【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 16 圖 顯示電路 4. 測(cè)量放大電路 此 方案 采用高共模抑制比差動(dòng)放大電路對(duì)熱電 偶輸出毫伏信號(hào)進(jìn)行放大 。 （ 2） 當(dāng) INH=1 時(shí)，無(wú)論 A， B 為任何狀態(tài)，接通通道均不接通。其真值表見(jiàn)表 。 2． 多路選擇開(kāi)關(guān)（ CD4052） 雙四路模擬開(kāi)關(guān) CD4052 的引腳功能如 圖 所示 。 K 型熱電偶具有復(fù)現(xiàn)性好，產(chǎn)生的熱電 勢(shì)大，而且線性好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)；雖然測(cè)量精度偏低，但完全能滿足一般工業(yè)測(cè)量要求。 鎳鉻鎳硅熱電偶 （ K 型）是一種使用十分廣泛的賤金屬熱點(diǎn)偶，熱電絲直徑一般為~。 在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不便，即不受第三種金屬接入回路中的影響。 （ 3） 數(shù)字化輸出：與 FPGA 系統(tǒng)接口必然要采用數(shù)字化輸出及數(shù)字化接口，而作為模擬小信號(hào)測(cè)溫元件的熱電偶顯然 無(wú) 法直接滿足這個(gè)要求。 為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地 工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： （ 1） 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 14 （ 2） 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路； （ 3） 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； （ 4） 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離 ； 將熱電偶應(yīng)用在基于 FPGA 系統(tǒng)領(lǐng)域時(shí)，卻存在著以下幾方面的問(wèn)題 ： （ 1） 非線性：熱電偶輸出熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系為非線性關(guān)系，因此在應(yīng)用時(shí)必須進(jìn)行線性化處理。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。 常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類(lèi)。 此設(shè)計(jì) 是對(duì) 四路溫度 進(jìn)行巡回檢測(cè) ， 經(jīng)四路選擇器 CD4052 將采集信號(hào)送入 集成芯片 MAX6675 進(jìn)行信號(hào)放大、冷端補(bǔ)償、線性化等處理 ，最終顯示。 方案二： 如圖 所示 ，此總體方案主要基于 MAX6675 芯片設(shè)計(jì)而成。 此設(shè)計(jì) 是對(duì) 四路溫度 巡檢 ，將采集信號(hào)送入 多路選擇器件 CD4052（可進(jìn)行信號(hào)切換）， 經(jīng)冷端補(bǔ)償后的信號(hào)與測(cè)量端信號(hào) 經(jīng)過(guò)放大電路將模擬信號(hào)放大，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送入芯片 ，最終顯示 。 方案一： 如圖 所示 ，此總體方案基于 LPM_ROM 設(shè)計(jì)而成。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 11 基于虛擬儀器的溫度巡檢儀 如圖 所示，此系統(tǒng)是基于 AT89S51 為主機(jī)，它相當(dāng)于一般用于數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集卡，兩個(gè)數(shù)字式單總線傳感器 DS18B20 從器件，替換 了傳統(tǒng)的溫度傳感器，構(gòu)建一個(gè)四 路溫度的巡回測(cè)量功能，溫度值通過(guò) 四 個(gè)四位數(shù)碼管顯示，并通過(guò) RS232接口將溫度數(shù)據(jù)送上位機(jī)處理，利用上位機(jī)軟件 LabVIEW 完成了數(shù)據(jù)采集、顯示、分析及處理，從而構(gòu)建了一個(gè)四 路溫度測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用單片機(jī)替代了價(jià)格昂貴的數(shù)據(jù)采集板卡實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的采集與測(cè)量。用同樣的方法讀取序列號(hào)的 56 位。在系統(tǒng)安裝及工作之前必須將主機(jī)逐個(gè)與 DS18B20 掛接 ， 從激光 ROM 中讀出其序列號(hào) ， 然后分別賦予在系統(tǒng)中的編號(hào) 1~N。為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流 ， 在電源線與信號(hào)線之間加上一個(gè) 的上拉電阻。 