【正文】 當(dāng)液面低于 AA2時(shí)，浮標(biāo)下降到 AA2 的水平位置，導(dǎo)體棒將 AA2 接通；當(dāng)液面高于BB2 時(shí)，浮標(biāo)上升到 BB2 的水平位置，導(dǎo)體棒將 BB2 接通。注意導(dǎo)體棒的電阻很小可以忽略，整個(gè)裝置能承受 100 攝氏度的溫度，也就是能在沸水中正常工作，而且此傳感器能檢測出一個(gè)高水位和一個(gè)低水位。在完成了各模塊電路的設(shè)計(jì)并經(jīng)過調(diào)試確認(rèn)沒有問題后，再按照系統(tǒng)總體電路圖連接實(shí)際電路。 各硬件電路調(diào)試方法 FPGA 調(diào)試方法先測試系統(tǒng)能否載入程序，能否工作，直接給一些Ｉ/Ｏ高電平，通過 LED驗(yàn)證是否符合邏輯。測試自制傳感器電路的方法：將 A、B 端直接用導(dǎo)線或者其他導(dǎo)體短接，比較 A、B 導(dǎo)通前與導(dǎo)通后輸出端 Uo 的電平變化，如果按照分析得到變化規(guī)律變化則說明電路沒有問題。為使得電路測試條件與本設(shè)計(jì)的其實(shí)際工作環(huán)境更加接近，這里在實(shí)際電路調(diào)試將自制傳感器放入水中和從水中拿出觀察輸出端的電平變化是否符合邏輯。 繼電器電路的調(diào)試方法直接用高低電平接控制端，觀察繼電器的負(fù)載端是否接通或斷開。這樣測試沒有問題后，在繼電器的負(fù)載端接入熱電阻絲，用高低電平控制，觀察熱電阻絲的的電源能否按高低電平接通和斷開，如果能則說明此電路沒有問題。單片機(jī)調(diào)試方法：測試法和先測試系統(tǒng)能否載入程序，能否工作，直接給一些Ｉ/Ｏ高電平，通過 LED 驗(yàn)證是否符合邏輯。測試 DS1302 電路方法：先寫入數(shù)據(jù)到 DS1302 相關(guān)寄存器，用 Proteus 仿真，觀察能否寫入，再從 DS1302 相關(guān)寄存器讀取剛好寫入的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)所的單片機(jī) I/O 口，用 Proteus 仿真，觀察數(shù)據(jù)是否和剛好寫入的數(shù)據(jù)相符合。值得注意的是在測試之前一定要保證測試程序沒有問題，最好用已經(jīng)驗(yàn)證了的又非常簡單的程序，這樣便于于確保程序的準(zhǔn)確性和可靠性。 測試 DS18B20 電路方法讀取其中相關(guān)寄存器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送至單片機(jī)的 I/O 口，用 LED 檢測各位的高低電平，觀察與仿真中顯示的值是否相同，同時(shí)分析是否符合芯片資料中介紹的相關(guān)信息相符合。要注意的問題是在測試之前一定要保證測試程序沒有問題，最好用已經(jīng)驗(yàn)證了的又非常簡單的程序，這樣便于于確保程序的準(zhǔn)確性和可靠性。整個(gè)系統(tǒng)硬件調(diào)試方法：連接好所有模塊后，再單獨(dú)用簡單的程序測試各個(gè)模塊能否正常，如果各個(gè)模塊都能單獨(dú)正常工作，則整個(gè)系統(tǒng)的電路沒有問題。4 .軟件調(diào)試及仿真 各模塊的軟件調(diào)試、仿真和實(shí)物測試 FPGA 軟件調(diào)試、仿真和實(shí)物測試VHDL 語言編程采取的是自上而下的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)流程如下圖所示：圖 19 自頂向下的設(shè)計(jì)流程按前面的 FPGA 系統(tǒng)框圖編寫 VHDL 語言程序，并按上面的流程操作，并將程序下載到 FPGA 芯 片 EPF10K10TC1444 中 ， 得到的時(shí)序仿真圖如下圖所示：圖 20 FPGA 控制器的時(shí)序仿真圖時(shí)序圖與設(shè)計(jì)中所預(yù)期的邏輯相符合，而且實(shí)物調(diào)試也能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中要求實(shí)現(xiàn)的功能。下面是編譯 VHDL 語言程序后生產(chǎn)的器件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：圖 21 FPGA 控制器結(jié)構(gòu)圖注：圖左邊的全部是輸入口，圖 右邊的全部是輸出口。 DS1302 軟件調(diào)試、仿真和實(shí)物測試圖 22 DS1302 仿真圖這是用于測試單片機(jī)能否正確讀寫 DS1302 的數(shù)據(jù)的仿真圖形，對應(yīng)的調(diào)試程序的如下所示：void main(void){ write_ds1302data()。//寫入相應(yīng)數(shù)據(jù)到 DS1302 中，即 DS1302 初始化while(1){read_ds1302data()。//從 DS1302 中讀取數(shù)據(jù)P1=minute。//將分鐘的信息送到 P1 端口}}這個(gè)程序是向 DS1302 中寫入數(shù)據(jù)，再讀出數(shù)據(jù)。向 DS1302 寫入的數(shù)據(jù)是 0x12,讀出送到 P1 端口的數(shù)據(jù)也是 0x12,顯然此程序是正確的，能正確讀寫 DS1302 的數(shù)據(jù)。 DS18B20 軟件調(diào)試、仿真和實(shí)物測試圖 23 DS18B20 仿真圖這是用于測試單片機(jī)能否正確讀出 DS18B20 中的數(shù)據(jù)的仿真圖形，對應(yīng)的調(diào)程序的如下所示：void main(){ while(1){ ds18b20_start()。