【導(dǎo)讀】導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致。含我為獲得及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻。的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法。律后果由本人承擔(dān)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。等），文科類論文正文字數(shù)不少于萬字。符合國家技術(shù)標準規(guī)范。隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域需要對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行實時采集、控制，集又是其中極為重要的部分。本課題針對溫度檢測儀的技術(shù)要求，設(shè)計了一種4路熱電偶溫度檢測儀。以檢測4個測試點的溫度，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪?。精度高、功耗低的?yōu)點，還可以及時顯示，操作使用方便。總體設(shè)計采用兩種方案。

　　

【正文】 yout=din(3)。 END IF。 END PROCESS。 END if_m4arch。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 21 2． ADC0809 控制模塊 （ 1） ADC 采樣 控制 利用 FPGA 直接控制 0809 對模擬信號進行采樣，然后將 轉(zhuǎn)換好的 8 位二進制數(shù)據(jù)迅速存儲到存儲器中，在完成對模擬信號一個或數(shù)個周期的采樣后，由外部電路系統(tǒng)將存儲器中的采樣數(shù)據(jù)讀出處理。 s t 4s t 0s t 3 s t 2s t 1對 0 8 0 9 初 始 化L O C K : 0 1由 L O C K 信 號 所 存轉(zhuǎn) 換 好 的 數(shù) 據(jù)啟 動 A / D 轉(zhuǎn) 換采 樣 周 期 中 等 待E O C = ’ 1 ’ 正 在轉(zhuǎn) 換E O C = ’ 1 ’ 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束O E = ’ 1 ’數(shù) 據(jù) 輸 出 有 效 圖 ADC0809 采樣狀態(tài)圖 A L ES T A R TE O CO ED [ 7 . . 0 ]Z Z Z Z Z Z Z Z D A T A 圖 ADC0809 工作時序 用狀態(tài)機對 0809 進行采樣控制首先必須了解工作時序，然后作出狀態(tài)圖，最后寫出相應(yīng)的 VHDL 代碼。 圖 和圖 分別是 0809 的 A/D 轉(zhuǎn)換時序和采樣控制狀態(tài)圖。 時序圖中， START 為 轉(zhuǎn)換啟動控制信號高電平有效； ALE 為模擬信號輸入選通端口地址鎖存信號，上升沿有效；一旦 START 有效后，狀態(tài)信號 EOC 即變?yōu)榈碗娖?，表示進入轉(zhuǎn)換狀態(tài)，轉(zhuǎn)換時間約為 100us。轉(zhuǎn)換結(jié)束后， EOC 將變?yōu)楦唠娖健４撕笸獠靠刂瓶梢允?OE由低電平變?yōu)楦唠娖剑ㄝ敵鲇行В?，此時， 0809 的輸出數(shù)據(jù)總線 D[7..0]從內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 22 原來的高阻態(tài)變?yōu)檩敵鰯?shù)據(jù)有效。由狀態(tài)圖也可以看到，在狀態(tài) st2 中需要對 0809 工作狀態(tài)信號 EOC 進行測試，如果為低電平，表示轉(zhuǎn)換沒有結(jié)束，仍需要停留在 st2 狀態(tài)中等待，直到變成高電平后才說明轉(zhuǎn)換結(jié)束，在下一時 鐘脈沖到來時轉(zhuǎn)向狀態(tài) st3。在狀態(tài) st3，有狀態(tài)機向 0809 發(fā)出轉(zhuǎn)換好的 8 位數(shù)據(jù)輸出允許命令，這一狀態(tài)周期同時可作為數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定周期，以便能在下一狀態(tài)中向鎖存器中鎖入可考的數(shù)據(jù)。在狀態(tài) st4，由狀態(tài)機向 FPGA 中的鎖存器發(fā)出鎖存信號（ LOCK 的上升沿），將 0809 輸出的數(shù)據(jù)進行鎖存。 組合進程 COM 有兩個主要功能： 1）狀態(tài)譯碼器功能，即根據(jù)從 current_state 信號中獲得的狀態(tài)變量，以及來自 0809的狀態(tài)線信號 EOC，決定下一狀態(tài)的轉(zhuǎn)移方向，即確定次態(tài)的狀態(tài)變量； 2）采樣控制功能，即根據(jù) current_state中的狀態(tài)變量確定對 0809的控制信號線 ALE、START、 OE、等輸出相應(yīng)的控制信號，當采樣結(jié)束后還要通過 LOCK 向鎖存器進行LATCH1 發(fā)出鎖存信號，以便將由 0809 的 D[7..0]數(shù)據(jù)輸出口輸出的 8 位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)鎖存起來。 