【正文】 ............................................................................. 32 6 系統(tǒng)仿真 .................................................................................................................. 35 7 結論 .......................................................................................................................... 36 基于 CPLD的多功能溫度檢測系統(tǒng)設計 參考文獻 ...................................................................................................................... 37 致謝 ………… .…………………………………………………………………… … .25 附錄 ………………………… … ……………………………………… .…………….2 6 附錄 A 設計原理圖 …………………………………………………………… .26 附錄 B 溫度檢測系統(tǒng)程序 ……………………………………………………. 27 附錄 C 電子時鐘顯示程序 … ………………………………………………… .35 附件 附件 1 開題報告 附加 2 譯文及原文影音文件 1 緒論 引言 隨著 超大規(guī)模集成電路 (Very Large Scale Integrated circuites)的發(fā)展，硬件設計和軟件設計的結合， 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(Complex Programmable Logic Device/Field－Programmable Gate Array)在市場上的普及 ， 并推動應用系統(tǒng)的設計走向 系統(tǒng)級芯片 設計。它主要采用并行工程和“自頂向下”的設計方法，使開發(fā)者從一開始就要考慮到產(chǎn)品生成周期的諸多方面，包括質(zhì)量、成本、開發(fā)時間及用戶的需求等等。 EDA 技術借助計算機存儲量大、運行速度快的特點，可對設計方案進行人工難以完成的模擬評估、設計檢驗、設計優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理等工作。 VHDL有良好的可讀性，容易理解，從而決定了他成為系統(tǒng)設計領域最佳的硬件描述語言。設計輸入之后就有一個從高層次系統(tǒng)行為設計向門級邏輯電路設轉(zhuǎn)化翻譯過程，即把設計輸入的某種或某幾種數(shù)據(jù)格式 (網(wǎng)表 )轉(zhuǎn)化為軟件可識別的某種數(shù)據(jù)格式 (網(wǎng)表 )。 7 段數(shù)碼顯示器的作用是接收 FPGA轉(zhuǎn)換后的 BCD數(shù)據(jù)并顯示 。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。把兩種不同的金屬連在一起，當接點處溫度變化時，就在相應電路中產(chǎn)生溫差電動勢。它的主要特性如下： 流過器件的電流等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度度數(shù) 。實際應用中，應根據(jù)數(shù)據(jù)位數(shù)、輸入信號極性與范圍、精度要求和采樣頻率等幾個方面綜合考慮 A/D 轉(zhuǎn)換器的選用。其優(yōu)點是分辯率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數(shù)電路共同完成 AD 轉(zhuǎn)換。所以這無疑對于本設計是一款很合適的傳感器 [6]。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當與計算機連接時，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直 接連接在 CPU 數(shù)據(jù)總線上，無須附加邏輯接口電路。共陰極中每個發(fā)光二極管的負極合在一起，共陽極中的每個發(fā)光二極管的正極合在一起。通過 CPLD的 I/O 口不斷檢測是否變?yōu)榈碗娖健? Ⅱ、 以 Debunce 的程序方塊用于消除彈跳?！獮樽杂捎嫈?shù)器的輸出 BEGIN PROCESS(CP) ——計數(shù)器計數(shù) BEGIN IF CP ?EVENT AND CP = ?1?THEN Q=Q+1。 CPLD 這種在系統(tǒng)可編程功能的優(yōu)越性，還體現(xiàn)在本系統(tǒng)可以改變測量精度，只需修改計算與轉(zhuǎn)換模塊和顯示模塊 的程序。 END BLOCK Free_Counter。由表 51可見， 0℃ 時的AD590電流在 1kΩ 上的電壓可做為基準值，所測溫度的計算方法為： D C0 80 4 ??? 