//啟動(dòng)轉(zhuǎn)換得到 ds18b20_datah 和 ds18b20_datal 的值 P1=ds18b20_datah。 P2=ds18b20_datal。 }}這個(gè)程序是啟動(dòng) DS18B20 的 A/D 轉(zhuǎn)換后，在從中讀出數(shù)據(jù)，并將這個(gè)數(shù)據(jù)送到 P1 和 P2 端口。根據(jù) ds18b20 的資料知道當(dāng)溫度為 85 攝氏度時(shí)，DS18B20經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后得到的二進(jìn)制數(shù)值時(shí) 00000101 0101000 這與仿真結(jié)果一致，說明程序正確。 整個(gè)系統(tǒng)軟件調(diào)試、仿真和實(shí)物測試 主程序的調(diào)試、仿真和實(shí)物測試圖 24 主程序流程圖圖 25 主程序仿真圖這個(gè)界面顯示日期、時(shí)間、水溫、水位和提示鍵的信息。當(dāng)按下提示鍵 2以后進(jìn)入了提示鍵的界面，仿真圖如下所示：圖 26 提示功能界面仿真圖將所有模塊程序整合編譯后，下載到單片機(jī)，VHDL 語言程序編譯后下載的FPGA，檢查無誤后開機(jī)觀察，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)用到的 FPGA 和 LCD12864,無法用仿真軟件仿真，所以綜合調(diào)試直接在硬件系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。 水位調(diào)節(jié)子程序的調(diào)試、仿真和實(shí)物測試圖 27 水位調(diào)節(jié)程序的流程圖注：圖 28 是水位正常時(shí)的顯示，圖 29 為水位低于低水位電時(shí)的顯示。圖 28 水位調(diào)節(jié)程序仿真圖（a）圖 29 水位調(diào)節(jié)程序仿真圖（b） 水溫調(diào)節(jié)子程序的調(diào)試、仿真和實(shí)物測試圖 30 水溫調(diào)節(jié)子程序流程圖圖 31 水溫調(diào)節(jié)仿真圖其中光標(biāo)閃爍的位置是能改變的數(shù)值，設(shè)定完畢后要按下確定鍵并返回主界面，設(shè)定的水溫的最高值和最低值才有效，設(shè)定完畢后按下確定鍵后的界面如下圖所示:圖 32 按確定鍵后的水溫調(diào)節(jié)界面 定時(shí)開關(guān)子程序的調(diào)試、仿真和實(shí)物測試定時(shí)開關(guān)子程序的程序流程圖如下圖所示：圖 33 定時(shí)開關(guān)子程序流程圖圖 34 定時(shí)開關(guān)功能仿真圖圖 35 按確定鍵后的仿真圖注：圖 34 是設(shè)定定時(shí)開啟和關(guān)斷的時(shí)間的顯示界面， ，其中光標(biāo)閃爍的位置是可以改變數(shù)值的位置；圖 35 是校時(shí)完畢后按下確定鍵后的顯示界面。 校時(shí)程序仿真圖 36 校時(shí)功能界面仿真圖 37 按確定鍵后的校時(shí)功能界面仿真注：圖 36 是較時(shí)顯示界面，其中光標(biāo)閃爍的位置是可以改變數(shù)值的位置；圖 37是校時(shí)完畢后按下確定鍵后的顯示界面。 按鍵功能提示界面的程序仿真圖 38 提示功能界面仿真 沒有實(shí)現(xiàn)的第二定時(shí)功能提示界面的程序仿真圖 39 沒實(shí)現(xiàn)的定時(shí)功能提示界面仿真說明：由于光耦和繼電器的控制不容易從圖中直接觀察，因此沒有載入相關(guān)圖片，它們的控制作用可以直接觀察實(shí)物，記錄結(jié)果，并分析是否符合預(yù)期結(jié)果即可。5 .總體設(shè)計(jì)電路的優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)及改進(jìn)意見和展望 優(yōu)點(diǎn)本設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)和亮點(diǎn)是在現(xiàn)有的市場的智能電熱水器中嵌入了一個(gè)時(shí)鐘，除了能實(shí)現(xiàn)其他的自動(dòng)化功能之外，還能根據(jù)日期和時(shí)間開啟、關(guān)斷電源，有很好的節(jié)能效果，同時(shí)在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入了利用 SOC 系統(tǒng)解決實(shí)際問題的思路，是對 FPGA 新的應(yīng)用領(lǐng)域的一種探索，如果單獨(dú)用 FPGA 作為控制器件，用 FPGA 實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能，那就只要在這個(gè)系統(tǒng)中接入一些傳感器和驅(qū)動(dòng)電路即可，這樣整個(gè)系統(tǒng)的電路得到很大的簡化，系統(tǒng)的可靠性將大大提高。 缺點(diǎn)電熱阻絲的控制是通過繼電器的接通和斷開來控制存在電弧和電火花，同時(shí)不能實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制；整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)花費(fèi)的成本較高，使了 FPGA、單片機(jī)作為控制器，還使用了 LCD12864 作為現(xiàn)實(shí)器，雖然 FPGA、單片機(jī)兩者都發(fā)揮了自己優(yōu)勢，顯示效果也比較好，但也大大提高了設(shè)計(jì)成本，本設(shè)計(jì)要是要投入市場，將沒有任何價(jià)格的優(yōu)勢。 