在一個完整的采樣周期中，狀態(tài)機中最先被啟動的是以 CLK 為敏感信號的時序進程，接著組合進程 COM 被啟動，因為它們以信號 current_state 為敏感信號。最后被啟動的是鎖存器進程，它是在狀態(tài)機進入狀態(tài) st4 后才被啟動的，即此時 LOCK 長生了一個上升沿信號，從而啟動進程 LATCH1，將 0809 在本采樣周期輸出的 8 位數(shù)據(jù)鎖存到寄存器中，以便外部電路能從 Q 端讀出穩(wěn)定正確的數(shù)據(jù)。最后將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入到RAM 中，最終通過外部顯示讀出供外部顯示。 （ 2） 生成 ADC0809 控制模塊 在 MAX +plusⅡ 環(huán)境下由 VHDL 語言（ ）生成的 ADC0809 模塊。如圖 所示： 圖 ADC0809 模塊 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 23 程序如下： LIBRARY IEEE。 USE 。 ENTITY adc IS PORT( D:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)。 CLK:IN STD_LOGIC。 EOC:IN STD_LOGIC。 ALE:OUT STD_LOGIC。 START:OUT STD_LOGIC。 OE:OUT STD_LOGIC。 ADDA:OUT STD_LOGIC。 LOCK0:OUT STD_LOGIC。 Q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0))。 END adc。 ARCHITECTURE behav OF adc IS TYPE states IS(st0,st1,st2,st3,st4)。 SIGNAL current_state,next_state:states:=st0。 SIGNAL REGL:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)。 SIGNAL LOCK:STD_LOGIC。 BEGIN ADDA=39。139。 Q=REGL。LOCK0=LOCK。 COM:PROCESS(current_state,EOC)BEGIN CASE current_state IS WHEN st0=ALE=39。039。START=39。039。LOCK=39。039。OE=39。039。 next_state=st1。 WHEN st1=ALE=39。039。START=39。039。LOCK=39。039。OE=39。039。 next_state=st2。 WHEN st2=ALE=39。039。START=39。039。LOCK=39。039。OE=39。039。 IF(EOC=39。039。)THEN next_state=st3。 ELSE next_state=st2。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 24 END IF。 WHEN st3=ALE=39。039。START=39。039。LOCK=39。039。OE=39。139。 next_state=st4。 WHEN st4=ALE=39。039。START=39。039。LOCK=39。139。OE=39。139。 next_state=st0。 WHEN OTHERS=next_state=st0。 END CASE。 END PROCESS COM。 REG:PROCESS(CLK) BEGIN IF(CLK39。EVENT AND CLK=39。139。)THEN current_state=next_state。 END IF。 END PROCESS REG。 LATCH1:PROCESS(LOCK) BEGIN IF LOCK=39。139。AND LOCK39。EVENT THEN REGL=D。 END IF。 END PROCESS LATCH1。 END behav。 3． LPM_ROM 設(shè)計 在設(shè)計之前，需對數(shù)據(jù)進行存儲，所以必須先進行 ROM 的設(shè)計。但首先要創(chuàng)建在ROM 設(shè)計過程中需調(diào)用的 MIF 文件，如圖 所示： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 25 圖 MIF 文件表 利用 Mega Wizard PlugIn Manager 定制溫度信號數(shù)據(jù) ROM 宏功能塊，并將以上的數(shù)據(jù)加載到 ROM 中。設(shè)計步驟如下： （ 1）打開 Mega Wizard PlugIn Manager 初始對話框。 在 Tools 菜單中選擇 Mega Wizard PlugIn Manager， 長生 如圖 所示 的界面 ，選擇 Create a new custom… 項，即定制一個新的模塊。 圖 Mega Wizard PlugIn Manager 初始對話框 單擊 Next 按鈕后， 長 生如圖 所示 的對話框 ，在左欄選擇 Storage 項下的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 26 LPM_ROM，在選擇相應(yīng)芯片和 VHDL 語言式；最后輸入 ROM 文件存放的 路徑和文件名 ，單擊 Next 按鈕。 圖 選擇 LPM_ROM 窗口 （ 2）選擇 ROM 控制線、地址線和數(shù)據(jù)線。 