【正文】 B=1101101。 WHEN 01001 = B=1101111。 30 WHEN 01101 = B=1001111。 WHEN 01011 = B=0000110。 WHEN 00111 = B=0000111。 WHEN 00011 = B=1001111。 C:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0))。當(dāng)溫度為個(gè)位數(shù)（ 0～ 9）的時(shí)候，十位數(shù)碼管譯碼為“ 0111111” ，十位數(shù)碼管顯示為“ 0”，個(gè)位按照七段譯碼分 別用七段數(shù)碼管顯示出來(lái)將 0～ 9 顯示出來(lái)；同理當(dāng)溫度范圍為 10℃～ 19℃時(shí)，輸出端口 C譯碼為“ 0000110” ，十位數(shù)碼管顯示為“ 1” ，個(gè)位跟上面一樣；當(dāng)溫度范圍為 20℃～ 29℃時(shí)，輸出端口 C 譯碼為“ 1011011”，十位數(shù)碼管顯示為“ 2”個(gè)位跟前面的情況一樣 ；當(dāng)溫度為 30℃時(shí)，輸出端口 C譯碼為“ 1001111”， 29 十位數(shù)碼管顯示為“ 3” ，個(gè)位為“ 0111111” ,顯示“ 0” 。 END。039。 THEN HEAT = 39。139。 END IF。 ELSE COLD = 39。 ELSIF TEMPERTURE_IN = TEMPERTURE_D THEN COLD = 39。 THEN IF TEMPERTURE_IN TEMPERTURE_D THEN COLD = 39。 SIGNAL COLD :STD_LOGIC。 ENTITY TEMPCONDITIONER IS PORT(CLK :IN STD_LOGIC。 END IF。 IF (HIGHT=39。 END IF。EVENT AND CLK=39。 USE 。139。039。 ARCHITECTURE ONE OF WENDU IS BEGIN PROCESS(CLK1,EN,TEMPERTURE_IN,TEMPERTURE_D) BEGIN IF CLK139。 溫度比較模塊 24 USE 。 heat: 溫度控制信號(hào)，高電平有效，驅(qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)加熱。 END。LED=10。 WHEN 2 = SEL:= 01 。039。 END IF。 THEN IF QC1799 THEN QC:=QC+1。 ELSE IF QB=1799 THEN QB:=0。 END IF。 THEN IF ENA=39。 SIGNAL A:INTEGER。 KEY :IN INTEGER RANGE 1 TO 4。然后將定時(shí)值送給控制模塊和顯示模塊。其模塊圖如下： 圖 53 定時(shí)模塊電路 1) 端口說(shuō)明 key: 時(shí)間調(diào)節(jié)按鍵信號(hào)； clk: 時(shí)鐘信號(hào)； ena,enb,enc,ene: 計(jì)數(shù)器使能信號(hào)，高電平有效； a,b,c,d: 4 路選擇器的數(shù)據(jù)源； y: 定時(shí)選擇輸出信號(hào)； led: 定時(shí)顯示信號(hào)，傳遞給后面的顯示模塊進(jìn)行設(shè)置時(shí)間的顯示； 2) 原理分析 該模塊分兩部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，前一部分是 4個(gè)不同檔位的計(jì)數(shù)器，然后在通過(guò) 4 路選擇器進(jìn)行選擇。 END PROCESS。139。 DOWN :IN INTEGER RANGE 30 DOWNTO 16。當(dāng)檢測(cè)到 CLK 的上升沿到來(lái)且 RISE 信號(hào)為高電平、同時(shí)此時(shí)的設(shè)置溫度小于 30℃時(shí)，溫度輸出信號(hào) DOUT=RISE，并將該溫度值輸出給控制模塊和顯示模塊。 16 系統(tǒng)總電路圖 各模塊說(shuō)明： TIM：定時(shí)時(shí)長(zhǎng)設(shè)置模塊； TEMPCONDITIONER： 控制模 塊； FENPIN：分頻模塊； TIAOJIE： 溫度設(shè)置模塊； SHOW: 測(cè)量所得溫度顯示模塊； SHOWT：設(shè)置的時(shí)長(zhǎng)顯示模塊； SHOWDE：設(shè)置的溫度顯示模塊； 系統(tǒng)總電路圖如圖 45所示 : 圖 45 系統(tǒng)總電路圖 17 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 溫度設(shè)置模塊 溫度調(diào)節(jié)模塊的功能是根據(jù)生活需要對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行設(shè)置。 [8] LED 的顯示方式分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。 （ 4）整個(gè) I/O 引腳由 I/O 單元（ IOE）驅(qū)動(dòng)。 （ 1）嵌入式陣列由一系列的 EAB 組成，當(dāng)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能時(shí)，每個(gè) EAB 提供 4096 位；當(dāng)實(shí)現(xiàn)邏輯功能時(shí)，每個(gè) EAB 可以提供 100 至 600 個(gè)門(mén)。 [4] DS18B20 測(cè)溫原理如圖 44 所示 : 圖 44 DS18B20 測(cè)溫原理 控制器芯片介紹 本次設(shè)計(jì)使用的是 Altera 公司 ACEX 1K 系列的 EP1K30TC1443。