【正文】 ND PROCESS clock_fenpin_16。 END IF。 ELSE clk_1x_counter=0。139。BEGIN 16fenpin clock_fenpin_16: PROCESS(clk)clock process BEGIN IF clk39。 SIGNAL txd_over:STD_LOGIC。 SIGNAL clk_1x:STD_LOGIC。 kaishi chuanshu SIGNAL counter,clk_1x_counter,clk_2x_counter:INTEGER RANGE 0 TO 15。 signal clk_co:std_logic。ARCHITECTURE rtl OF fashe_module IS TYPE state IS (start, trans_state, trans_done)。serial output txmit_over:OUT STD_LOGIC )。start fasong cs,txen,pwm:out std_logic。 clock and reset txd_data: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)。use 。程序如下：LIBRARY IEEE。由于數(shù)據(jù)輸入是并行輸入，輸出是串行輸出，所以需要編寫一個(gè)并行轉(zhuǎn)串行的程序。CS、txen和pwm三個(gè)引腳控制其工作狀態(tài)。程序流程圖如圖42所示。表41 數(shù)據(jù)幀設(shè)置起始字節(jié)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度字節(jié)數(shù)據(jù)字節(jié)校驗(yàn)和字節(jié)接收字節(jié)1字節(jié) 1字節(jié)N字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)采用校驗(yàn)和的方法進(jìn)行幀的校驗(yàn)，將所有字節(jié)相加，然后將結(jié)果截短到所需的位長(zhǎng)。協(xié)議的設(shè)計(jì)主要是幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在該無線通信系統(tǒng)中，存在指令幀和數(shù)據(jù)幀。當(dāng)發(fā)射端發(fā)送時(shí)，接收端應(yīng)為接收。然后等待至少后5ms(接收到發(fā)射的切換時(shí)間)才可發(fā)射數(shù)據(jù)。 PTR2000模塊程序設(shè)計(jì)發(fā)射端和接收端軟件配合設(shè)置PTR2000的狀態(tài)(發(fā)射或接收)，選擇固定的通信頻道1(CS=0)， 并讓PTR2000模塊一直處于正常工作狀態(tài)(PWM=1)。 圖39 報(bào)警電路 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件部分的總體設(shè)計(jì)流程圖如下： 開始 系統(tǒng)初始化 調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序 數(shù)據(jù)處理 超過閾值PTR2000模塊發(fā)送數(shù)據(jù)接收PTR2000數(shù)據(jù) 顯示濃度 數(shù)據(jù)處理NY 報(bào)警 結(jié)束 圖41 軟件設(shè)計(jì)流程圖 工作原理:當(dāng)傳感器完成預(yù)熱后，調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，當(dāng)數(shù)據(jù)處理完畢后，就進(jìn)行串口通信，將數(shù)據(jù)通過串口送出，最后送至PTR2000無線傳輸模塊進(jìn)行發(fā)射，然后再次進(jìn)行串口通信，接收來自無線接收模塊PTR2000的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)送入FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)處理后，將瓦斯?jié)舛蕊@示在數(shù)碼管上，比較瓦斯?jié)舛?，確定是否大于設(shè)定的濃度閾值，若大于，則進(jìn)行報(bào)警，否則返回執(zhí)行。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期地振動(dòng)發(fā)聲，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^閾值時(shí)，F(xiàn)PGA輸出低電平使PNP型三極管導(dǎo)通，蜂鳴器兩端腳產(chǎn)生壓差，從而發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。 圖38 LED顯示電路 報(bào)警電路設(shè)計(jì)采用電磁式蜂鳴器作為聲音報(bào)警的發(fā)聲器件，其工作原理為：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。把8個(gè)發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成共陰極端，接進(jìn)電路時(shí)，共陰極端接地，給要發(fā)光顯示的二極管的陽極端接高電平可使該二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮。數(shù)碼管是由若干發(fā)光二極管組合而成的，有共陰極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)形。具體的連接圖如圖36和圖37所示。PTR2000的CS引腳和GND連接，即使固定通訊頻道為頻道1。 表31 PTR2000工作模式設(shè)置 引腳引入電平 模塊工作狀態(tài)TXENCS PWR工作頻道工作狀態(tài)0011接收0112 接收1011 發(fā)射1112 發(fā)射XX0發(fā)射由上圖得：由于模塊不同的工作模式，可以設(shè)置不同的引腳輸入電平得到不同的工作模式，可以由此設(shè)置讓PTR2000無線傳輸模塊工作于接收或放射狀態(tài)。 其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖35所示。由于危險(xiǎn)情況下（%），所以經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換得此時(shí)ADC0809的輸出為10111001。而IN0端輸入的電壓值隨著環(huán)境中甲烷濃度的變化而變化，ADC0809對(duì)輸入的電壓進(jìn)行采樣、保持、量化、編碼最后輸出為8位二進(jìn)制數(shù)，然后送入FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路圖34 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在甲烷氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中甲烷氣體濃度的增加而增大，輸出的電壓值送入IN0輸入端，由于MQ4的模擬輸出量在05V，所以不用對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理。否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；⑥當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將OE設(shè)置為1，這時(shí)D0－D7的數(shù)據(jù)便可以讀取了。下降沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，START保持低電平；⑤EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。如000(B)則代表通道0；001(B)代表通道1；111則代表通道7；③將ALE由低電平置為高電平，從而將ADDA－ADDC送進(jìn)的通道代碼鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量送給內(nèi)部轉(zhuǎn)換單元；④給START一個(gè)正脈沖。一般REF(=)＝5v　REF()＝0V。EOC＝1，轉(zhuǎn)換結(jié)束，可以進(jìn)行下一步輸出操作REF(+)、REF()：參考電壓。一般為500KHz；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)量就是從這輸出的；OE：輸出允許信號(hào)，是對(duì)D0－D7的輸出控制端，OE＝0，輸出端呈高阻態(tài)，OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；CLOCK：時(shí)種信號(hào)。當(dāng)它為上升沿后，將內(nèi)部寄存器清0。也就是通過這三根地址線的不同編碼來選擇對(duì)哪個(gè)模擬量進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)換；ALE：地址鎖存允許信號(hào)。 圖32 ADC0809管腳圖管腳功能說明：IN0－IN7：模擬量輸入通道。在這里選用的是ADC0809，下面就介紹ADC0809。高于此電壓需撤離。本模塊輸出為模擬量05V電壓，濃度越高電壓越高。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC和VH 可以共用同一個(gè)電源電路。VC則是用于測(cè)定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（RL）上的電壓（VRL）。該傳感器需要施加2個(gè)電壓：加熱器電壓（VH）和測(cè)試電壓（VC）。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 甲烷傳感器模塊 電路設(shè)計(jì)如圖31所示。與傳統(tǒng)的電路原理圖相比，使用VHDL源程序有以下好處：其一是資料量小，便于保存；其二是繼承性好，當(dāng)設(shè)計(jì)其他硬件電路時(shí)，可以使用文件中的某些庫、過程和進(jìn)程等描述某些局部硬件電路的程序；其三是閱讀方便，閱讀者很容易能從程序中看出某一電路的工作原理和邏輯關(guān)系。這一工作是相當(dāng)困難和繁雜的，特別是當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜的時(shí)候更是如此。其它HDL語言只能進(jìn)行IC級(jí)、PCB級(jí)描述，而不能對(duì)系統(tǒng)級(jí)的硬件進(jìn)行很好的描述。