【正文】 且設(shè)計(jì)的周期一般是很長(zhǎng)的。隨著現(xiàn)代的電子技術(shù)的飛躍發(fā)展 ?，F(xiàn)在的 EDA技術(shù)已經(jīng)在各大高等院校得到和快的推廣，在課程設(shè)計(jì)，綜合實(shí)踐，電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，畢業(yè)設(shè)計(jì)，科學(xué)研究和產(chǎn)品的研發(fā)等 EDA技術(shù)綜合應(yīng)用環(huán)節(jié)提供拉很大 的幫助，并處于很重要的位置。從 EDA技術(shù)的綜合應(yīng)用系統(tǒng)的最終主要硬件結(jié)構(gòu)層來(lái)分，已出現(xiàn) 6中形式： CPLD/FPGA系統(tǒng)；CPLD/FPGA+MCU系統(tǒng)； CPLD/FPGA+專用 DSP 處理器系統(tǒng)；基于 FPGA實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)代 DSP系統(tǒng)；基于 FPGA實(shí)現(xiàn)的 SOC片上系統(tǒng)；基于 FPGA實(shí)現(xiàn)的嵌入式系統(tǒng)； 從 EDA技術(shù)的綜合應(yīng)用系統(tǒng)的完善層次來(lái)分 ： EDA綜合系統(tǒng) 主體電路的設(shè)計(jì) — 仿真及硬件驗(yàn)證；主體電路的設(shè)計(jì) — 仿真硬件驗(yàn)證 系統(tǒng)外圍電路的 PCB的設(shè)計(jì)與制作；主體電路的設(shè)計(jì) — 仿真及硬件驗(yàn)證 — 系統(tǒng)整體電路 PCB的設(shè)計(jì)與、制作及系統(tǒng)的組裝調(diào)試。在信息技術(shù)的高速發(fā)展和人工智能應(yīng)用的推動(dòng)下，智能儀器必將有更大的發(fā)展。 本設(shè)計(jì)課題 智能溫度控制器利用當(dāng)今流行的 EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)，綜合應(yīng)用單片機(jī)與 FPGA技術(shù)，通過(guò)功能的合理劃分充分發(fā)揮單片機(jī)與 FPGA各自的優(yōu)點(diǎn)，這是智能儀表的發(fā)展方向。隨著傳感器技術(shù)發(fā)展、 A/D等新器件出現(xiàn)、單片機(jī)與 DSP 的廣泛應(yīng)用、特別是 ASIC、 FPGA/CPLD技術(shù)在智能儀器中的廣泛應(yīng)用，智能儀器的結(jié)構(gòu)更緊湊，性能更優(yōu)良。 2）數(shù)據(jù)處理功能：可將采樣后的數(shù)字量進(jìn)行數(shù)字濾波、線性化標(biāo)度變換、 PID運(yùn)算。 4）數(shù)據(jù)顯示功能：可將現(xiàn)場(chǎng)的溫度值利用數(shù)碼管顯示，比較直觀了解工藝現(xiàn)場(chǎng)情況。 智能溫度控制器的發(fā)展展望 基于計(jì)算機(jī)的測(cè)控儀器發(fā)展至今，大致可以分為三個(gè)發(fā)展階段： 第一階段利用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能。 第二階段開(kāi)放式的儀器結(jié)構(gòu)。這些新的技術(shù)使儀器的構(gòu)成得以開(kāi)放，消除第一階段內(nèi)在的有用戶定義和供應(yīng)商定以和供應(yīng)商定義儀器功能的區(qū)別。軟件領(lǐng)域面向?qū)ο蠹夹g(shù)把任何用戶構(gòu)建VI 需要知道的東西封裝起來(lái)。 網(wǎng)路技術(shù)和計(jì)算機(jī)總線技術(shù)的發(fā)展，在加上測(cè)控任務(wù)的復(fù)雜化以及遠(yuǎn) 程監(jiān)測(cè)任務(wù)等迫切需求，促進(jìn)了測(cè)控儀器向網(wǎng)絡(luò)化的方向快速的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化儀器包括基于計(jì)算機(jī)總線技術(shù)的分布式測(cè)控儀器，基于 INTERNET/INTERNET 的虛擬儀器，嵌入式 INTERNET 的網(wǎng)絡(luò)化儀器，基于 IEEE1451 標(biāo)準(zhǔn)的智能傳感系統(tǒng)以及基于無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)化儀器 系統(tǒng)等，他們?cè)谥悄芙煌?、信息家電、家庭自?dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程醫(yī)療等眾多領(lǐng)域得到越來(lái)越來(lái)廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)的主要特點(diǎn)：（ 1）系統(tǒng)性強(qiáng)。（ 3）操作性強(qiáng)。（ 5）力圖反映新技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在結(jié)合 AT89C51來(lái)具體介紹。 51 系列單片機(jī)包括以下幾個(gè)部分： ? 一個(gè)八位 CPU。 ? 