 個 SPI 兼容接口和 1 個相關(guān)的邏輯控制。測溫范圍 0～℃ 。 圖 七段譯碼器外部接口 5． ROM 與七段譯碼顯示模塊 為了驗證譯碼能否反應(yīng) ROM 表中數(shù)值情況，特意采用 ROM 與七段譯碼聯(lián)合仿真。 WHEN0111=LED7S=1111000。 END led7s。這種類型的譯碼器稱為顯示譯碼器。 圖 選擇 LPM_ROM 窗口 （ 2）選擇 ROM 控制線、地址線和數(shù)據(jù)線。 END IF。139。OE=39。139。 END IF。LOCK=39。039。OE=39。 Q=REGL。 Q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0))。 ENTITY adc IS PORT( D:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)。在狀態(tài) st4，由狀態(tài)機(jī)向 FPGA 中的鎖存器發(fā)出鎖存信號（ LOCK 的上升沿），將 0809 輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。 2． ADC0809 控制模塊 （ 1） ADC 采樣 控制 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 22 利用 FPGA 直接控制 0809 對模擬信號進(jìn)行采樣，然后將 轉(zhuǎn)換好的 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)迅速存儲到存儲器中，在完成對模擬信號一個或數(shù)個周期的采樣后，由外部電路系統(tǒng)將存儲器中的采樣數(shù)據(jù)讀出處理。 END mux4。 5）功能強(qiáng)大的 I/O 引腳：每個引腳都有一個獨立的三態(tài)輸出使能控制；每個 I/O引腳都有漏極開路選擇；可編程輸出電壓擺率控制可以減小開關(guān)噪聲。嵌入式陣列是由一系列嵌入式陣列塊（ EAB）組成的，它能內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 20 夠用來實現(xiàn)各種存儲器和復(fù)雜的邏輯功能。 在某一溫度下，設(shè)計電橋處于平衡狀態(tài)，則電橋輸出為 0，該溫度稱為電橋平衡點溫度或補償溫度。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之 后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 GND： 接 地 端 。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 2） 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 對電子測量電路的放大器，其輸入信號的最大幅度一般可能僅有幾毫伏，而共模噪聲電平可能高達(dá)幾伏，所以放大器的輸入漂移、噪聲抑制和共模抑制比對放大器的動態(tài)性能的影響是至關(guān)重要的。這種熱點偶的主要缺點是如果用于還原性介質(zhì)中，熱電極會很快受到腐蝕，在此情況下，只能用于測量 500℃以下的溫度。 （ 2） 冷 端 補償：熱電偶輸出的熱電勢為冷端保持為 0℃ 時與測量端的電勢差值，而在實際應(yīng)用中冷端的溫度是隨著環(huán)境溫度而變化的，故需進(jìn)行冷 端補償。 c r y s t a lx 0x 1x 2x 3y 0y 1y 2y 3XYXYT +T S C KS OC SA D S C KD A T AA D C SA D C L KO U T _ D A T AS t r i n g i n t oP a r a l l e l o u tC L KI ND I S P L A YD I S P L A YD I S P L A YS E R D E SA / D ( M A X 6 6 7 5 )M A X 6 6 7 5C D 4 0 5 2F P G A ( F L E X 1 0 K )L E D D r v i e rL E D 1L E D 2L E D 3C D 4 0 5 2 圖 總體 方框圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 13 由 圖 可知 系統(tǒng)主要包括 FPGA 芯片 、檢測溫度的 熱電偶 溫度傳感器、 集成片MAX6675 及顯示輸出 。系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計 ， 程序采用匯編語言編程 ， 系統(tǒng)功能由復(fù)位子程序、讀 /寫子程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序、顯示子程序、報警子程序等來完成。通過對外界溫度進(jìn)行測量 ， 主要完成數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、報警等功能。