DS18B20 的供電方式為外部電源。 1 2 M 晶 振A T 8 9 C 2 0 5 1D S 1 8 B 2 0復(fù) 位 電 路數(shù) 碼 管 顯 示D S 1 8 B 2 0報(bào) 警 電 路V c c4 . 7 k1 N 圖 多點(diǎn)溫度巡檢系統(tǒng) 測(cè)溫部分的電路 比較 簡(jiǎn)單 ， 溫度信號(hào)由數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集 ， 在其內(nèi)部直接完成 A/D 轉(zhuǎn)換 ， 通過(guò)單總線輸出數(shù)字信號(hào)送入 AT89C2051 進(jìn)行處理。信號(hào)的切換是為本系統(tǒng)多路要求而設(shè)置的 ， 程控偏置的原因是考慮溫度測(cè)量的范圍較寬 ， 如果不加該級(jí)電路會(huì)造成整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)分辨力不高而降低測(cè)量精度 。 第三章 溫度巡檢儀總體方案設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的溫度巡檢儀 方案一： 根據(jù)目前智能儀表的一般特點(diǎn) ， 系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。強(qiáng)大的行為描述能力是避開(kāi)具體的器件結(jié)構(gòu) ， 從邏輯行為上描述和設(shè)計(jì)大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。 VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口?，F(xiàn)在 ， VHDL 和 Verilog 作為 IEEE的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言 ， 又得到眾多 EDA 公司的支持 ， 在電子工程領(lǐng)域 ， 它已成為事實(shí)上的通用硬件描述語(yǔ)言。此后 ， VHDL在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域受到了廣泛的接受 ， 并逐步取代了原有的非標(biāo)準(zhǔn) HDL。 1987 年底 ， VHDL 被 IEEE(The Institute of Electricaland Electronics Engineers)和美國(guó)國(guó)防部確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言。 硬件測(cè)試 最后是將含有載入了設(shè)計(jì)的 FPGA 或 CPLD 的硬件系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一測(cè)試，以便最終驗(yàn)證設(shè)計(jì)項(xiàng)目在目標(biāo)系統(tǒng)上的設(shè)計(jì)工作情況，以排除錯(cuò)誤，改進(jìn)設(shè)計(jì)。通常的分類(lèi)方法是： （ 1） 將以乘積項(xiàng)結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成邏輯行為的器件稱(chēng)為 CPLD， 如 Lattice 的 ispLSI系列 、 Xilinx 的 XC9500 系列、 Altera 的 MAX7000S 系列和 Lattice(原 Vantis)的 Mach系列等。 編程下載 把適配后生成的文件或配置文件，通過(guò)編程器或編程電纜向 FPGA 或 CPLD 下載，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 8 以便進(jìn)行硬件調(diào)試和驗(yàn)證。 時(shí)序仿真就是接近真實(shí)器件運(yùn)行特性的仿真，仿真文件中已包含器件硬件特性參數(shù)，因而，仿真精度高。仿真就是讓計(jì)算機(jī)根據(jù)一定的算法和一定的仿真庫(kù)對(duì) EDA 設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)，排除錯(cuò)誤。適配完成后可以利用適配所產(chǎn) 生的仿真文件作精確的時(shí)序仿真，同時(shí)長(zhǎng)生可用于編程的文件。適配所選定的目標(biāo)器件必須屬于原綜合器指定的目標(biāo)器件系列。 整個(gè)綜合過(guò)程就是將設(shè)計(jì)者在 EDA 平臺(tái)上編輯輸入的 HDL文本、原理圖或狀態(tài)圖形描述，依據(jù)給定的硬件結(jié)構(gòu)組件和結(jié)束控制條件進(jìn)行編譯、優(yōu)化、轉(zhuǎn)換和綜合，最終獲得門(mén)級(jí)電路甚至更底層的電路描述網(wǎng)表文件。利用 HDL綜合器對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合是十分重要的一部，因?yàn)榫C合過(guò)程將把軟件設(shè)計(jì)的 HDL 描述與硬件結(jié)構(gòu)掛鉤，是將然間轉(zhuǎn)化為硬件電路的關(guān)鍵步驟，是文字描述與硬件實(shí)現(xiàn)的一座橋梁。 