VHDL語言可以支持自上至下(TopDown)和基于庫(LibraryBased)的設(shè)計(jì)方法，而且還支持同步電路、異步電路、FPGA以及其它隨即電路的設(shè)計(jì)，VHDL語言具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力，可以從系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型到門級(jí)電路。允許他們的設(shè)計(jì)隨著系統(tǒng)升級(jí)或者動(dòng)態(tài)重新配置而改變。CPLD和FPGA另外一個(gè)區(qū)別是，大多數(shù)的FPGA含有高層次的內(nèi)置模塊（比如加法器和乘法器）和內(nèi)置的記憶體。這樣的結(jié)果是缺乏編輯靈活性，但是卻有可以預(yù)計(jì)的延遲時(shí)間和邏輯單元對(duì)連接單元高比率的優(yōu)點(diǎn)。CPLD是一個(gè)有點(diǎn)限制性的結(jié)構(gòu)。CPLD邏輯門的密度在幾千到幾萬個(gè)邏輯單元之間，而FPGA通常是在幾萬到幾百萬。早在1980年代中期，F(xiàn)PGA已經(jīng)在PLD設(shè)備中扎根。 FPGA芯片、VHDL語言簡(jiǎn)介 FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。當(dāng)PWR=1時(shí)，模塊處于正常工作狀態(tài)，PWR=0時(shí)，模塊處于待機(jī)微功耗狀態(tài)；TXEN（7腳）：發(fā)射/接收控制端。 圖26　PTR2000模板的引腳圖各引腳的功能說明如下：VCC（1腳）；輸入端，~；CS（2腳）：頻道選擇端。它的優(yōu)異特性使其非常適合于應(yīng)用在便攜式及手持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，符合本設(shè)計(jì)的要求，其具體性能指標(biāo)如下：(1) 該器件將接收和發(fā)射合接為一體；(2) 工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段433MHz ；(3) 采用FSK調(diào)制/解調(diào)，可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入/輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合；(4) 采用DDS(直接數(shù)據(jù)合成)＋PPL頻率合成技術(shù)，因而頻率穩(wěn)定性好；(5) 靈敏度高達(dá)105dBm；(6) 工作電壓低(),功耗小，接受待機(jī)狀態(tài)電流僅為8uA；(7) 具有兩個(gè)頻道，可滿足需要多信道工作的場(chǎng)合；(8) 工作頻率最高達(dá)20kbit/s(也可在較低頻率下工作，如9600bit/s),超小體積，約40275mm3；(9) 可直接與CPU串口進(jìn)行連接；(10) 標(biāo)準(zhǔn)的DIR管腳間距更適合于嵌入式設(shè)備；(11) 由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏的設(shè)計(jì)，因此使用無需申請(qǐng)?jiān)S可證，開闊地時(shí)使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000m[1214]。PTR2000的出現(xiàn)，使用戶擺脫了傳統(tǒng)無線產(chǎn)品設(shè)計(jì)的困擾。該模板在內(nèi)部集成了高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制/解調(diào)、參量放大、功率放大、頻道切換等功能，因而是目前集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。由上可知MQ4的測(cè)量時(shí)應(yīng)考慮溫濕度的影響。Rs表示在含1000ppm甲烷、不同溫/濕度下傳感器的電阻值。校準(zhǔn)后的傳感器就可以用來監(jiān)測(cè)實(shí)際中各個(gè)不同的瓦斯?jié)舛攘薣6]。我們調(diào)節(jié)RL使顯示的瓦斯?jié)舛戎当M可能與實(shí)際相符合。在調(diào)節(jié)確定MQ4的可調(diào)負(fù)載電阻值時(shí)，以空氣中甲烷濃度值為5000ppm時(shí)作為校準(zhǔn)，此時(shí)觀察顯示部分電路，又因?yàn)橐箫@示的瓦斯?jié)舛染纫髢?yōu)于5%，即準(zhǔn)確顯示的范圍為5000ppm（15%）也就是4750ppm～5250ppm的范圍內(nèi)，若不在該范圍內(nèi)則說明甲烷傳感器的靈敏度不夠高，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這里我們用5000ppm甲烷校準(zhǔn)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。 MQ4型氣敏元件對(duì)不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。 %，=*20= kΩ。Rs是指元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值。5% Vh:177。2℃ Vc:177。Ac or DcRL負(fù)載電阻可調(diào)RH加熱電阻31Ω177。 結(jié)構(gòu) 外形圖23 MQ4的結(jié)構(gòu)和外形其中：MQ4的標(biāo)準(zhǔn)工作條件見表2MQ4的環(huán)境條件見表2MQ4的靈敏度