【文章內(nèi)容簡介】 3421 圖 23 核心板 圖 24 顯示部分 圖 21 由以上系統(tǒng)基本原理框架圖可以看出，本系統(tǒng)的外圍電路相對比較復雜 ，功能的實現(xiàn)主要是從外部獲取控制信號之后在 FPGA 中進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理完畢之后 FPGA便將控制信號輸出到報警電路進行報警，將顯示數(shù)據(jù)輸出到顯示電路進行顯示。所以本系統(tǒng)的 FPGA 數(shù)據(jù)處理方面的程序相對比較復雜一些，所有的 感應信號和顯示數(shù)據(jù)的處理和輸入控制都是在 FPGA 中進行處理，這就要求在設計程序的時候要認真思考 FPGA 管腳的分配問題。 8 三 、 系統(tǒng)電路模塊 FPGA 核心板 型號： DCP100LX9 名稱： FPGA 核心板 說明：此模塊的 FPGA 芯片采用 XILINX 公司的 XC6SLX9，配置方式 JTAG 全部引出，芯片 時鐘為 100MHz。外圍器件有： FLASH 芯片 W25Q128BV、 EEPROM 芯片 M93C6串口通訊芯片 MAX323 USB 轉(zhuǎn)串口芯片 PL2303。線路板上以扁平帶方式引出 72 路 IO 口分 9 組，分別為 JAJG ,方便與外圍電路數(shù)據(jù)地址線連接 ，如圖 圖 31所示 。 圖 31 DCP100LX9 FPGA核心板 9 壓力檢測電 路 型號： CGQ002A 名稱：壓力檢測電路 說明：傳感器采用摩托羅拉公司的高性能擴散硅壓力傳感器 MPX53DP 并通過專門的保護 支座安裝在線路板上。處理電路采用由運放構(gòu)成的兩級放大電路實現(xiàn)對信號的放大、調(diào)理。 該模塊可用 DC12V 供電，輸出為模擬量信號。 圖示 圖 32 所示 ： 圖 32 CGQ002A 壓力檢測電路 數(shù)碼管顯示的工理 八段 LED 顯示器由 8 個發(fā)光二極管組成?；?7 個長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個點形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。 LED 顯示器有兩種不同的形式：一種是 8 個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED 顯示器；另一種是 8 個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED顯示器。如圖 所示 : 圖 33 數(shù)碼管顯示器 10 在選用共陰的 LED 時，只要在某一個發(fā)光二極管加上高電平，該二極管即點亮，反之則暗。而選用共陽極的 LED 時，要使某一個發(fā)光二極管發(fā)亮，則需加上低電平，反之則暗。為了保護各段 LED 不受損壞，需要外加限流電阻。為了要顯示某個字型，則應使此字形段的相應點二極管點亮，也即送一個不同的電平組合代表數(shù)據(jù)來控制 LED顯示的字型，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。本電路采用共陰極接法。十六進制數(shù)字型代碼表如 表 所示 : 單片機驅(qū)動 LED 顯示有很多方法 ,按顯示方式可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機將要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制LED，直到下一次顯示時再傳送一次新的數(shù)據(jù)。只要當前顯示的數(shù)據(jù)沒有變化，就無須理睬數(shù)碼顯示管。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的 CPU 時間少。靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨具有 鎖 存功能的 型代碼。這樣單片機只要把顯 表 十六進制數(shù)字型代碼表 示的字型數(shù)據(jù)代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示要發(fā)送的字型。 當需要 要顯示新的數(shù)據(jù)時，單片 機再發(fā)送新的字型碼。 共陰極接法 七段代碼 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Dp g f e d c b a 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 6 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH A 0 1 1 1 0 1 1 1 77H B 0 1 1 1 1 1 0 0 7CH C 0 0 1 1 1 0 0 1 39H D 0 1 0 1 1 1 1 0 5EH E 0 1 1 1 1 0 0 1 79H F 0 1 1 1 0 0 0 1 71H P 0 1 1 1 0 0 1 1 73H 11 另一種方法是動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的 8個筆畫字段 (a~g和 dp)同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極 COM 各自獨立接受I/O 線控制。 CPU 向字段輸出端口輸出字型碼時，所有顯示器接受相同的字型碼，但究竟使 哪 一位則由 I/O 線決定。動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制每個顯示器的 COM端，使每個顯示器輪流電亮。在輪流點亮過程中，每位顯示器的點亮時間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。 DCP102A 數(shù) 碼管顯示和鍵盤電路 型號： DCP102A 名稱：數(shù)碼管顯示和鍵盤電路 說明：該模塊包括八位數(shù)碼管顯示單元、查詢式鍵盤、矩陣式鍵盤所組成。該線路板配 合 FPGA 核心板可以完成數(shù)碼管的靜態(tài)和動態(tài)掃描實驗，完成查詢式和矩陣式鍵盤實驗。 