【正文】 .................................................... 16 報警電路 ............................................................................................................................. 20 按鍵控制電路 ..................................................................................................................... 21 時鐘電路 ............................................................................................................................. 21 4 FPGA 軟件電路的設計 .............................................................................................................. 22 編程軟件的介紹 ................................................................................................................. 22 FPGA 系統(tǒng)的整體結構 ....................................................................................................... 23 軟件的分步實現(xiàn) ................................................................................................................ 23 分頻模塊的設計 ......................................................................................................... 23 溫 度測量控制模塊的設計 ......................................................................................... 24 DS18B20 驅動模塊的設計 .......................................................................................... 25 溫度寄存模塊的設計 .................................................................................................. 26 溫度報警模塊的設 計 ................................................................................................. 27 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) V LCD 顯示驅動模塊的設計 .......................................................................................... 28 5 FPGA 的系統(tǒng)調試 ...................................................................................................................... 30 結論 ............................................................................................................................................... 32 致謝 ............................................................................................................................................... 33 參考文獻 ....................................................................................................................................... 34 附錄 1 FPGA 設計電路圖 .......................................................................................................... 35 附錄 2 各個模塊的程序 ........................................................................................................... 36 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 1 1 緒論 課題的意義與應用背景 隨著計算機技術的發(fā)展和成熟，計算機的應用也越來越廣泛。 論文作者簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) II 摘要 “ 溫度 ” 是各類工業(yè)控制生產中常見的、而又十分重要的控制 參數(shù)。 圖書分類號： 密 級： 畢業(yè)設計 (論文 ) 基于 FPGA 的溫度循環(huán)檢測與報警系統(tǒng)的設計 DESIGN OF TEMPERATURE CYCLE DETECTION AND ALARM SYSTEM BASED ON FPGA 學生學號 xxxxx 學生姓名 xxxx 學院名稱 xxxx 專業(yè)名稱 xxxx 指導教師 xxxx 2020 年 6 月 8 日 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) I 徐州工程學院學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指 導下，獨立進行研究工作所取得的成果。