在 如圖 所示 的對話框中選擇地址線位寬和 ROM 中數(shù)據(jù)線分別為 8 和 12；選擇地址鎖存控制信號 inclock。 圖 選擇 ROM 控制線、地址線和數(shù)據(jù)線窗口 （ 3）單擊 Next 按鈕 出現(xiàn) 圖 的 界面。在“ File name”欄填入 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 27 圖 填寫 MIF 文件窗口 （ 4）單擊 Next 按鈕出現(xiàn)下面界面， 如圖 所示 表示創(chuàng)建完成。最后點擊 Finish按鈕完成定制。 圖 完成 LPM_ROM 定制窗口 定制后的符號如 圖 所示 ： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 28 圖 ROM 符號 4． 七段譯碼顯示模塊 在數(shù)字系統(tǒng)中，常常將譯碼輸出顯示為十進制數(shù)字或其他符號。因此，能直接驅(qū)動數(shù)字顯示器，或者能與顯示器配合起來使用。這種類型的譯碼器稱為顯示譯碼器。 七段顯示譯碼器是最為常見的顯示譯碼器，它可用于直接驅(qū)動七段數(shù)碼管。七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 如圖 所示 ： abcdefg 圖 七段數(shù)碼管 七段數(shù)碼管有共陰極和共陽極接地兩種接法。 共陰極接地要求譯碼器輸出高電平驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)亮，而共陽極接地要求譯碼器輸出為低電平驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)亮。其真值表 如表 所示： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 29 表 七段顯示譯碼器真值表 這樣就可以根據(jù)真值表，采用查表法，用以下 VHDL 程序來實現(xiàn)七段顯示譯碼器： LIBRARY IEEE。 USE 。 ENTITY led7s IS PORT( A:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 LED7S： OUT _STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0))。 END led7s。 ARCHITECTURE one OF led7sIS BEGIN PROCESS(A) BEGIN CASE A (3 DOWNTO 0) IS WHEN0000=LED7S=1000000。 WHEN0001=LED7S=1111001。 WHEN0010=LED7S=0100100。 WHEN0011=LED7S=0110000。 WHEN0100=LED7S=0011001。 WHEN0101=LED7S=0010010。 WHEN0110=LED7S=0000010。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 30 WHEN0111=LED7S=1111000。 WHEN1000=LED7S=0000000。 WHEN1001=LED7S=0010000。 WHEN OTHERS=NULL。 END CASE。 END PROCESS。 七段譯碼器的外部接口如圖 所示。 A 為四比特的 BCD 碼輸入， LED7S 為輸出，寬度為七位，即要送到 LED 管顯示用的七段碼，即 a、 b、 c、 d、 e、 f和 g。 圖 七段譯碼器外部接口 5． ROM 與七段譯碼顯示模塊 為了驗證譯碼能否反應(yīng) ROM 表中數(shù)值情況，特意采用 ROM 與七段譯碼聯(lián)合仿真。 （ 1）將 ROM 模塊與顯示模塊連接。相應(yīng)管腳必須吻合。連接結(jié)果 如圖 所示： 圖 ROM 與七段譯碼顯示模塊連接圖 （ 2） 將相應(yīng)管腳分別加載到 Waveform Editor 中，并設(shè)置時鐘信號和輸入數(shù)值。仿真結(jié)果 如圖 所示 ： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (畢業(yè)論文 ) 31 圖 ROM 與七段譯碼顯示仿真圖 仿真分析： 當輸入為“ 23”時，由于存在延時，所以開始各位均輸出“ 40”。延時過后則高位LED7S1 輸出為“ 40”，即“ 0010000”，經(jīng)查表顯示相應(yīng)數(shù)值為“ 0”； LED7S2 輸出為“ 40”，即“ 0010000”，經(jīng)查表顯示相應(yīng)數(shù)值為“ 0”； LED7S3 輸出為“ 24”，即“ 0100100”， 經(jīng)查表顯示相應(yīng)數(shù)值為“ 2”；低位 LED7S4 輸出“ 30”，即“ 0110000”，經(jīng)查表顯示相應(yīng)數(shù)值為“ 3”。 6．總體模塊原理圖 見附錄 C 基于 MAX6675的 熱電偶溫度巡檢儀設(shè)計 系統(tǒng)硬件設(shè)計 由于部分硬件設(shè)計在兩種方案中共同用到，故在此只介紹此方案特有硬件。 1．集成芯片 MAX6675 MAX6675 是美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的帶有冷端溫度補償、線性校正、熱電偶斷線檢測等功能的 K 型熱電偶測量轉(zhuǎn)換電路 ， 其輸出 12 位二進制數(shù)字量。測溫范圍 0～