改進(jìn)意見和展望A：單獨(dú)用 FPGA 作為控制器件，同時(shí)在其中嵌入一個(gè)時(shí)鐘，那么這個(gè)系統(tǒng)就是一個(gè)真正的 SOC 系統(tǒng)，選了低端 FPGA 完成設(shè)計(jì)，成本并沒用什么提高，設(shè)計(jì)過程將大大簡化，系統(tǒng)性能將大大的提高。B：單獨(dú)使用單片機(jī)作為控制器，這樣本設(shè)計(jì)與原有的市場上的電熱水器相比，成本沒有什么提升，但是多了定時(shí)開啟、定時(shí)關(guān)斷的功能，能有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能，從長遠(yuǎn)的角度來講這樣微小成本的提升是相當(dāng)值得的。C：電熱絲的控制用 PWM 控制實(shí)現(xiàn)，通過溫度變化，調(diào)節(jié) MOS 管或者開關(guān)三極管的控制信號的占空比，能實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制，而且避免了使用繼電器時(shí)的電火花。結(jié) 論從這次設(shè)計(jì)當(dāng)中我學(xué)到了很多，它教會了我在設(shè)計(jì)電路的電路圖之前必須深明其原理，并在硬件電路制作過程中小心仔細(xì)，不然他將使得我們的調(diào)試工作復(fù)雜化；其次就是設(shè)計(jì)模塊時(shí)利用模塊化的思想是相當(dāng)好的，但如果模塊過多，連接線也會相應(yīng)增加，因此事先必須考慮好各個(gè)模塊的連接和安放；再次本設(shè)計(jì)讓我學(xué)會了如何組織一個(gè)大型的系統(tǒng)程序，如何對單片機(jī)的資源進(jìn)行合理分配和高效利用，如何較好的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和 FPGA 和的通信（如何設(shè)計(jì)較完善的通信協(xié)議） ，也讓自己對 DS130DS18B20 和 LCD12864 的控制使用更加的熟練；最后就是通過此設(shè)計(jì)使我對以前學(xué)過的知識進(jìn)行了鞏固，同時(shí)此次設(shè)計(jì)用到了數(shù)模電、單片機(jī)、EDA 等多門專業(yè)課程的知識，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，更重要的是提升了自己對多門知識進(jìn)行綜合把握的能力，進(jìn)一步提高了自己一種創(chuàng)新意識，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也讓我深刻的體會到學(xué)以致用這個(gè)詞語的真正含義，因?yàn)檫@個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)還算成功，實(shí)物調(diào)試也基本上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的所有功能，所以有一種成功的喜悅感，相信只要要自己繼續(xù)不斷地努力學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識，重視理論與實(shí)踐的結(jié)合，大膽地發(fā)揮創(chuàng)新能力，再難的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)都難不倒自己。這次設(shè)計(jì)還啟迪了自己，在生活中要多思考，將自己的專業(yè)與我們的生活聯(lián)系起來，要有創(chuàng)新的意識，更要有創(chuàng)新的勇氣和能力。參考文獻(xiàn)[1] 潘松，黃繼業(yè).　EDA 技術(shù)實(shí)用教程 [M]．北京：科學(xué)出版社，　[2] 包本剛，何怡剛,朱湘萍. 全同步數(shù)字頻率計(jì)的 VHDL 設(shè)計(jì)與仿真[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)．2022[3] 求是科技．CPLD/FPGA 應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐[M]．北京：人民郵電出版社．[4] 包本剛 基于 FPGA 器件的 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)[N].湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào),2022, 26/11,P6770.[5] 包本剛，朱湘萍 基 FPGA 器件的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)[J]．電子工程師 2022．33，P17—18．[6] 田杏衛(wèi) 浮球液位傳感器在池內(nèi)帶液狀態(tài)下的安裝方法[J] ．內(nèi)肛科技　[7] 張先臣,王冬云.　基于 DS1302 的太陽能熱水器智能控制器的設(shè)計(jì) [J]．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)[8] 李華. 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