【正文】 P or tP or tP or tP or tP or tP or tP or td ou t 1[ 0 7 ]d ou t 2[ 0 7 ] 運算與轉(zhuǎn)換模塊P or ts e g [ 0 7]d ou t 1[ 0 8 ]cpd i n 3 [ 1 1 0 ] 顯示模塊cpcsrdwri n t e rd ou t 1[ 0 7 ]d ou t 1[ 0 7 ] 控制模塊 圖 CPLD 各功能模塊邏輯圖 在溫度檢測中最主要的兩個步驟就是控制 ADC0804進行數(shù)模轉(zhuǎn)換和控制顯示。由于此次畢業(yè)設(shè)計使用的是大規(guī)模集成芯片，且設(shè)計要求盡量使用軟件代替硬件，所以采用軟件方法進行消抖是最佳。鍵盤電路如下圖 所示： 圖 鍵盤電路 在 按鍵閉合、斷開過程中，由于機械觸點的彈性作用，在閉合和斷開瞬間均有抖動現(xiàn)象。 圖 四位數(shù)碼管顯示 鍵盤 鍵盤是電子鐘的一個很重要的組成部分。數(shù)碼管的顯示也有兩種 :靜態(tài)和動態(tài)掃描顯示。 AGND 和 DGND 分別為模擬地和數(shù)字地。 當有雙邊輸入時 UIN（ +） 、 UIN（ ） 分別接模擬電壓信號的正端和負端?？蓪χ绷餍盘柡徒涣餍盘栠M行放大。 ℃ ，測量 分辨率為 ℃ ；其輸出電流 I 與溫度的關(guān)系可用下式表示： KT TKI ?? 或 273)(TKI CT ??? 式中： I —— 輸出電流，單位 μA TK —— 標定因子， AD590 的標定因子為 1μA/℃ ； KT —— 開氏溫度； CT —— 攝氏溫度?？删幊绦酒瑢φ麄€測試系統(tǒng)進行控制，包括測量結(jié)果數(shù)據(jù)的處理，最后將測量結(jié)果送LED 顯示輸出等等 [5]。一般逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器用得較多， ADC0804 就是這類單片集成 A/D 轉(zhuǎn)換器。 串并行比較型 AD 結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，所以又稱為半快速型。 積分型的工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間或頻率，然后由定時器 /計數(shù)器獲得數(shù)字值。分辨率是指引起輸出數(shù)字量變動一個二進制碼最低有效位時，輸入模擬量的最小變化量。 AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V。是目前在國內(nèi)外應用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有 AD590、AD59 TMP1 LM135 等 。但是其測量溫度范圍太寬 ， 如 R型熱電偶使用溫度范圍為 200℃ — 1400℃ ， K 型熱電偶（鎳鉻合金?鎳鋁合金 ），使用溫度范圍為 0℃ — 1000℃ 等，其不適合日常生活的環(huán)境實驗設(shè)備，只適合于金屬冶煉等廠礦。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的 精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。 2. 靈敏度的選擇：通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。 控制系統(tǒng) 以 CPLD 為核心的，以 VHDL 語言來設(shè)計的溫度檢測電路，可將警戒溫度等參數(shù)預存進去 ,供脫機工作 (即不與 PC 機相連 ) 時使用。在狀態(tài) S0,選定 AD 轉(zhuǎn)換器 ,為模數(shù)轉(zhuǎn)換做準備； 在狀態(tài) S1,使 AD 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換 , 當 INTR 信號端由高電平轉(zhuǎn)為低電平時 ,模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束進入下一狀態(tài) S2,為讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果做準備；在狀態(tài) S3, FPGA 讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。對于上述綜合生成的網(wǎng)表，根據(jù)布爾方程功能等效的原則，用更小更快的綜合結(jié)果代替一些復雜的單元，并與指定的庫映射生成新的網(wǎng)表，這是減小電路規(guī)模的一條必由之路。在傳統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計人員是應用傳統(tǒng)的原理圖輸入方法來開始設(shè)計的。 Max+plusII 的介紹 Max+plusII(或?qū)懗?Maxplus2,或 MP2) 是 Altera 公司推出的的第三代 PLD開發(fā)系統(tǒng) (Altera 第四代 PLD 開發(fā)系統(tǒng)被稱為： QuartusII，主要用于設(shè)計新器件和大規(guī)模 CPLD/FPGA).使用 MAX+PLUSII 的設(shè)計者不需精通器件內(nèi)部的復雜結(jié)構(gòu)。這種語的成就有兩個方面：描述復雜的數(shù)字電路系統(tǒng)和成為國際的硬件描述語言標準。 