人們研制出各種針對不同控制對象的溫度自動控制系統(tǒng)，其中軟件控制算法已比較成熟，但溫度控制系統(tǒng)的硬件構成特別是功率控制部分往往存在著硬件結構復雜，分離元件較多，結構較為封閉等問題。在自動化領域，計算機已經成為控制系統(tǒng)的首選平臺，應用計算機對生產和試驗進行實時、遠程監(jiān)控是現(xiàn)代自動化發(fā)展的主要方向。 在眾多的測溫系統(tǒng)中，測溫元件常常選用熱敏電阻、半導體測溫二極管以及集成模擬溫度傳感器（如 AD590）等器件，中間環(huán)節(jié)則由低通濾波、多路轉換、信號放大、模數(shù)轉換等幾個部分組成。而且吞吐量更高、能更好的防止未授權復制、元器件和開發(fā)成本的進一步降低，開發(fā)時間也大大縮短。 況且 FPGA 是近幾年集成電路中發(fā)展最快的產品。單片機 I/O 口有限，而 FPGA 動輒數(shù)百 I/O，可以方便連接外設。 七十年代為 CAD階段。 九十年代為 EDA階段 ?？删幊踢壿嬈骷褪菫闈M足用戶的這一需求而應運而生的。所以 FPGA得到了更普遍的應用。 FPGA 的 配置模式 包括 ：并行主模式為一片 FPGA 加一片 EPROM 的方式；主從模式可以支持一片PROM 編程多片 FPGA；串行模式可以采用串行 PROM 編程 FPGA；外設模式可以將 FPGA作為微處理器的外設，由微處理器對其編程。因此， FPGA 的使用非常靈活。使用 FPGA器件減少了實現(xiàn)系統(tǒng)所需要的芯片數(shù)目，在印刷線路板上的引線以及焊點數(shù)量也隨之減少，所以系統(tǒng)的可靠性 提高。 7．降低成本 使用 FPGA器件實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)設計時，如果僅從器件本身的價格考慮，有時還看不出它的優(yōu)勢，但是影響系統(tǒng)成本的因素是多方面的，綜合考慮，使用 FPGA的成本優(yōu)越性是很明顯的。由于便攜式應用產品的發(fā)展，對FPGA 的低電壓、低功耗的要日益迫切。隨著一些 ASIC 制造商提供具有可編程邏輯的標準單元， FPGA 制造商重新對標準邏輯單元發(fā)生興趣。 編譯形成標準 Verilog HDL或 VHDL文件后，在綜合前即可以對所描述的內容進行功能仿真，又可稱為前仿真。 布局布線后應進行時序仿真。 硬件描述語言 VHDL 簡介 VHDL 語言的英文全名是 VHSIC Hardware Description Language， VHSIC 則是 Very High Speed Integrated Circuit 的縮寫，如今已經有 40 年的歷史了。 1．實際用的 VHDL 語言。 2． VHDL 可以用簡潔明確的代碼描述來進行復雜控制邏輯的設計，靈活且方便，而且也便于設計結果的交流、保存和重用。 Verilog HDL 可用于從算法級、門級到開關級的多種抽象層次的數(shù)字系統(tǒng)建模。對于過程賦值，變量和網絡值的計算結果可以存儲于變量當中，它提供了基本的行為級建模方法。 給予 Verilog HDL 語言影響最為深刻的語言是 HILO2，它是由英國的 Brunel 大學開發(fā)的一門語言。 4．布局布線 將 .edf文件調入 PLD 廠家提供的軟件中進行布線，即把設計好的邏輯安放到PLD/FPGA 內。 VHDL 具有很多高級語言的特性：數(shù)據類型定義、常量定義、函數(shù)和過程定義。從語法核心上 Verilog HDL 完全是一種事件觸發(fā)的模式。布局布線，時延提取，帶時仿真，測試設計都是基于 Verilog HDL。 圖 31 硬件整體邏輯框圖 整個硬件電路主要分為五部分： FPGA 電路設計，液晶顯示驅動電路設計，溫度傳感器電路設計，報警電路設計，按鍵控制電路設計。 圖 32 EP1C3T144C8 芯片圖 FPGA 液晶顯示 聲音報警 發(fā)光報警 外部時鐘 溫度采集 按鍵控制 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 14 該部分電路設計中，按 Altera 公司的技術資料，給芯片設計供電電路和配置芯片，接入外部時 鐘，擴展相應 I/O 口 。字符點陣式液晶顯示器是一種用 5 7 點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據顯示的容量可以分為 1 行 16 個字、 2 行 16 個字、 2 行 20 個字等，雖然顯示字數(shù)各不相同，但是都具有相同的輸入輸出界面。 第 6 腳： E 端，使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。這些字符有：阿拉伯數(shù) 字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “ A” 的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母 “ A” 。 DL=0:四位數(shù)據接口。 高溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計數(shù)器 2 提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖 。這樣，經過比較后所得的溫度寄存器 的值就是最終讀取的溫度值了，其最后位代表 ℃ ，四舍五入最大量化誤差為 177。測量結果存入溫度寄存器中。 這些命令列表如下 ： Read ROM(讀 ROM)[33h] 此命令允許總線主機讀 DS18B20 的 8 位產品系列編碼，唯一的 48 位序列號，以及 8位的 CRC。如果在總線上存在多于一個的從屬器件而且在 Skip ROM 命令之后發(fā)出讀命令，那么由于多個從片同時發(fā)送數(shù)據，會在總線上發(fā)生數(shù)據沖突（漏極開路下拉會產生線與的效果） 。 3． 存儲器操作命令 Write Scratchpad（寫暫存存儲器） [4Eh] 這個命令向 DS18B20 的暫存器中寫入數(shù)據，開始位置在地址 2。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令發(fā)出后立即起動 強制 上拉并最少保持 10ms。 Read Power Supply（讀電源） [B4h] 對于在此命令發(fā)送至 DS18B20 之后所發(fā)出的第一讀數(shù)據的時間片，器件都會給出其電源方式的信號： “0”=寄生電源供電， “1”=外部電源供電 。 例如當 DS18B20 采集到 55℃ 的實際溫度后，輸出為 FC90H，則應先將 11 位數(shù)據位取反加 1 得 370H（符號位不變，也不作為計算），則：實際溫度 =370H╳ =880╳=55℃。 溫度轉換計算方法舉例 。這種重新調出的操作在對 DS18B20 上電時也自動發(fā)生，因此只要器件一上電，暫存存儲器內就有了有效的數(shù)據。 Copy Scratchpad（復制暫存存儲器） [