的數(shù)值所測溫度 (51) 式中： —ADC0804的最小分辨電壓； —0℃ 時， 在 1kΩ 上的電壓； —l181。這一點可從硬件、軟件兩方面予以考慮。動態(tài)掃描顯示法是把所有數(shù)碼管的筆畫段，接到一組輸出口上，公共端則接在另外的輸出口上，用一個頻率足夠高掃描 信號將各個數(shù)碼管逐個點亮，由于人眼的“視覺暫留”看起來仍是連續(xù)穩(wěn)定的。 WR 為轉(zhuǎn)換開始輸入信號， RD 為轉(zhuǎn)換結束后從 ADC 中讀出數(shù)據(jù)的控制信號 ，兩者都是低電平有效。電容 C1 C1 C18 起到了隔直保護的作用。 4 硬件電路設計 溫度檢測系統(tǒng) 本設計的整體設計思路是：用數(shù)碼管顯示對外部溫度進行測量的結果，同時定時顯示時間，具體方案為：用溫度傳感器測量外部溫度，經(jīng)過放大后傳到 A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再經(jīng) CPLD 芯片處理，最后將 結果用 LED 顯示，其間有蜂鳴器報警。其電路規(guī)模屬于中等。在 0 度時就等于 273K，則輸出電流量 273uA。 方案三： 集成溫度傳感器 ， 集成溫度傳感器實質(zhì)上是一種 采用硅半導體集成工藝制成的 半導體集成電路， 因此也稱為硅傳感器或單片集成溫度傳感器。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環(huán)境。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設備也就可以確定了。（ ASCI 設計中，這一步驟稱為第二次 Sign—off）。設計處理一般在數(shù)分鐘內(nèi)內(nèi)完成。用我們的CPLD制作的溫度計 與其它實現(xiàn)方法如單片機相比，它將單片機用以實現(xiàn)運算的硬件電路以軟件的形式下載到芯片中，例如單片機要用兩級運放來實現(xiàn)乘與減的運算，而用 CPLD實現(xiàn)的系統(tǒng)只用 VHDL語言在芯片內(nèi)部編程即可，降低了系統(tǒng)電路的復雜程度。 VHDL (Very High Speed , Integrated Circuit HDL ，超高速集成電路硬件描述語言 ) 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結構、行為、功能和接口。 課題研究的背景及意義 可編程邏輯設計是近年來在電子設計領域中出現(xiàn)的一門新技術，它把復雜的數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為用一兩個可編程邏輯器件即可實現(xiàn)的“片上”系統(tǒng) 。（ 78 周） 3. 設計編寫子程序及主程序 （ 912 周） 4. 測試方案可行性及計算機仿真結果。 CPLD 具有非揮發(fā)特性，可以重復寫入并在粘合邏輯、地址譯碼、簡單控制、FPGA 加載等設計中有廣泛應用 。除此之外， VHDL 并不十分關心一個具體邏輯是靠何種方式實現(xiàn)的，而是把開發(fā)者的精力集中到邏輯所實現(xiàn)的功能上。與此同時，基于大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?EDA（電子設計自動化）硬件解決方案也被廣泛采用。 基于 CPLD的多功能溫度檢測系統(tǒng)設計 畢業(yè)設計（論文）任務書 題 目 基于 CPLD 的多功能溫度檢測系統(tǒng)設計 一、 畢業(yè)設計（論文）任務 課題內(nèi)容 現(xiàn)代電子產(chǎn)品正在以前所未有的革新速度，向著功能多樣化、體積最小化、功耗最低化的方向迅速發(fā)展， EDA 技術正是為了適應現(xiàn)代電子產(chǎn)品設計的要求，吸收多學科最新成果而形成的一門新技術。 隨著半導體技術的迅速發(fā)展，在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設計中，現(xiàn)場可編程器件（ FPGA和 CPLD）的使用 越來越廣泛。首先，它可以用來描述邏輯設計的結構，比如邏輯設計中有多少個子邏輯，而這些子邏輯又是如何連接的。 隨著世界上對溫度的測量和控制方法已經(jīng)比較成熟與 EDA 技術的廣泛應用。（ 46 周） 2. 方案比較與論證，確定最優(yōu)方案。再加上 因特網(wǎng)發(fā)展的趨勢也有利于 其發(fā)展 ，所有這些門電路能用許多線快速輕松地連接起來，有助于加速芯片實現(xiàn)過程并增強性能 [1] ?，F(xiàn)在常見的 EDA工具有編輯器、仿真器、檢查／分 析工具、優(yōu)化／綜合工具等等。另外，現(xiàn)今很多數(shù)字溫度計都是用單片機設計的。對于一般幾千門的電路設計，使用 MAX+PLUSII，從設計輸入到器件編程完畢，用戶拿到設計好的邏輯電路，大約只需幾小時。 （時序仿真）需要利用在布局布線中獲得的精確參數(shù)再次驗證電路的時序。 