用戶也可通過(guò) 1線端口對(duì) DS18B20 進(jìn)行操作，其步驟為：復(fù)位 ROM 功能命令 存儲(chǔ)器功能命令 執(zhí)行 /數(shù)據(jù)。 I/O VDD C 64 位 ROM 和單線接口 高速 緩存 存儲(chǔ)器與控制邏輯 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 低溫觸發(fā)器 TL 8 位 CRC 發(fā)生器 12 表 41 溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù) 溫 度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 00000111 11010000 07D0H + 00000001 10010001 0191H + 00000000 10100010 00A2H + 00000000 00001000 0008H 0 00000000 00000000 0000H 11111111 11111000 FFF8H 11111111 01011110 FF5EH 11111110 01101111 FE6FH 55 11111100 10010000 FC90H 數(shù)據(jù)來(lái)源：《 FPGA 與 DS18B20 組成的測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》 DS18B20 的芯片結(jié)構(gòu) ： DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝 。 （ 2） 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL。 DS18B20 測(cè)量溫度范圍為 55C? +125C? ，現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 溫度傳感器的選擇 按照電阻的性質(zhì)可以分為半導(dǎo)體熱電阻和金屬熱電阻兩大類，前者通常稱為熱敏電阻，后者稱為熱電阻。下面介紹傳感器的特 FPGA 20MHz 石英晶振 電源 空調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 數(shù)碼管顯示 溫度傳感器 按鈕 10 性。整個(gè)硬件的框圖如圖 41所示： 圖 41 整個(gè)硬件框圖 整個(gè)電路的工作原理是由 20MHz 石英晶振 FPGA 提供時(shí)鐘信號(hào)。同時(shí)通過(guò) FPGA 芯片還可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)和控制顯示，使用 6 個(gè)數(shù)碼管將傳感器測(cè)量到的溫度，設(shè)置的溫度、定時(shí)時(shí)長(zhǎng)都顯示出來(lái)?？照{(diào)進(jìn)入了超空調(diào)時(shí)代，其顯著特點(diǎn)是空調(diào)不僅僅是空調(diào)。 VHDL 主要用于描述 數(shù)字系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。目前 PLD/CPLD 約占全球市場(chǎng)規(guī)模的 6 成 ， IP 內(nèi)核得到進(jìn)一步發(fā)展。 PLD 陣列型 PLD 的基本結(jié)構(gòu)由與陣列和或陣列組成。目前 PLD尚無(wú)嚴(yán)格的劃分標(biāo)準(zhǔn)，下面僅從集成度、可編程原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三方面對(duì) PLD 進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類。 CPLD：早期的 CPLD 主要用來(lái)代替 PAL 器件，所以其結(jié)構(gòu)與 PAL、 GAL 基本相同，采用了可編程的與陣列和固定的 或陣列結(jié)構(gòu)。 可編程邏輯器件介紹 PLD 的發(fā)展歷程 從可編程邏輯器件的發(fā)展歷史上看，其主要經(jīng)歷了從 PROM、 PLA、 PAL、 EPLD 到 CPLD和 FPGA 的發(fā)展過(guò)程。 第二章 對(duì)可編程邏輯器件的發(fā)展歷程、結(jié)構(gòu)、分類、應(yīng)用前景、發(fā)展新趨勢(shì)等做了比較細(xì)致的介紹和分析。而可編程邏輯器件從出現(xiàn)至今只有短短二十年的發(fā)展歷史，有很多電子設(shè)計(jì)工程師以至可編程邏輯器件產(chǎn)品的用戶對(duì)這一器件的特性、優(yōu)勢(shì)還不是非常了解，部分有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師依然習(xí)慣于用單片機(jī) 等傳統(tǒng)工具從事電路設(shè)計(jì)，這樣就影響了電子產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也忽略了產(chǎn)品的升級(jí)空間。但是，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)與制造集成電路的任務(wù)己不完全由半導(dǎo)體廠商來(lái)獨(dú)立承擔(dān)。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，按設(shè)置的時(shí)長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)升溫或降溫，當(dāng)設(shè)置溫度與測(cè)量溫度相等時(shí)，不執(zhí)行調(diào)節(jié)溫度功能。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。