【正文】 .................................................... 9 控制器 ........................................................................................................................ 9 FPGA 結(jié)構(gòu)原理 ............................................................................................... 9 Altera 公司的 FLEX10K .............................................................................. 10 傳感器 ...................................................................................................................... 11 傳感器的分類 .............................................................................................. 11 傳感器的選用原則 ...................................................................................... 12 傳感器選型 .................................................................................................. 14 測量通道 .................................................................................................................. 18 測量通道的選擇 .......................................................................................... 18 調(diào)理電路 ...................................................................................................... 19 多路模擬開關(guān) ............................................................................................... 20 采樣保持器 .................................................................................................. 21 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） IV A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ............................................................................................... 22 顯示模塊 .................................................................................................................. 23 LCD1602 簡介 ............................................................................................... 24 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)和引腳 ................................................................... 24 UART 通信模塊 ......................................................................................................... 25 時鐘電路 .................................................................................................................. 27 第 4 章 軟件設(shè)計 .................................................................................................................... 28 編程語言 VHDL ......................................................................................................... 28 VHDL 簡介 ..................................................................................................... 28 開發(fā)軟件 QuartusⅡ ................................................................................... 29 程序設(shè)計 .................................................................................................................. 30 系統(tǒng)總程序 .................................................................................................. 30 CD4051 地址譯碼程序 ................................................................................. 31 TLC5510 轉(zhuǎn)換程序 ....................................................................................... 31 LCD1602 顯示程序 ....................................................................................... 32 讀 DS18B20 溫度傳感器 .............................................................................. 34 與 PC 機 通信程序 ........................................................................................ 35 第 5 章 調(diào)試及總結(jié) ................................................................................................................ 38 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................................. 38 總結(jié) .......................................................................................................................... 39 參考文獻 .................................................................................................................................. 41 附錄 A 系統(tǒng)電路原理圖 ........................................................................................................ 43 附錄 B 模擬開關(guān)控制程序 .................................................................................................... 44 附錄 C 26 分頻程序 ................................................................................................................ 46 附錄 D UART 通信程序 ......................................................................................................... 47 致 謝 ........................................................................................................................................ 48 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 1 第 1 章 引言 系統(tǒng)設(shè)計背景 研究目的和意義 （ 1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機測控系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，是影響測控系統(tǒng)的精度等性能指標的關(guān)鍵因素之一，常用數(shù)據(jù)采集方案是以微處理器為核心控制多個通道的信號采集、預處理、存儲和傳輸，即用軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，這在一定程度上局限了數(shù)據(jù)采集的速度、效率及時序的精確控制。然而，自然中的信號各種各樣， 環(huán)境復雜 ，并且控制器對信號的要求亦各不相同，這些都使得信號采集一直以來都是技術(shù)難點。在硬件方面，介紹了傳感器、測量通道、 FPGA 芯片的結(jié)構(gòu)原理 和性能。它允許電路設(shè)計者利用基于計算機的開發(fā)平臺，經(jīng)過設(shè)計輸入、仿真、測試和驗證，實現(xiàn)預期的結(jié)果。 FPGA 管腳多，容易實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng) 。所以借做多路數(shù)據(jù)采集器的系統(tǒng)設(shè)計的機會，選擇 FPGA 作為控制器，并借此機會來系統(tǒng)地學習、學好 FPGA。 以對 A/D 進行數(shù)據(jù)采樣控制為例，采樣周期包括對 A/D 工作時序的控制和將每一次獲得的數(shù)據(jù)存入 RAM(或 FIFO)中。而且由于 FPGA 芯片生 產(chǎn)廠商對本廠生產(chǎn)芯片性能上的了解 ， 設(shè)計的處理器可以最大限度的發(fā)揮芯片的性能。 工作原理 ： 系統(tǒng) 在軟件的支持下 通過 FPGA 的 I/O 口產(chǎn)生譯碼地址 來控制多路模擬開關(guān) 按一定的時間周期選通電路 出入信號 ， 并用 周期 更長的時鐘來控制 采樣保持器和A/D 轉(zhuǎn)換器， 以實現(xiàn) 循環(huán)讀入數(shù)據(jù)并且實時顯示數(shù)據(jù)（ 該系統(tǒng) 借助 LCD），最后通過通用異步收發(fā)器 UART（ Universal Asynchronous Receiver Transmitter） 往 PC 機 實時存入數(shù)據(jù)，且 要求歷史數(shù)據(jù) 可 被查詢 。第 2 章 ，通過對信號采集和 處理中涉及的信號、測量控制通道、通信接口等各部分綜合分析，確定本系統(tǒng)的總體方案，并給出系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 ， 為后續(xù)設(shè)計做準備。這 需要結(jié)合各個模擬傳感器輸出的信號的特點和系統(tǒng)各項指標選擇合適的調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換 、信號處理器和顯示模塊等。利用 EDA 工具進行設(shè)計、 綜合和驗證，加速了設(shè)計過程，降低了開發(fā)風險，縮短了開發(fā)周期，效率高，而且更能適應(yīng)市場。 信息論基礎(chǔ) 。 自 然界中，需要獲取的信號絕大部分是時間上和幅值上連續(xù)變化的模擬量，而機器能識別的信號 是離散的數(shù)字量，于是很自然就牽涉到信號的提取和轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)的采集信號詳細信息如表 所示。 測量通道。 在與上位機的通信中該系統(tǒng)用的是通用異步通信（ UART）， 對于本設(shè)計來說，實時存儲的數(shù)據(jù) 量不大，所以傳輸速度要求并不高， 況且 UART 接線簡單穩(wěn)定性好，編程也易實現(xiàn) ?？伸`活的配置為單口 RAM ( SinglePort RAM, SPRAM )、雙口 RAM (Double Port RAM， DPRAM)、偽雙口 RAM ( PseudoDPRAM )， CAM ( Content Addressable Memory)和 FIFO ( First In First Out)等常用結(jié)構(gòu) [22]。當用戶通過原理圖或 HDL 語