與其它的 HDL 相比 ， VHDL 具有更強(qiáng)的行為描述能力 ， 從而決定了它成為系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域最佳的硬件描述語言。 VHDL 硬件描述語言介紹 VHDL 的英文全名是 VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language， 誕生于 1982 年。仿真是在 EDA 設(shè)計過程中的重要步驟。綜合就是將電路的高級語言轉(zhuǎn)換成低級語言。 原理圖編輯繪制完成后，原理圖編輯器將會對輸入的圖形文件進(jìn)行排錯，之后再將其編譯成適用于邏輯綜合的文件。 （ 3） FPGA 的編程數(shù)據(jù)不便于保密。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)。 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?？梢哉f這個階段才真正稱得上是 EDA 時期。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。它是 由溫度傳感器和顯內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 2 示、記錄儀表構(gòu)成。 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(dá) 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(jī)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。方案 一： 熱電偶在經(jīng)過多路的選擇之后 , 經(jīng) 冷端補償 和 放大處理，進(jìn)入 A/D 轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過FPGA 芯片 處理并在 LED 上顯示 ；方案二：熱電偶輸出信號直接經(jīng)集成芯片 MAX6675處理，再經(jīng)過 FPGA 芯片在 LED 上顯示。該儀表可以檢測 4 個測試點的溫度 ， 可 廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪小?FPGA。 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 。 EDA 技術(shù)是以計算機(jī)科學(xué)和微電子技術(shù)發(fā)展為先導(dǎo) ， 匯集了計算機(jī)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(jìn) CAD(Computer Aided Design)技術(shù) ，它是在先進(jìn)的計算機(jī)工作平臺上開發(fā)出的一系列電子設(shè)計軟件系統(tǒng)。 第四階段從九十年代至今。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。 （ 3）按編程特性分 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 5 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。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。 1． 圖形輸入 圖形輸入通常包括原理圖輸入、狀態(tài)圖輸入和波形圖輸入三種常用方式。 可以說，應(yīng)用 HDL 的文本輸入方法克服了上述原理圖輸入法存在的所有弊端，為內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 7 EDA 技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展打開了一個廣闊的天地。適配完成后可以利用適配所產(chǎn) 生的仿真文件作精確的時序仿真，同時長生可用于編程的文件。通常的分類方法是： （ 1） 將以乘積項結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成邏輯行為的器件稱為 CPLD， 如 Lattice 的 ispLSI系列 、 Xilinx 的 XC9500 系列、 Altera 的 MAX7000S 系列和 Lattice(原 Vantis)的 Mach系列等?，F(xiàn)在 ， VHDL 和 Verilog 作為 IEEE的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言 ， 又得到眾多 EDA 公司的支持 ， 在電子工程領(lǐng)域 ， 它已成為事實上的通用硬件描述語言。信號的切換是為本系統(tǒng)多路要求而設(shè)置的 ， 程控偏置的原因是考慮溫度測量的范圍較寬 ， 如果不加該級電路會造成整個測量系統(tǒng)分辨力不高而降低測量精度 。在系統(tǒng)安裝及工作之前必須將主機(jī)逐個與 DS18B20 掛接 ， 從激光 ROM 中讀出其序列號 ， 然后分別賦予在系統(tǒng)中的編號 1~N。 