I 鄭州大學(xué)西亞斯國(guó)際學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 題 目 基于 FPGA 的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位 論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。另外要能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的變化和溫度傳感器測(cè)量得到的溫度同步變化 LCD 上顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們更愿意自己設(shè)計(jì)專用集成電路 (ASIC)芯片，而且希望 ASIC 的設(shè)計(jì)周期盡可能短，最好是在實(shí)驗(yàn)室里就能設(shè)計(jì)出合適的 ASIC 芯片，并且立即投入實(shí)際應(yīng)用之中，因而出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件 (FPLD)，其中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA)和復(fù)雜可編程邏輯器件 (CPLD)。因此，十分有必要對(duì) PLD 這一族器件進(jìn)行全面細(xì)致的分析研究，從而更好地利用PLD 的優(yōu)勢(shì)為電子設(shè)計(jì)服務(wù)。 第三章 對(duì)可編程邏輯器件具體的應(yīng)用實(shí)例“基于 FPGA 的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)”做一個(gè)方案論證，通過(guò)與一個(gè)用單片機(jī)為核心芯片 來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行比較，使得用可編程邏輯器件來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有的優(yōu)越性。它在結(jié)構(gòu)、制造工藝、集成度、邏輯功能、速度和功耗上都有了很大的提高和改進(jìn)。目前主要的半導(dǎo)體公司，如 Xilinx 和 AMD 公司等。 按集成度分類 ： PLD 從集成密度可分為低密度可編程邏輯器件（ LDPLD）和高密度可編程邏輯器件（ HDPLD）兩類。簡(jiǎn)單 PLD（ PROM、 PLA、 PAL 和 GAL、EPLD、和 CPLD）都屬于陣列型 PLD。具體體現(xiàn)在： 正在由點(diǎn) 5V 電壓向低電壓 甚至 器件演進(jìn)，降低功耗。 VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，或稱設(shè)計(jì)實(shí)體（可以是一個(gè)元件，一個(gè)電路模塊或一個(gè)系統(tǒng)）分成外部（或稱可視部分及端口）和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實(shí)體的內(nèi)部功能和算法完成部分。還能滿足節(jié)能環(huán)保的要求；在以 網(wǎng)絡(luò) 信息代表 的 2l世紀(jì) ， 作為家電產(chǎn)品的空調(diào)器也必將隨之步入網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代 。其方框圖 32如下： 圖 32 基于 FPGA 的空調(diào)控制系統(tǒng)框圖 方案論證與確定 通過(guò)比較兩個(gè)方案，方案 1 采用單片機(jī)為核心控制器件，該方案的優(yōu)點(diǎn)是容易控制，系統(tǒng)原理比較簡(jiǎn)單， 電路可靠，容易實(shí)現(xiàn)控制目的。電源電壓為 和。衡量傳感器靜態(tài)特性的重要特性的重要指標(biāo)是： （ 1）線性范圍：即傳感器的輸出量與輸入量成正比的范圍。 方案一：采用溫度傳感器鉑電阻 Pt1000。 DS18B20 可以程序設(shè)置 9~12 位的分辨率，可以設(shè)置的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM中，掉電后依然保存 [5]?？赏ㄟ^(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警上下限值。其 管腳排列如 圖 423（ b） 所示。在本設(shè)計(jì)中采用的是DS18B20 的 3腳封裝形式。 ACEX 1K 是 20xx年推出的 低價(jià)格的 SRAM 工藝 的 PLD。 EAB 可以獨(dú)立使用。 IOE 位于快速通道互聯(lián)結(jié)構(gòu)的行和列的末端，每個(gè) IOE 包含一個(gè)雙向 I/O 緩沖器和一個(gè)可驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)、輸出信號(hào)或雙向信號(hào)的輸出寄存器或輸入寄存器。所謂 LED 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)：其點(diǎn)亮和關(guān)閉有該 I/O 口來(lái)對(duì)其控制，互不干涉，對(duì) I/O 驅(qū)動(dòng)能力弱的 MCU，必須增加外部驅(qū)動(dòng)芯片或三極管等器件。本設(shè)計(jì)基于空調(diào)使用中的一般性，設(shè)置的溫度調(diào)節(jié)范圍為 16℃～ 30℃，溫度調(diào)節(jié)的最小單位為 1℃。同理當(dāng)檢測(cè)到 CLK 的上升沿到來(lái)且 DOWN 信號(hào)為高電平、同時(shí)此時(shí)的 設(shè)置溫度大于 16℃時(shí)，溫度輸出信號(hào)DOUT=DOWN