在國內(nèi)外現(xiàn)有的電阻式數(shù)字溫度表，一般采用電橋?qū)㈦娮柁D(zhuǎn)化為電壓，經(jīng)適當放大后，通過 A/D轉(zhuǎn)換器變成溫度的數(shù)字信號。這種將設(shè)計實體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL 系統(tǒng)設(shè)計的基本點。 EDA 工具的發(fā)展經(jīng)歷了兩個大的階段：物理工具和邏輯工具。復雜可編程邏輯器件 CPLD 是當今應用最廣泛的可編程邏輯器件之一，后者也稱為可編程專用集成電路（ ASIC）。 采用 EDA技術(shù)進行電子設(shè)計，可使整個系統(tǒng)大部分集成在一個芯片上，從而達到體積小、功耗低、系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的特點。溫度，作為大多數(shù)生產(chǎn)過程中的重要物理量，對它們的精確測量越來越受到人們的重視。顯示電路采用 BCD 碼的方式，用 7 段譯碼器來顯示都要有具體 的方案。目前已有的溫度自動控制系統(tǒng) , 大都是以單片機為核心 , 存在著系統(tǒng)硬件電路比較復雜、外圍分離元件較多等問題。另外，現(xiàn)今很多數(shù)字溫度計都是用單片機設(shè)計的。 現(xiàn)在在國內(nèi)對于溫度的檢測技術(shù)還沒達到最高端的水平，對于檢測到的溫度還不是很精確，而其最重要的地方還是傳感器的工藝水平有限。 VHDL 有良好的可讀性，容易理解，從而決定了他成為系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域最佳的硬件描述語言。 VHDL（ Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）誕生于 1982 年。 二、設(shè)計（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（文獻綜述）： 隨著 VLSI的發(fā)展，硬件設(shè)計和軟件設(shè)計的 結(jié)合， 片上器件的尺寸 的 縮減，金屬層數(shù)目則繼續(xù)增加 的條件下， 都有利于 CPLD/FPGA在市場上的普及 ，并推動應用系統(tǒng)的設(shè)計走向 SOC設(shè)計。hrDepartment of Physics, University of Otago, PO Box 56 , Dunedin, New Zealand. P135142（翻譯文章） 同組設(shè)計者 注： 1. 此任務(wù)書由指導教師填寫。 基于 CPLD的多功能溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 課題任務(wù)要求 1. 熟悉電子設(shè)計相關(guān)應用軟件的使用 2. 學習傳感器的應用和選型 3. 掌握利用 EDA技術(shù)進行電子系統(tǒng)設(shè)計 4. 以可編程邏輯器件 CPLD為基礎(chǔ) ,運用 VHDL語言完成多功能數(shù)字溫度表的設(shè)計 ,使其實現(xiàn)對溫度的檢測和時間的顯示 5. 結(jié)合 EDA設(shè)計軟件 (MAX PLUSⅡ )完成系統(tǒng)的仿真與調(diào)試 課題完成后應提交的資料（或圖表、設(shè)計圖紙） 1．畢業(yè)設(shè)計論文，含： 1） 中英文摘要，外文翻譯文獻 2） 設(shè)計原理介紹 3） 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計 4） 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 2．畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，畢業(yè)設(shè)計開題報告，畢業(yè)設(shè)計日志 基于 CPLD的多功能溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 主要參考文獻與外文翻譯文件（由指導教師選定） [1]包明，趙明富，陳渝光． EDA技術(shù)與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計 [M]．北京：北京航空航天大學出版社，2020 [2]王道憲，賀名臣，劉偉． VHDL 電路設(shè)計技術(shù) [M]．北京：國防工業(yè)出版社， 2020 [3]林敏 ,方穎立 .VHDL 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與高層次綜合 [M]．西安：電子工業(yè)出版社， 2020 [4]徐志軍，徐光輝． CPLD/FPGA的開發(fā)與應用 [M]．西安：電子工業(yè)出版 社， 2020 [5]王金明 .楊吉斌 .數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與 Verilog HDL[M]. 北京：國防工業(yè)出版社 . [6]劉亮 .先進傳感器及其應用 [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2020. 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S G P Harvey and J L B228。 