4KB ROM 程序存儲(chǔ)器。 ? 可尋址 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64KB外部程序存儲(chǔ)器的控制電路。 ? 2 個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 ? 5 個(gè)中斷源、 2個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。 ? VCC： 電源端，接 +5V電壓。 ? RST： 。 ? ALE： 地址鎖存信號(hào)。 ? PSEN：程序存儲(chǔ)器允許 。 ? EA： =0，單片機(jī)只訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)超過(guò)內(nèi)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 6 部程序存儲(chǔ)范圍時(shí)自動(dòng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。 ? ：靜態(tài)復(fù)用端口。 ? ：雙功能靜態(tài)端口。 大規(guī)模可編程邏輯器件 CPLD和 FPGA是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的兩類可編程專用集成電路（ ASIC）。 它是大規(guī)模集成電路技術(shù)飛速發(fā)展與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試相結(jié)合的一種產(chǎn)物，是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)向超高集成度、超低功耗、超小封狀和專用化方向發(fā)展的重要基礎(chǔ)。目前常用的可編程邏輯器件從結(jié)構(gòu)上可將其劃分為兩大類： CPLD和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 FPGA MAX+PLUSⅡ簡(jiǎn)介 MAX+PLUSⅡ是 Altera 公司為開(kāi)發(fā)其可編程邏輯器件而推出的專用軟件，其易學(xué)、易用、界面友好且集成化程度高，全稱是 Multiple Array Matrix and Progtammable Logic User SystemⅡ（多陣列矩陣及可編程邏輯用戶系統(tǒng)Ⅱ）。他支持 Altera 公司的不同結(jié)構(gòu)器件，可在多平臺(tái)上運(yùn)行。豐富的圖形界面，可隨時(shí)訪問(wèn)的在線幫助文檔，使用戶能夠快速輕松的掌握和使用 MAX+PLUSⅡ軟件。 2） .設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)： MAX+PLUSⅡ支持 Altera 公司的各種可編程邏輯器件，提供了工業(yè)界真正與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的可編程邏輯設(shè)計(jì)環(huán)境。 3） .完全集成化： MAX+PLUSⅡ的設(shè)計(jì)輸入、綜合編譯、時(shí)序分析、仿真校驗(yàn)下載 /配置全部集成在一起，加快動(dòng)態(tài)調(diào)試，縮 短開(kāi)發(fā)周期； 4） .豐富的設(shè)計(jì)庫(kù)： MAX+PLUSⅡ提供豐富的庫(kù)單元共設(shè)計(jì)者使用，其中包括 74系列的全會(huì)部器件和多種特殊的邏輯功能以及參數(shù)化的兆功能。 6） .模塊化工具：設(shè)計(jì)者可從各種設(shè)計(jì)輸入、編輯、校驗(yàn)及器件編程工具中作出選擇，形成用戶風(fēng)格的開(kāi)發(fā)環(huán)境，必要時(shí)還可以在保留原始功能的基礎(chǔ)上添加新的功能。其中常用的設(shè)計(jì)輸入方法有：通過(guò) MAX+PLUSⅡ圖 形編輯器創(chuàng)建圖形文件（ .gdf） ；通過(guò) MAX+PLUSⅡ文本編輯器 ,使用 VHDL 語(yǔ)言創(chuàng)建文本設(shè)計(jì)文件（ .vhd） 。 VHDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介 20世紀(jì) 80 年代后期，美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)的 VHDL語(yǔ)言是 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語(yǔ)言，并且已經(jīng)成為系統(tǒng)的國(guó)際工人標(biāo)準(zhǔn)，得到眾多的 EDA 公司的支持。 VHDL語(yǔ)言覆蓋面廣，描述能力強(qiáng)，能支持 硬件的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、綜合和測(cè)試，是一種多層次的硬件描述語(yǔ)言。這些描述可以從最抽象的系統(tǒng)級(jí)直到最精確的邏輯級(jí)甚至門級(jí)。首先從系統(tǒng)級(jí)功能設(shè)計(jì)開(kāi)始，對(duì)系統(tǒng)高層模塊進(jìn)行行為描述和功能仿真。 