溫度傳感器的方案論證 一、溫度傳感器選用細則 現(xiàn)代傳感器在原理與結構上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。 5. 穩(wěn)定性：傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。但這三種金屬溫度電阻器具有各自的缺點：鉑價格昂貴，鎳穩(wěn)定性較差，精度不高，銅溫度稍高則會因氧化而失效。 在本文中所測量的溫度 =（ ADC0804 的 DB7～ DB0 轉(zhuǎn)換位 )*2273 假 如 轉(zhuǎn) 換 的 值 為 186 則 溫 度 = （ ADC0804 的 DB7 ～ DB0 轉(zhuǎn)換位 )*2273=186*2273=99 ADC590 的溫度感測能力是，溫度每升高 1K就增加 1uA 的電流量。 逐次比較型是由一個比較器和 DA 轉(zhuǎn)換 器通過逐次比較邏輯構成，從 MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置 DA 轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，經(jīng) n 次比較而輸出數(shù)字值。綜上述條件，本文采用 AD0804 有它一定的根據(jù)。為了得到穩(wěn)定的 5V 電壓我們采用穩(wěn)壓管 78L05，經(jīng)過 78L05 穩(wěn)壓后輸出的就是穩(wěn)定的 5V電壓。 CS ， WR ，RD 為片選信號輸入，在應用時，當 CS = 0，說明本片被選中，在用硬件構成的 ADC0804 系統(tǒng)中， CS 可恒接低電平。但占有較多 I/O 口，硬件成本高。 為了克服按鍵觸點機械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施。 表 51 AD590溫度與電流關系 攝氏溫度 T（℃） AD590 電流 I（ mA） 經(jīng) 1kΩ 電壓 U（ mV） 0 10 200 250 600 1000 表中經(jīng) 1kΩ 產(chǎn)生的電壓將接至 AD0804的 Uin(+)腳。 Sel = “110” WHEN st = 0 ELSE “101”WHEN st = 1 ELSE “011”WHEN st = 2 ELSE “111”。 系統(tǒng)功能變化了，硬件電路卻不需要調(diào)整。 END IF。 Ⅲ、對于微分電路， DLY 這個被微分的信號是由上 級的消除彈跳方塊輸出而來，最后微分結果可由 DIFF 或 DIF_OUT 取得。如果變成低電平就說明有按鍵按下。本次設計所有數(shù)碼管都是采用共陽極數(shù)碼管。 圖 ADC0804 引腳圖 ADC0804 各引腳的功能及使用情況：在本設計中我們使用了 UIN（ +） 和UIN（ ） 為模擬電壓輸入端，模擬電壓輸入接 UIN（ +） 端， UIN（ ）端接地。 AD590 電流工作電壓為 +4V 到 30V，當電源電壓由 5V 向 10V 變化時，其電流變化僅為 ；在 55 至 +150℃ 測溫范圍內(nèi)，測量誤差為 177。 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。 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。 AD590 的測溫范圍為 55℃ ～ +150℃ 。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。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。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)換結果及編碼、驅(qū)動顯示等作用。 。在新的世紀中，VHDL語言將承擔起大部分 的數(shù)字系統(tǒng)設計任務 [3]。 EDA 已經(jīng) 成為集成電路、印制電路板、電子整機系統(tǒng)設計的主要技術手段。然后從系統(tǒng)設計入手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計，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] 。 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，在電子設計的存檔、程序模塊的移植、 ASIC設計源程序的交付， IP核 的應用等方面擔任著不可或缺的角色 。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。這種方式電路復雜，成本高，同時還須精密恒壓源輔助作用。更 方便地向 ASIC 過渡 。 因此，本設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。hrDepartment of Physics, University of Otago, PO Box 56 , Dunedin, New Zealand. P135142（翻譯文章） 同組設計者 注： 1. 此任