因此，本設(shè)計的溫度測量儀表具有較高的應用價值和廣泛的應用前景。因此， VHDL的應用必將成為當前以及未來 基于 CPLD的多功能溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 EDA解決方案的核心，更是整個電子邏輯系統(tǒng)設(shè)計的核心 [3]。更 方便地向 ASIC 過渡 。而且，設(shè)計者可以非常方便地比較各種方案之間的可行性及其優(yōu)劣，而不需做任何實際的電路實驗 [4]。這種方式電路復雜，成本高，同時還須精密恒壓源輔助作用。 三、設(shè)計（研究）的重點與難點，擬采用的途徑（研究手段）： 在工業(yè)生產(chǎn)過程中 , 溫度是一個重要的控制參數(shù)。對 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇也要有個具體的論證和分析，對其工作的原理以及電路也要有個說明。（ 17 周） 基于 CPLD 的多功能溫 度檢測系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和自動化程度的不斷提高，迫切需要對各種生產(chǎn)過程的物理量進行精確檢測。 VHDL作為 IEEE標準的硬件描述語言和 EDA（ Electronic Design Automation） 的重要組成部分，在電子設(shè)計的存檔、程序模塊的移植、 ASIC設(shè)計源程序的交付， IP核 的應用等方面擔任著不可或缺的角色 。這種新的技術(shù)將使硬件設(shè)計向軟件化方向發(fā)展，它將大大簡化數(shù)字系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計過程，從而有效地減少系統(tǒng)的體積，增加系統(tǒng)的可靠性，而且縮短開發(fā)周期，降低研制成本。然后從系統(tǒng)設(shè)計入手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計，在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用 VHDL、 Verilog— HDL、 ABEL 等硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進行描述，在系統(tǒng)一級進行驗證，最后再用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級邏輯電路的網(wǎng)表，其對應的物理 實現(xiàn)級可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐? [2] 。在對 一個設(shè)計實體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計就可以直接調(diào)用 這個實體。 EDA 已經(jīng) 成為集成電路、印制電路板、電子整機系統(tǒng)設(shè)計的主要技術(shù)手段。 1987年底， VHDL被 IEEE和美國國防部確認為標準硬件描述語言 。在新的世紀中，VHDL語言將承擔起大部分 的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計任務(wù) [3]。 。 。 同樣，使用 Maxplus2 基本上也是有以上幾個步驟，但可簡化為： 3 原理和方案論證 功能原理 器件在工作時 ,先啟動控制模塊 ,它對一次模 數(shù)轉(zhuǎn)換的控制由四個狀態(tài)組成。FPGA兼有處理和協(xié)調(diào)作用 ,包括控制 A /D 轉(zhuǎn)換動作、接收 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果及編碼、驅(qū)動顯示等作用。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。 6. 精度：精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。實際應用的熱電偶具有線性度好，穩(wěn)定性高，互換性強，以及響應快等特點。 模擬集成溫度傳感器。 AD590 的測溫范圍為 55℃ ～ +150℃ 。 AD 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標：轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時間 轉(zhuǎn)換精度是采用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述的。 AD 轉(zhuǎn)換器的分類：積分型、逐次逼近型、并行比較型 /串并行型、及壓頻 變換型等。由于轉(zhuǎn)換速率極高， n 位的轉(zhuǎn)換需要 2n1 個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻 AD 轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。 集成 A/D 轉(zhuǎn)換器品種繁多，選用時應綜合各種因素選取集成芯片。由 CPLD 完成溫度測試功能，對標準頻率和被測信號進行計數(shù)。 AD590 電流工作電壓為 +4V 到 30V，當電源電壓由 5V 向 10V 變化時，其電