【正文】 調(diào)溫度控制單元的工作情況，本設(shè)計中我們采用的是AD590溫度傳感器，通過溫度系統(tǒng)采集電路采集相關(guān)溫度數(shù)值，再由AD0809組成的A/D轉(zhuǎn)換電路進行轉(zhuǎn)換，最終的到數(shù)字信號，將其直接輸給單片機，然后由單片機機根據(jù)內(nèi)部程序判斷，執(zhí)行相關(guān)控制程序，驅(qū)動個單元電路的工作。2 系統(tǒng)方案論證與確定 目前大多數(shù)的的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)都采用了以單片機作為控制器的設(shè)計，但是隨著可編程邏輯器件的發(fā)展，家用電器的控制部分也越來越多地使用可編程邏輯器件來實現(xiàn)，所以下面提供了以單片機和可編程邏輯器件（FPGA）為核心控制器件的2個方案進行選擇。 (6) 2通用PLL鎖相環(huán)。 (4) 高達270Kbits 嵌入式存儲器。 (2) 具有6272個邏輯單元（LE）。 本設(shè)計中使用的FPGA具有的特點 (1) Altera新的Cyclone174。這樣，同一片F(xiàn)PGA、不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。FPGA的編程不需專用的FPGA編程器，只需用通用的EPROM、PROM編程器即可。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失。用戶可以根據(jù)不同的配置模式采用不同的編程方式。FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的?？梢哉f，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度和可靠性的最佳選擇之一。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個部分。系統(tǒng)設(shè)計師可以根據(jù)需要通過可編輯的連接把FPGA內(nèi)部的邏輯塊連接起來，就好像一個電路試驗板被放在了一個芯片里。這些可編輯元件可以被用來實現(xiàn)一些基本的邏輯門電路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更復(fù)雜一些的組合功能比如解碼器或數(shù)學(xué)方程式。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。另外，由于模塊的易用性，也將使得更多的采用FPGA產(chǎn)品應(yīng)用于溫控領(lǐng)域，為行業(yè)和我們的生活帶來新的變化。該課題的研究將有助于采用FPGA的系列產(chǎn)品的開發(fā)。最后實現(xiàn)使用FPGA比較設(shè)置溫度與測量所得溫度，并發(fā)出指令給空調(diào)電機執(zhí)行部分,使用LED燈模擬，根據(jù)按鍵設(shè)置溫度實現(xiàn)升溫或降溫，當(dāng)設(shè)定溫度與測量溫度相等時，不執(zhí)行調(diào)節(jié)溫度功能。并使用Modelsim進行軟件功能仿真，排除設(shè)計錯誤，提高軟件設(shè)計效率。本課題的設(shè)計采用了溫度傳感器DS18B20作為前端溫度采集，采用Altera公司高性價比FPGA：CycloneIV 系列EP4CE6E22C8做主控制器。s living standards , the rapid development of various industries in the course, which also includes the airconditioning industry , air conditioners are widely used in public places , special venues and ordinary families and other places. However, with the increasing number of airconditioning , the corresponding negative issues appeared, increasing energy consumption has bee one of the energy and electricity supply and demand in some areas of the main reasons , it is imperative to take effective measures to reduce the energy consumption of air conditioning . How to reduce air conditioning energy consumption for air conditioning automatic control , the use of air conditioning to improve the indoor temperature and prolong the life of air conditioning has bee a priority issue.This paper describes the design of air conditioning controller presents a method using field programmable gate array device FPGA controller for air conditioning , which is designed using Altera39。如何降低空調(diào)能耗，實現(xiàn)空調(diào)自動控制，利用空調(diào)改善室內(nèi)溫度，延長空調(diào)使用壽命已成為當(dāng)前首要課題。摘要 近幾年來，隨著中國科學(xué)技術(shù)的進步和人民生活水平的不斷提高，各種產(chǎn)業(yè)在迅速發(fā)展，當(dāng)然，空調(diào)業(yè)也包括其中，空調(diào)在公共場所，專用場地和普通家庭等場所都廣泛應(yīng)用。但是隨著空調(diào)數(shù)量的增加，相應(yīng)的負面問題也隨之出現(xiàn)，耗能的日益增加已成為我國部分地區(qū)能源及電力供需矛盾的主要原因之一，當(dāng)務(wù)之急必須采取有效措施降低空調(diào)的能耗。本文介紹了空調(diào)控制器的設(shè)計，提出了一種采用現(xiàn)場可編程門陣列器件FPGA實現(xiàn)空調(diào)控制器的方法，該設(shè)計采用采用Altera公司高性價比FPGA，CycloneIV 系列EP4CE6E22C8做主控制器，使用高精度的溫度傳感器DS18B20采集環(huán)境溫度，LCD1602用于顯示控制溫度情況，并用按鍵調(diào)節(jié)控制溫度和定時，LED燈模擬空調(diào)電機狀態(tài)，本設(shè)計給出了用Verilog HDL語言實現(xiàn)高效率空調(diào)控制器的設(shè)計，最后給出了其在FPGA硬件上實現(xiàn) 關(guān)鍵詞：空調(diào)控制器 FPGA CycloneIV Verilog HDL AbstractIn recent years , with the continuous improvement of scientific and technological progress and the Chinese people39。