圖 34 數(shù)碼管顯示和鍵盤電路 12 本設計中使用動態(tài)掃描的方式對數(shù)碼管進行控制掃描，其電路圖如圖 所示，圖中 SRD2 為上拉電阻排，電阻值為 10K，驅(qū)動芯片用 74HC573 作為驅(qū)動使用， U2為位選驅(qū)動， U3為段碼驅(qū)動，單片機的 P0口接 LED 的段碼驅(qū)動，單片機的 P2 口接 LED的位選碼驅(qū)動，該器件驅(qū)動電流可以達到 100mA，而 LED數(shù)碼管全亮時，最大電流可以達到 32mA，如果全部驅(qū)動輸出會將數(shù)碼管燒壞，所以在程序中使用 PWM 輸出的控制，在消隱時，也就是禁止數(shù)碼管的輸出，之后加上一段時間的延時，要確保加入的時間與顯示時間和不能超過 20ms，同時 74HC573 具有鎖存功能，在本設計中沒有使用該功能。 13 四 、軟件部分設計 主程序完成 控制、 執(zhí)行，流程圖如圖 圖 所示。 圖 主程序流程圖 14 五 、結(jié) 論 我們 在設計調(diào)試過程中也遇到了一些問題，但我們牢記指導老師在平時訓練中教給我們的“定位準確、機理清楚、故障復現(xiàn)、措施有效、舉一反三”的技術歸零方針，并嚴格按照技術歸零方針來查找和解決問題。最后，通過團隊的共同努力，完成了無葉風扇控制器的設計及制作。 在這次畢設中，我們不但將學校所學的《模擬電子技術》、《數(shù)字電子技術》、《電子產(chǎn)品組裝工藝》、《 PCB 設計》等專業(yè)知識應用到比賽中，實現(xiàn)了學以致用，而且專業(yè)知識和技能得到了大幅度的提升，同時鍛煉和提高了獨立 分析問題、解決問題的能 力、 溝通能力及團隊協(xié)作 能力。 從整套系統(tǒng)的 設計，調(diào)試和實現(xiàn)的過程中，我學到了許多很有意義的東西： 首先：使用的開發(fā)語言有 VHDL 語言，使我的編程能力得到了很大的鍛煉和提高。 其次：設計和實現(xiàn) 各種功能 ，可以說是對軟件工程中的軟件開發(fā)方法一次又一次的實踐。每次的成功和失敗，都給我深刻的啟示，指導我怎樣更好的進行軟件開發(fā)，應該避免哪些問題。 再次：調(diào)試的時候，充分體驗了一次工程現(xiàn)場調(diào)試的氛圍，與各位實驗室同學一起的場景至今仍然歷歷在目。再這里，我要再次的感謝我的指導老師張美英。 畢業(yè)論文從 十 月份開始入手，到現(xiàn)在已經(jīng)三個月了。這份大學期間最后的作業(yè)，是對 我的又一次挑戰(zhàn)。雖然在旁人看來這工作可能微不足道，但我卻從中學到了不少東西；體會到了工作中的酸甜苦辣，也認識到了自己的不足之處。這對我今后的工作和學習都是大有裨益的。遺憾的是，限于時間和能力，沒能將工作做得更好。 最后，再次感謝所有關心和幫助過我的老師和朋友們。 15 六 、致 謝 首先，也是最主要感謝的是我的指導老師， 張智彬 和 徐書雨 兩位 老師。在整個過程中他 給了我很大的幫助，在論文題目制定時，他首先肯定了我的題目大方向 ，讓我在寫作時有了具體方向。在論文提綱制定時，我的思路不是很清晰，經(jīng)過老師的幫忙， 讓我具體寫作時思路頓時清晰。在完成初稿后，老師認真查看了我的文章，指出了我存在的很多問題。在此十分感謝 張 老師的細心指導，才能讓我順利完成 畢業(yè) 論文。 最后要感謝在整個論文寫作過程中幫助過我的每一位人。 16 七 、參考文獻 [1] 華兵 .MCS51單片機原理應用 .武漢：武漢華中科技大學出版社， 2021 .5 [2] 李華 .MCU51系列單片機實用接口技術 .北京：北京航空航天大學出版社， 1993. 6 [3] 陳光東 .單片機微型計算機原理與接口技術 (第二版 ).武漢：華中理工 大學出版社， [4] 徐淑華，程退安，姚萬生 .單片機微型機原理及應用 .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社， 1999. 6. [5] 九州 .放大電路實用設計手冊 .沈陽：遼寧科學技術出版社， [6] 樊昌元，丁義元 . 高精度雷達研究 .電子測量與儀器學報， [7] 蘇偉，鞏壁建 .誤差分析 .傳感器技術， 2021. [8] 永學等 .1Wire總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20及應用 .電子產(chǎn)品世界， 17 附錄 1. VHDL 程序源碼： 注：每部分函數(shù)應單獨建立 文件 ，有頂層 文件電泳子函數(shù) 頂層函數(shù) library IEEE。 use 。 USE 。 USE 。 entity wendu is port( CLK : in std_logic。 100MHZ, 系統(tǒng)時鐘 RESET : in std_logic。 ren : in std_logic。 人體紅外控制 pwm_out :out std_logic。 電機控制信號 SDA : inout std_logic。 串行總線雙向數(shù)據(jù) SCL : out std_logic。 串行總線時鐘 switch : out std_logic。 小數(shù)點控制 keyin : in std_logic_vector(3 downto 0 )。 data_in_ce : in std_logic_vector(11 downto 0)。 DOT : out std_logic。 小數(shù)點控制 LED7 : out std_logic_vector(6 downto 0)。 斷碼（不包含小數(shù)點） BIT8 : out std_logic_vector(0 to 7) 位碼 )。 end wendu。 architecture Behavioral of wendu is 氣壓 信號 采集 ponent ack_check port( CLK : in std_logic。 RESET : in std_logic。 SDA : inout std_logic。 串行總線雙向數(shù)據(jù) SCL : out std_logic。 串行總線時鐘 data_shi : out std_logic_vector(11 downto 0) )。 18 end ponent。 顯示 控制 ponent display port( CLK : in std_logic。 100MHZ, 系統(tǒng)時鐘 RESET : in std_logic。 ren : in std_logic。 pwm_out:out std_logic。電機控制信號 switch : out std_logic。