VHDL語(yǔ)言的主要優(yōu)點(diǎn)有： 具有強(qiáng)大的功能，覆蓋面廣，描述能力強(qiáng)，可用語(yǔ)從門級(jí)電路級(jí)直至系統(tǒng)級(jí)的描 述仿鎮(zhèn)和綜合。有良好的可移植性，可以在不同內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 8 的設(shè)計(jì)環(huán)境和系統(tǒng)平臺(tái)中使用。因此， A/D 通道中的前置放大器常采用由一組運(yùn)放構(gòu)成的測(cè)量放大器，也稱儀表放大器，如圖 所示。 儀表放大基本電路圖 如圖 所示 R 2R 2R 3R 3R 1R 1R GV i n +V i n 負(fù) 載 圖 儀表放大基本電路圖 溫度補(bǔ)償器件 AD590 AD590溫度傳感器簡(jiǎn)介 AD590溫度傳感器是一種已經(jīng) IC 化的溫度感測(cè)器，它會(huì)將溫度轉(zhuǎn)換為電流，其規(guī)格如下 : 1） 度每增加 1℃，它會(huì)增加 1μ A輸出電流； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 9 2） 可測(cè)量范圍 55℃至 150℃； 3） 供電電壓范圍 +4V至 +30V； AD590管腳圖及元件符號(hào) AD590管腳圖及元件圖如圖 所示 圖 AD590管腳及元件圖 AD590的基本應(yīng)用電路及輸出電流值 圖 AD590 基本應(yīng)用電路圖 AD590 的輸出電流值說(shuō)明如下： 其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度（ 273℃ ）為基準(zhǔn)，每增加 1℃ ，它會(huì)增加 1μA輸出電流，因此在室溫 25℃ 時(shí)，其輸出電流 Iout=（ 273+25） =298μA。為了將電壓測(cè)量出來(lái)又務(wù)須使輸出電流 I 不分流出來(lái)，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓 V2等于輸入電壓 V。 注意事項(xiàng)： Vo 的值為 Io乘上 10K，以室溫 25℃而言，輸出值為 10K 298μ A=； 測(cè)量 Vo時(shí)，不可分出任何電流，否則測(cè)量值會(huì)不準(zhǔn)； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 11 摸數(shù)轉(zhuǎn)換器件 ADC0809 多通道 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809 由于微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度很快，而很多的模擬變化速度慢，故通常一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以采集多個(gè)數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)中應(yīng)用的就是八路多路開(kāi)關(guān) ADC0809，現(xiàn)對(duì) ADC0809進(jìn)行介紹。在 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有一個(gè)高阻抗斬波比較器，一個(gè)帶模擬開(kāi)關(guān)樹(shù)組的 256 電阻分壓器，以及一個(gè)逐次逼近型寄存器。其原理圖，如圖 所示。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入量微小變化的越靈敏。分辨率為 n，表示它可以對(duì)滿刻度的 1/2n 的變化量作出反應(yīng)。所謂絕對(duì)誤差，是指對(duì)應(yīng)于一個(gè)給定的數(shù)字量 A/D轉(zhuǎn)換器的誤差，其誤差的大小由實(shí)際模擬量輸入值和理論值之差來(lái)度量； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 12 圖 ADC0809內(nèi)部原理結(jié)構(gòu) 這種器件無(wú)須進(jìn)行零位和滿量程調(diào)整。 從圖中可以看出， ADC0809有兩部分組成。地二部分為一個(gè)8位的逐漸逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器，它有比較器，控制邏輯，數(shù)字量輸出鎖存器，逐次逼近型寄存器以及開(kāi)關(guān)樹(shù)組和 256R 梯形電阻組成，由后兩種電路 D/A 轉(zhuǎn)換器。參考電平經(jīng)過(guò) 256R 電阻網(wǎng)絡(luò)輸出一個(gè)模擬電壓 Vc， Vc與輸入模擬量 Vx在比較器中進(jìn)行比較。照此處理，從 D7～ D0比較 8次，逐次逼近寄存器中的數(shù)字量，即與模擬量 Vx 所相當(dāng)?shù)臄?shù)字量等值。 