【正文】 木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入或硬件描述語言自由的設(shè)計一個數(shù)字系統(tǒng)。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 第 2 章 FPGA 的簡介 FPGA 的概述 FPGA 是現(xiàn)場可編程門陣列（ Field Programmable Gate Array）的簡稱，與之相應(yīng)的CPLD 是復(fù)雜可編程邏輯器件（ Complex Programmable Logic Device）的簡稱，兩者的功能基本相同，只是實現(xiàn)原理略有不同，所以有時可以忽略這兩者的區(qū)別，統(tǒng)稱為可編程邏輯器件或 CPLD/PGFA。 （ 9） 靈活性強。 （ 8） 應(yīng)用廣。 （ 7） 可進行自動控制。 （ 6） 可進行遠距離測量。 （ 5） 測溫區(qū)域?qū)挕? （ 4） 電路簡單。 （ 3） 測量時間短。 （ 2） 測量的精度高。 課題所設(shè)計的溫度控制器的 優(yōu)點 （ 1） 讀數(shù)快且不用估讀。 課題研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計主要研究的是基于 FPGA 的數(shù)字溫度控制器 ，要求溫度采集準(zhǔn)確精確 ， 并且能夠自行設(shè)定閾值溫度 。近些年，隨著科技的發(fā)展和社會的進步，人們對溫度控制器 的要求也越北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 2 來越高，不管 在哪里，人們都想知道此刻的溫度和天氣狀況等一些信息，傳統(tǒng)的溫度控制器 由于它的局限性以及不方便 性，已不能滿足人們的需求。 課題 研究的必要性 隨著社會的不斷發(fā)展， 新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮，電子 技術(shù)的發(fā)展更是日新月異。 EDA 技術(shù)以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述主要表達方式，以計算機、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設(shè)計電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯，邏輯化簡，邏輯分割，邏輯映射，編程下載等工作。 EDA 技術(shù)正是為了適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)的要求，吸收眾多學(xué)科最新科技成果而形成的一門新技術(shù)。 現(xiàn)在的電子產(chǎn)品 在設(shè)計上 與傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品相比較 ， 顯著 的 區(qū)別在于其 大量 地 使用 了 大規(guī)模可編程邏輯器 件，使產(chǎn)品的性能提高，體積縮小，功耗降低 。隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，越來越多的生產(chǎn)部門和生產(chǎn)環(huán)節(jié)對溫度控制精度的可靠性和穩(wěn)定性等有了更高的要求，而且隨著人們?nèi)粘Ｉ畹牟粩嗵岣撸?傳統(tǒng)的溫度控制器 越來越不能滿足人們生活中的需要 并且傳統(tǒng)溫度控制器的精度也已經(jīng)不能滿足 對溫度要求較為苛刻的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。該 方案 能夠 較好 的 實現(xiàn) 測溫功能 并且能 對溫度 進行有效的 控制。本設(shè)計 采用 EDA 技術(shù) 自上而下的設(shè)計思路， 對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃分 為 溫度采集模塊、溫度顯示模塊、 輸入數(shù)據(jù)對比模塊， 輸出 控制 模塊。北華航天工 業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 I 摘 要 本論文所設(shè)計的是一個基于 FPGA 的 多功能 數(shù)字溫度控制器 。 本設(shè)計克服了傳統(tǒng) 數(shù)字 溫度計 精度低 的缺點， 并且除了傳統(tǒng)溫度計的測量溫度 功能 外還具有 一定的 控制功能，能更好的對 所測量的 溫度進行處理 ， 控制模塊的 加入 讓其比傳統(tǒng)溫度計具有更強的實用性 。 在 Quartus II 軟件下應(yīng)用 VHDL 語言 進行電路設(shè)計并 仿真， 根據(jù) 仿真 的 結(jié)果。 關(guān)鍵字 ： 溫度控制 ； FPGA； VHDL； 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 II Abstract Designed by this paper is a multifunctional digital temperature controller based on FPGA. This design overes the drawback of traditional digital thermometer low accuracy, and in addition to the traditional thermometer temperature function also has the certain control function, can better handle and on the measured temperature control module to join its than traditional thermometer has stronger practicability. This design adopts the topdown design EDA technology, the structure of system is divided into temperature acquisition module, display module, the input data contrast module, output control module. Under the Quartus II software circuit design and simulation using VHDL language, according to the result of simulation. The scheme can achieve a better temperature measurement function and can carry on the effective control of temperature. KeyＷ ords: Temperature control FPGA VHDL 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 III 目 錄 第 1 章 緒論 ............................................................... 1 課題背景及國內(nèi)外研究概況 ............................................. 1 課題相關(guān)技術(shù)發(fā)展 ..................................................... 1 課題研究的必要性 ..................................................... 1 課題研究的主要內(nèi)容 ................................................... 2 課題所設(shè)計的溫度控制器的優(yōu)點 ......................................... 