可以說(shuō)，應(yīng)用 HDL 的文本輸入方法克服了上述原理圖輸入法存在的所有弊端，為內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 7 EDA 技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展打開(kāi)了一個(gè)廣闊的天地。 2． HDL 文本輸入 這種方式與傳統(tǒng)的計(jì) 算機(jī)然間語(yǔ)言編譯輸入基本一致。 狀態(tài)圖輸入法就是根據(jù)電路的控制條件和不同的轉(zhuǎn)換方式，用繪圖的方法，在 EDA工具的狀態(tài)圖編輯器上繪出狀態(tài)圖，然后由 EDA 編輯器和綜合器將此狀態(tài)變化流程圖編譯綜合成電路網(wǎng)表。原理圖由邏輯器件（符號(hào)）和連接線構(gòu)成，圖中的邏輯器件可以是 EDA 軟件庫(kù)中預(yù)制的功能模塊，如與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)、觸發(fā)器以及各種 74 系列 器件功能的宏功能塊，甚至還有一些類(lèi)似于 IP 的功能塊。 1． 圖形輸入 圖形輸入通常包括原理圖輸入、狀態(tài)圖輸入和波形圖輸入三種常用方式。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 6 原 理 圖 / H D L 文 本 編 輯綜 合F P G A / C P L D適 配時(shí) 序 仿 真F P G A / C P L D編 程 下 載F P G A / C P L D器 件 和 電 路 系統(tǒng) 圖 應(yīng)用 于 FPGA/CPLD 的 EDA開(kāi)發(fā)流程 設(shè)計(jì)輸入 將電路系統(tǒng)以一定表達(dá)方式輸入計(jì)算機(jī)，是在 EDA 軟件平臺(tái)上對(duì) FPGA/CPLD 開(kāi)發(fā)的最初步驟。 EDA 設(shè)計(jì)流程 圖 是基于 EDA 軟件的 FPGA/CPLD 開(kāi)發(fā)流程框圖，以下將分別介紹各 設(shè)計(jì)模塊的功能特點(diǎn)。 （ 2）由于 FPGA 中的編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是一個(gè)靜態(tài)隨即存儲(chǔ)器，斷電時(shí)數(shù)據(jù)將隨之丟失，因此，每次開(kāi)始工作時(shí)都要重新安裝編程數(shù)據(jù)，并需要配備保存變成數(shù)據(jù)的EPROM。折線互聯(lián)資源包括不同類(lèi)型的金屬線、可編程的開(kāi)關(guān)矩陣和可編程的連接點(diǎn)，從而使 CLB 更易設(shè)計(jì)成各種應(yīng)用型電路。 （ 2）每個(gè) CLB 中都包含組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路（觸發(fā)器）兩部分，可以設(shè)置成規(guī)模不大的組合邏輯電路或時(shí)序邏輯電路。它們的工作狀態(tài)全都由編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)設(shè)定。它由三種可編程單元和一個(gè)用于存放編程數(shù)據(jù)的靜態(tài)存儲(chǔ)器組成。 （ 3）按編程特性分 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 5 按編程特性分類(lèi) FPGA 可分為一次編程型和可重復(fù)編程型兩類(lèi)。 （ 1）按邏輯功能塊的大小分 FPGA 的基本邏輯機(jī)構(gòu)單元是可編程邏輯塊，按照邏輯功能塊的大小 不同，可將FPGA 分為細(xì)粒度機(jī)構(gòu)和粗粒度機(jī)構(gòu)兩類(lèi)。 FPGA 兼容了 MPGA 和陣列型 PLD 兩者的優(yōu)點(diǎn)，因而具有更高的集成度、更強(qiáng)的邏輯實(shí)現(xiàn)能力和更好的設(shè)計(jì)靈活性。而利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行的單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，主要是軟件開(kāi)發(fā)，在這個(gè)過(guò)程中只需程序編譯器就可以 了，綜合器和適配器是沒(méi)有必要的，其仿真過(guò)程是局部的且比較簡(jiǎn)單。這一切都極大地提高了大規(guī)模系統(tǒng)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度。 EDA 技術(shù)中最為矚目的和最具現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)特征的功能就是日益強(qiáng)大的仿真測(cè)試技術(shù)。 現(xiàn)在 EDA 這個(gè)詞用得很廣，有將 PROTEL、 PSPICE、 EWB、 POWERPCB 等都稱(chēng)為 EDA 軟件，這或許是不恰當(dāng)?shù)?。這就給 EDA 技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn) ， 從而又大大地促進(jìn)了 EDA 技術(shù)的發(fā)展 ， 產(chǎn)生了許多規(guī)模較大 的 EDA 工內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 4 具軟件系統(tǒng) ， 如 Cadence、 Synopsys 以及我國(guó)的熊貓系統(tǒng)等。 