【正文】 this article introduced one kind design of digital thermometer39。MAX+PLUSⅡ。關鍵字：VHDL。設計采用VHDL的結構描述風格，依據功能將系統(tǒng)分為三個模塊，控制模塊、數(shù)據處理模塊和掃描顯示模塊，通過波形仿真、下載芯片的測試，完成了溫度表的功能。廣西大學行健文理學院《FPGA應用技術教程》課程設計 廣西大學行健文理學院FPGA課程設計 題目：數(shù)字溫度表的設計 學 部： 電氣信息學部 專 業(yè)： 電子科學與技術 班 級： 2012級1班 學 號： 1238340106 學生姓名： 黃東悟 指導教師： 周柳娜 二〇一五 年 一 月摘要：本文主要研究利用FPGA器件和MAXPLUSⅡ工具軟件設計數(shù)字溫度表的問題，本文介紹了一種基于FPGA的數(shù)字溫度表的設計，給出了儀表的硬件結構，詳細介紹了用VHDL語言設計FPGA器件電路的方法。本課題在MAX+PLUSⅡ開發(fā)環(huán)境下，采用VHDL語言設計并實現(xiàn)了數(shù)字溫度表。由AD590與FPGA組成的測溫系統(tǒng)的硬件電路和軟件設計及提高測量精度的方法,通過對實際溫度的測量,本設計具有結構簡單、外圍電路少、抗干擾能力強、功耗小、可靠性高、速度快、反應時間短等優(yōu)點。FPGA。數(shù)字溫度表Design and Emulation of the Digital ThermometerAbstract:This article main research the question using the FPGA ponents and the software tool MAXPLUSⅡ.design digit thermometer39。s based on the FPGA, has given the hardware architecture of measuring appliance’s, introduced the method using the language VHDL design circuit of FPGA ponent in detail. Under the development environment of MAX+PLUSⅡ this topic used the VHDL language design, and has realized the digital thermometer. The design take the structure description style of VHDL, based on the function the system consists of three modules, the control module, the data processing module and the scanning display module, via the profile simulation, the downloading chip39。s function. The temperature measurement system39。 FPGA。 Digital thermometer 目 錄第1章 總體方案設計 1 方案原理的構思及比較 1 A/D轉換器的合理選用 1 A/D轉換器的主要技術指標 1 A/D轉換器的選用原則 2 本系統(tǒng)中A/D轉換器的選擇 2 ADC0804轉換原理 3 A/D溫度傳感器的合理選用 5 傳感器選用原則 5 本系統(tǒng)中溫度傳感器的選擇 7 多個LED的動態(tài)掃描顯示 7 數(shù)字溫度表測量原理 8 系統(tǒng)的硬件結構 8第2章 FPGA功能模塊 10 FPGA簡介 10 FPGA結構與原理 11 11 13第3章 系統(tǒng)仿真 16 MAX+plusⅡ簡介與設計流程 16 18 20結束語 21參考文獻 22致謝 23附 錄 24數(shù)字溫度表設計第1章 總體方案設計 方案原理的構思及比較任何物質的溫度變化都會引起它本身的物理特征與幾何形狀的改變。數(shù)字溫度表要求能實時檢測外界環(huán)境溫度，本系統(tǒng)所設計的數(shù)字溫度表要求測量范圍0～100℃，℃，用數(shù)碼管顯示測量結果。 A/D轉換器的合理選用自然界中，許多物理量大多數(shù)是模擬量，需要進行適當?shù)淖儞Q才能轉化為數(shù)字量。 A/D轉換器的主要技術指標A/D轉換器的主要技術指標有轉換精度、轉換速度等。⑴轉換精度單片集成A/D轉換器的轉換精度是用分辨率和轉換誤差來描述的。它說明A/D轉換器對輸入信號的分辨能力。在最大輸入電壓一定時，輸出位數(shù)愈多，分辨率愈高。②轉換誤差轉換誤差通常是以輸出誤差的最大值形式給出。常用最低有效位的倍數(shù)表示。LSB/2，這就表明實際輸出的數(shù)字量和理論上應得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個字。A/D轉換器的轉換時間與轉換電路的類型有關。其中并行比較A/D轉換器的轉換速度最高，8位二進制輸出的單片集成A/D轉換器轉換時間可達到50ns以內，逐次比較型A/D轉換器次之，它們多數(shù)轉換時間在10～50s以內，間接A/D轉換器的速度最慢，如雙積分A/D轉換器的轉換時間大都在幾十毫秒至幾百毫秒之間。 