2 第 2 章 FPGA 的簡介 ........................................................ 3 FPGA 的概述 ........................................................... 3 FPGA 的基本結(jié)構(gòu) ....................................................... 3 FPGA 系統(tǒng)設(shè)計流程 ..................................................... 5 FPGA 開發(fā)編程原理 ..................................................... 6 第 3 章 DS18B20 溫度傳感器簡介 ............................................. 8 傳統(tǒng)溫度采集器件的簡述 ............................................... 8 DS18B20 的引腳 ........................................................ 8 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ...................................................... 8 DS18B20 的時序 ....................................................... 10 DS18B20 的工 作原理 ................................................... 11 DS18B20 的性能特點 ................................................... 12 DS18B20 使用過程中的注意事項 ......................................... 12 第 4 章 QUARTERS II 軟件簡介 ............................................... 13 QUARTUS II 軟件概況 ................................................... 13 軟件界面簡介 ........................................................ 13 QUARTUSII 的設(shè)計 流程 ................................................. 14 第 5 章 溫度控制器的設(shè)計總流程 ............................................ 17 溫度控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ................................................ 17 DS18B20 溫度采集模塊的驅(qū)動 設(shè)計 ....................................... 17 FPGA 溫度顯示模塊的設(shè)計 .............................................. 19 FPGA 數(shù)據(jù)比較模塊的設(shè)計 .............................................. 19 FLEX 10K 開發(fā)箱上 的下載 .............................................. 20 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 IV 第 6 章 結(jié)論 .............................................................. 22 附 錄 .................................................................... 23 附錄 1 .................................................................. 23 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 1 基于 FPGA 的多功能溫度控制器 設(shè)計 第 1 章 緒論 課題背景及國內(nèi)外研究概況 溫度控制無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，而在當(dāng)今，我國農(nóng)村鍋爐取暖，農(nóng)業(yè)大棚，養(yǎng)雞場內(nèi)等多數(shù)都沒有實用的溫度控制系統(tǒng)，還有部分廠礦 ，企業(yè)還一直沿用簡單的溫度設(shè)備和紙質(zhì)數(shù)據(jù)記錄儀，無法實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù) 的 實時測量與控制。 課題相關(guān)技術(shù)發(fā)展 當(dāng)今電子產(chǎn)品正向功能多元化 、 體積最小化 、 功耗最低化的方向發(fā)展。 同時廣泛運用 了 現(xiàn)代計算機技術(shù)，提高產(chǎn)品的自動化程度和競爭力，縮短研發(fā)周期。 美國 ALTERA 公司的可編程邏輯器件采用全新的結(jié)構(gòu)和先進的 技術(shù)，加上或最新的QUARTUS II 開發(fā)環(huán)境，更具有高性能，開發(fā)周期短等特點，十分方便進行電子產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計。最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)?？梢院敛豢鋸埖恼f，電子技術(shù)的應(yīng)用無處不在，電子技術(shù)正在不斷地改變 著 我們的生活，改變著我們的世界。溫度控制器需要 一 次革命，不管是在性能還是在樣式上都將發(fā)生質(zhì)的變化，于是數(shù)字溫度控制器 的時代悄然來臨了。 當(dāng)溫度超過閾值溫度后， FPGA 啟動控制功能，根據(jù)實際 需要 驅(qū)動控制器件，實現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié) 。數(shù)顯溫度計讀數(shù)特別快 , 因為只要將顯示器上的數(shù)字讀出即可 , 不用估讀 , 節(jié)省時間。因為能讀出 , 比用精度為 1 或 的溫度計測量精度大大提高。數(shù)顯溫度計的熱容量小 ,達到熱平衡所需的時間短 , 對待測物體的溫度影響小。本測溫系統(tǒng)的電路很簡單 , 所用的原件少 , 且造價很低。比一 般的溫度計測量溫度的區(qū)域?qū)?。將本溫?控制器 的導(dǎo)線延長 , 完全可進行遠距離的測量。與計算機聯(lián)網(wǎng) , 可進行自動測溫、自動控溫測量。該溫度控制器 可用于所有的測溫場合 ,不受其他的條件限制?？筛鶕?jù)實際的需要替換元件后便能控制不同的器件。 CPLD/PGFA 幾乎能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能 CPU，下至簡單的 74 電路。通過軟件仿真可以事先驗證設(shè)計的正確性，在PCB 完成以后，利用 CPLD/FPGA 的在線修改功能，隨時修改設(shè)計而不必改動硬件電路。這些優(yōu)點使得 CPLA/FPGA 技術(shù)在 20 世紀(jì) 90 年代以后得到飛速的發(fā)展，同時也大大推動了 EDA 軟件和硬件描述語言 VHDL 的進步。 FPGA 一般由 3 種可編程電路和一個用于存放編程數(shù)據(jù)的靜態(tài)存儲器 SRAM 組成?？删幊踢壿嬆K CLB 是實現(xiàn)邏輯功能的基本單元，它們通常規(guī)則的排列成一個陣列，散布于整個芯片；可編程輸