第四階段從九十年代至今。運(yùn)用 EDA技術(shù)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出了許多可編程半導(dǎo)體芯片。著名的電路仿真軟件 SPICE (Simulation Program for Integrated Circuit Emphasis)就是這個(gè)時(shí)代的代表作。 第二階段從 70 年代開(kāi)始 ， 隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需要 ， 除了將 CAD 用于電路繪圖外 ，又增加了電路功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ， 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起。 EDA 技術(shù)是以計(jì)算機(jī)科學(xué)和微電子技術(shù)發(fā)展為先導(dǎo) ， 匯集了計(jì)算機(jī)應(yīng)用科學(xué)、微電子結(jié)構(gòu)、工藝學(xué)和電子系統(tǒng)科學(xué)的最新成果的先進(jìn) CAD(Computer Aided Design)技術(shù) ，它是在先進(jìn)的計(jì)算機(jī)工作平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出的一系列電子設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 3 第二章 EDA 技術(shù)介紹 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 （ EDA） 技術(shù)概述 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 （ EDA） 技術(shù) EDA 是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (Electronic Design Automation)的英文縮寫(xiě) ， 是 20 世紀(jì) 90年代初從 CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) )、 CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造 )、 CAT(計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試 )和CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程 )的概念發(fā)展而來(lái)的。其測(cè)溫原理是：多個(gè)傳感器的輸出電參數(shù)隨溫度的變化而變化，輸出并變換成統(tǒng)一規(guī)格的電信號(hào)，由多路自動(dòng)開(kāi)關(guān)逐路選通，以采樣、量化、編碼和必要的輔助運(yùn)算方法將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 研究意義 溫度巡檢儀的出現(xiàn)和發(fā)展順應(yīng)了時(shí)代和工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。 系統(tǒng)對(duì)大量有關(guān)聯(lián)數(shù) 據(jù)的存儲(chǔ) ， 目的是為讓用戶方便地訪問(wèn)和使用數(shù)據(jù)資源 ，將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)完整、系統(tǒng)地管理起來(lái) 。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 出現(xiàn)了能夠?qū)Χ帱c(diǎn)溫度進(jìn)行巡回定點(diǎn)檢測(cè)并顯示的溫度巡檢儀。 溫度巡檢儀發(fā)展概況 在溫度巡檢儀沒(méi)有普及運(yùn)用之前，溫度計(jì)測(cè)溫被運(yùn)用在大多數(shù)溫度測(cè)量場(chǎng)合。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類(lèi)加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。 FPGA。s daily life. The device not only has high accuracy and the advantages of low power consumption, but also shows in time that the operation is easy to use. I use two types of programs to achieve. The first program: first of all, thermocouple is selected by multichannel selector, then the signal is passed by cold junction pensation and amplification processing, then it passed in A / D conversion, After it be