s high cost FPGA, CycloneIV series EP4CE6E22C8 master controller, using highprecision temperature collecting the ambient temperature sensor DS18B20 , LCD1602 display control for temperature conditions , with the temperature and timing adjustment control buttons , LED lights simulate airconditioned motor state , this design gives the Verilog HDL language used to achieve high efficiency air conditioning controller design , Finally its implementation in FPGA hardware關(guān)鍵詞：空調(diào)控制器 FPGA CycloneIV Verilog HDL 溫度傳感器 LCD1602Keywords: air conditioning controller， FPGA， CycloneIV， Verilog HDL目錄摘要 IAbstract II目錄 III前言 11 FPGA的概述 2 FPGA的特點 2 本設(shè)計中使用的FPGA具有的特點 32 系統(tǒng)方案論證與確定 4 4方案1： 4方案2： 5 63 硬件電路設(shè)計 7 7 8 9 9 9 DS18B20的測溫原理 10 12 13： 14 DS18B20的狀態(tài)機框圖： 15 LCD1602的狀態(tài)機框圖： 175 Modelsim仿真及仿真 19 Modelsim介紹 19 書寫testbench激勵信號 20 時鐘模塊仿真 20 時鐘模塊的激勵信號testbench 20 時鐘仿真波形及分析 22 溫度數(shù)據(jù)處理及空調(diào)電機仿真 23 LED模塊激勵信號testbench 23 LED模塊仿真結(jié)果及分析 256 實際運行結(jié)果及總結(jié) 26 配置管腳 26 燒錄程序 27 27致謝 29參考文獻 30附件 程序代碼 31頂層模塊VerilogHDL代碼： 31DS18B20模塊VerilogHDL代碼: 33LCD1602模塊VerilogHDL代碼： 48clock模塊VerilogHDL代碼： 55按鍵模塊VerilogHDL代碼： 57LED模塊VerilogHDL代碼： 59前言 本論文主要任務(wù)是設(shè)計基于FPGA的空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計?？刂破鞑糠衷赒uartus II 平臺使用VerilogHDL語言編寫，主體程序采用了狀態(tài)機作為主要控制方式。硬件主要有五大模塊：溫度設(shè)置模塊、定時模塊、LCD顯示模塊、分頻模塊、FPGA控制器模塊。另外要能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的變化和溫度傳感器測量得到的溫度同步變化LCD上顯示。同時可以大大縮短FPGA的開發(fā)時間。1 FPGA的概述 FPGA的特點FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。目前以硬件描述語言（Verilog　HDL或VHDL）所完成的電路設(shè)計，可以經(jīng)過簡單的綜合與布局，快速的燒錄至FPGA上進行測試，是現(xiàn)代 IC 設(shè)計驗證的技術(shù)主流。在大多數(shù)的FPGA里面，這些可編輯的元件里也包含記憶元件例如觸發(fā)器（Flip－flop）或者其他更加完整的記憶塊。一個出廠后的成品FPGA的邏輯塊和連接可以按照設(shè)計者而改變，所以FPGA可以完成所需要的邏輯功能。FPGA的基本特點主要有： （1） 采用FPGA設(shè)計ASIC電路，用戶不需要投片生產(chǎn)就能得到合用的芯片； （2） FPGA可做其他全定制或半定制ASIC電路的試樣片； （3） FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I／O引腳； （4） FPGA是ASIC電路中設(shè)計周期最短、開發(fā)費用最低、風(fēng)險最小的器件之一； （5） FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。目前FPGA的品種很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。因此，工作時需要對片內(nèi)的RAM進行編程。加電時，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中的數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進入工作狀態(tài)。因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用。當(dāng)需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。IV FPGA器件系列擴展了Cyclone系列EP4CE6E22C8，成本最低，功耗最低的FPGA。 (3) 50MHz時鐘輸入。 (5) 15個嵌入式18x18乘法器。 (7) 8個用戶I/O塊，提供91個I/0口。方案1： 該方案采用的是AT89C51單片機為核心控制器件，用它來處理各個單元電路的工作以及檢測其運行情況。:按鍵輸入 數(shù)碼管顯示ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器AT89C51 控制器 空調(diào)電機AD950溫度傳感器方案2： 該方案以FPGA為核心控制器件，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20進行溫度采集，將采集到的溫度數(shù)字直接以數(shù)字信號傳輸給FPGA控制器，控制器通過比較采集的溫度和用戶設(shè)定的溫度來做出發(fā)送降溫還是加熱的控制信號給空調(diào)機。：按鍵輸入LCD1602FPGA控制器DS18B20空調(diào)電機圖 方案二 通過比較兩個方案，方案1采用單片機為核心控制器件，該方案的優(yōu)點是容易控制，系統(tǒng)原理比較簡單，電路可靠，容易實現(xiàn)控制目的。 方案2采用的是以FPGA為核心控制器件，同時溫度傳感器采用的是高精度的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，通過該傳感器采集的溫度信息不需要經(jīng)過信號放大和A/D轉(zhuǎn)換直接以數(shù)字信號的形式傳遞給控制芯片，使得電路的連接大大的簡化了，減小了電路復(fù)雜所帶來的誤差等問題。 所以同過上面的對兩個方案的比較論證，本次設(shè)計采用方案2來實現(xiàn)。本設(shè)計采用Altera公司高性價比FPGA，CycloneIV 系列EP4CE6E22C8做主控制器，溫度傳感器采用高精度數(shù)字溫度傳感器DS18B20。采集溫度和設(shè)定溫度都送給FPGA控制器，控制器通過對兩個溫度值的比較做出判斷，當(dāng)測量溫度大于設(shè)定溫度時就想空調(diào)的電機發(fā)出制冷的控制信號；當(dāng)測量溫度小于設(shè)定溫度時，則發(fā)出一加熱的控制信號 ；當(dāng)兩者相等時則不制冷也不加熱。同時，F(xiàn)PGA還可以對設(shè)定溫度進行定時，并將定時的時間、測量溫度和設(shè)定溫度的值通過LCD1602顯示出來。 AMS1117是一個正向低壓降穩(wěn)壓器。AMS1117內(nèi)部集成過熱保護和限流電路。 圖 時鐘電路 通過一個10K的上拉電阻使I/O保持確定