ADC0809的引腳圖及功能 ADC0809的引腳如圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 42 8 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5I N T 3 I N T 4 I N T 5 I N T 6 I N T 7 S T E O C D 3 O E C L KV C CV R E F +G N DD 1I N T 2 I N T 1 I N T 0 A B C A L E D 7 D 6 D 5D 4D 3D 2D 0圖 ADC0809 引腳圖 根據(jù)圖 所示。 1） IN7～ IN0：八個(gè)模擬輸入端； 2） START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，發(fā)出一個(gè)正脈沖，表示 A/D 轉(zhuǎn)換完畢。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)，允許從 A/D 轉(zhuǎn)換的寄存器中讀取數(shù)字量； 5） 此信號(hào)可以作為 ADC0809的片選信號(hào)，高電平有效； 6） CLOCK：實(shí)時(shí)時(shí)鐘。當(dāng) ALE 為高電平時(shí)，允許 C， B， A所示的通道被選中，并把該模擬量接入 A/D 轉(zhuǎn)換器； 8） C， B， A：通道號(hào)選擇端子 。用來(lái)提供 D/A 轉(zhuǎn)換器的權(quán)電阻的標(biāo)準(zhǔn)電平。接 +5V； 12） GND：接地端； ADC0809的時(shí)序圖 ADC0809的時(shí)序圖，如圖 所示 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 14 A L EC . B . AS T A R TE O CO ED O 7 . . . D O 0 圖 ADC0809時(shí)序圖 ADC0809 的技術(shù)指標(biāo) 1） 單一電源， +5V 供電，模擬輸入范圍為 0～ 5V； 2） 分辨率為八位； 3） 功耗 為 15mW； 4） 轉(zhuǎn)換速率取決于芯片的時(shí)鐘脈沖頻率。所以對(duì)過(guò)程控制是比較理想的器件。即完成多到一的轉(zhuǎn)換；或者把經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，且由 D/A轉(zhuǎn)換完的模擬信號(hào)按一定的順序輸出到不同的控制回路中。前者稱為多路開(kāi)關(guān)，后者稱為多路分配器。接通電阻低，一般小于 100 歐姆； 7） 斷開(kāi)電阻高，通常在 10000000000歐姆以上； CD4052管腳及管腳圖 它有 2個(gè)通道選擇輸入端 A、 B和一個(gè)禁止輸入端 INH。 INH=‘ 1’，即 INH=VDD 時(shí)，所有的 通道都斷開(kāi)禁止模擬量輸入；當(dāng) INH=‘ 0’，即INH=VSS時(shí)，通道接通，允許模擬量輸入。所以，用戶可以根據(jù)自己的輸入信號(hào)范圍和數(shù)字控制信號(hào)的邏輯電平來(lái)選擇 VDD、 VSS、 VEE 的電壓值。 表 CD4052真值表 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 16 INHBIT B A 選通通道 0 0 0 0X 0Y 0 0 1 1X 1Y 0 1 0 2X 2Y 0 1 1 3X 3Y 1 NONE 圖 CD4052管腳圖 看門狗 X25045 的應(yīng)用 概 述 工控系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，通常都會(huì)遇到各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)干擾，抗干擾能力是 衡量工控系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。在 8096 系列單片機(jī)和增強(qiáng)型 8051 系列單片機(jī)中，該系統(tǒng)已經(jīng)做在芯片內(nèi)部，用戶只要用軟件開(kāi)放它就可以，使用很方便。 看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。硬件看門狗是真正意義上的“ 程序運(yùn)行監(jiān)視器 ” ，如計(jì)數(shù)型的看門狗電路通常由 555 多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運(yùn)行不夠可靠。 X25045 引腳如圖 。當(dāng)它低電平時(shí)，寫操作被禁止 ； 5） Vss：地 ；； 6） Vcc： 電源電壓 ； 7） RESET：復(fù)位輸出 ； X25045 相關(guān)指令 在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式 ， 如表 所示。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒(méi)有總線活動(dòng)，則 X25045 將從 RESET 輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)微分電路 CR3輸出一個(gè)正脈沖，使 CPU復(fù)位。 C R3的時(shí)間常 數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因?yàn)檫@時(shí) CPU 的振蕩器已