A/D轉換器的選用原則A/D轉換器是將模擬量轉換成數(shù)字量的芯片，選用A/D轉換器應考慮以下幾個問題：⑴選擇分辨率。中分辨率9~12位。高分辨串13位以上，A/D還包括BCD四位半。⑶對輸入或輸出特性和范圍提出要求。⑸A/D根據轉換速度、精度、用途等選擇轉換方式：低速有雙重積分方式等，常用于儀器儀表。高速有并行方式、串行方式等。 本系統(tǒng)中A/D轉換器的選擇ADC0804的規(guī)格及引腳圖8 位COMS 依次逼近型的A/D 轉換器。：外部讀取轉換結果的控制輸出信號。：用來啟動轉換的控制輸入，相當于ADC的轉換開始（=0時），當 由HI變?yōu)長O時，轉換器被清除：當回到HI時，轉換正式開始。:中斷請求信號輸出,低地平動作。輸入單端正電壓時, VIN()接地；而差動輸入時,直接加入VIN(+) VIN()。VREF：輔助參考電壓。VCC：電源供應以及作為電路的參考電壓。第一次尋找結果：10000000（若假設值≤輸入值，則尋找位=假設位=1）第二次尋找結果：11000000（若假設值≤輸入值，則尋找位=假設位=1）第三次尋找結果：11000000（若假設值＞輸入值，則尋找位=該假設位=0）第四次尋找結果：11010000（若假設值≤輸入值，則尋找位=假設位=1）第五次尋找結果：10100000（若假設值＞輸入值，則尋找位=該假設位=0）第六次尋找結果：11010100（若假設值≤輸入值，則尋找位=假設位=1）第七次尋找結果：11010110（若假設值≤輸入值，則尋找位=假設位=1）第八次尋找結果：11010110（若假設值＞輸入值，則尋找位=假設位=0）這樣使用二分法的尋找方式，8位的A/D轉換器只要8次尋找，12位的A/D轉換器只要12次尋找，就能完成轉換的動作。 至于內部的轉換頻率fCK,（19腳）、CLK（4腳）所連接的R、C來決定的。FPGA、單片機（8051）等的典型連接圖頻率的計算方法是、為例，則內部的轉換頻率是更換不同的R、C值，會有不同的轉換頻率，而且頻率愈高代表轉換速度愈快。其中INTR由高電位轉向低電位后，代表ADC0804完成這次的模擬/數(shù)字轉換，而DB0DB7代表是轉換后的數(shù)字資料。步驟S1：CS=WR=RD=1（ADC0804進行轉換動作，轉換完畢后INTR將高電位將至低電位，而轉換時間＞100μs）。步驟S3：CS=WR=RD=1（由CPLD讀取DB0DB7上的數(shù)字轉換資料）。⑵在步驟S1時，監(jiān)控INTR信號是否由低電位變?yōu)楦唠娢?，如此以便了解ADC0804的轉換動作結束與否。 A/D溫度傳感器的合理選用信息處理技術取得的進展以及微處理器和計算機技術的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應的進展。隨著這些系統(tǒng)能力的增強，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。 傳感器選用原則現(xiàn)代傳感器在原理與結構上千差萬別，如何根據具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。測量結果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產還是進口，價格能否承受，還是自行研制。⑵靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內，希望傳感器的靈敏度越高越好。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。傳感器的靈敏度是有方向性的。⑶頻率響應特性傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。在動態(tài)測量中，應根據信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)響應特性，以免產生過火的誤差。以理論上講，在此范圍內，靈敏度保持定值。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。當所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環(huán)境。在選擇傳感器之前，應對其使用環(huán)境進行調查，并根據具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。如果測量目的是定性分析的，選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。自制傳感器的性能應滿足使用要求。 AD590是美國模擬器件公司生產的單片集成電路溫度傳感器。 AD590的測溫范圍為55℃～+150℃。電源電壓可在4V~6V范圍變化，電流變化1mA，相當于溫度變化1K。 輸出電阻為710MW。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在55℃～+150℃范圍內，非線性誤差為177。AD590測量熱力學溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的具體電路，廣泛應用于不同的溫度控制場合。因此，本次數(shù)字溫