此設(shè)計 是對 四路溫度 巡檢 ，將采集信號送入 多路選擇器件 CD4052（可進(jìn)行信號切換）， 經(jīng)冷端補償后的信號與測量端信號 經(jīng)過放大電路將模擬信號放大，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送入芯片 ，最終顯示 。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。 鎳鉻鎳硅熱電偶 （ K 型）是一種使用十分廣泛的賤金屬熱點偶，熱電絲直徑一般為~。 （ 2） 當(dāng) INH=1 時，無論 A， B 為任何狀態(tài)，接通通道均不接通。由于 A A2 工作于線性狀態(tài)，其同相、反相輸入端具有“虛短”特性，因此共模信號在 R3 兩端的 電位 相等，即 R3 上沒有共模電流，所以 A1 和 A2 對共模信號的電壓放大倍數(shù)僅為 1，差模信號在 R3 兩端產(chǎn)生壓降，其電壓放 大倍數(shù)為 1+2R1/R3(R1=R4)。 D0～ D7： 8 位數(shù)字量輸出端 。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 （ 4） 工作過程 ADC0809 的工作過程是：首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 如圖 ，冷端補償電路有不平衡電橋組成，其輸出端串聯(lián)在 熱電偶 回來中。 圖 電橋補償 電路 7．芯片介紹（ FLEX10K） （ 1） FLEX10K 系列 FPGA 器件簡介 FLEX10K 系列是第一款多達(dá) 25 萬門的嵌入式 PLD，該系列包括 FLEX10KA、FLEX10KB、 FLEX10KV 和 FLEX10KE，它的集成度已經(jīng)達(dá)到了 25 萬門。 2）高密度： 10000~250000 個可用門；高達(dá) 40960 位內(nèi)部 RAM。 ENTITY mux4 IS PORT ( din:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 END IF。此后外部控制可以使 OE 由低電平變?yōu)楦唠娖剑ㄝ敵鲇行В?，此時， 0809 的輸出數(shù)據(jù)總線 D[7..0]從原來的高阻態(tài)變?yōu)檩敵鰯?shù)據(jù)有效。 （ 2） 生成 ADC0809 控制模塊 在 MAX +plusⅡ 環(huán)境下由 VHDL 語言（ ）生成的 ADC0809 模塊。 OE:OUT STD_LOGIC。 SIGNAL LOCK:STD_LOGIC。039。START=39。039。039。LOCK=39。039。 END PROCESS COM。139。設(shè)計步驟如下： （ 1）打開 Mega Wizard PlugIn Manager 初始對話框。最后點擊 Finish按鈕完成定制。 USE 。 WHEN0100=LED7S=0011001。 END PROCESS。延時過后則高位LED7S1 輸出為“ 40”，即“ 0010000”，經(jīng)查表顯示相應(yīng)數(shù)值為“ 0”； LED7S2 輸出為“ 40”，即“ 0010000”，經(jīng)查表顯示相應(yīng)數(shù)值為“ 0”； LED7S3 輸出為“ 24”，即“ 0100100”， 經(jīng)查表顯示相應(yīng)數(shù)值為“ 2”；低位 LED7S4 輸出“ 30”，即“ 0110000”，經(jīng)查表顯示相應(yīng)數(shù)值為“ 3”。根據(jù)熱電偶的原理 ,其產(chǎn)生的熱電勢滿足下列關(guān)系 : EAB(t， 0) = EAB(t， t0) + EAB(t0， 0) 式中 ： t 為熱端溫度 ； t0為冷端溫度 ； 0 代表 0℃ 。在將溫度電壓值轉(zhuǎn) 換為相等價的溫度值之前，它需要對熱電偶的冷端溫度進(jìn)行補償，冷端溫度即是 MAX6675 周圍溫度與 0℃ 實際參考值之間的差值。 M A X 6 6 7 512348765G N DT T+V C CN CS OC SS C K 圖 MAX6675引腳 圖 引腳名稱 ： GND：接地端； T： K 型熱電偶負(fù)極； T+： K 型熱電偶正極； VCC：正 電源 端； SCK：串行時鐘輸入； CS：片選端， CS 為低時、啟動串行接口； SO：串行數(shù)據(jù)輸出； NC：空引腳； MAX6675 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。連接結(jié)果 如圖 所示： 圖 ROM 與七段譯碼顯示模塊連接圖 （ 2） 將相應(yīng)管腳分別加載到 Waveform Editor 中，并設(shè)置時鐘信號和輸入數(shù)值。 WHEN OTHERS=NULL。 WHEN0010=LED7S=0100100。 共陰極接地要求譯碼器輸出高電平驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)亮，而共陽極接地要求譯碼器輸出為低電平驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)亮。在“ Fi