基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題內(nèi)容現(xiàn)代電子產(chǎn)品正在以前所未有的革新速度，向著功能多樣化、體積最小化、功耗最低化的方向迅速發(fā)展，EDA技術(shù)正是為了適應(yīng)現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求，吸收多學(xué)科最新成果而形成的一門新技術(shù)。采用EDA技術(shù)進(jìn)行電子設(shè)計(jì)，可使整個(gè)系統(tǒng)大部分集成在一個(gè)芯片上，從而達(dá)到體積小、功耗低、系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)。本課題要求以可編程邏輯器件CPLD為基礎(chǔ)，運(yùn)用VHDL語(yǔ)言和EDA設(shè)計(jì)軟件(MAX+Plus)設(shè)計(jì)制作智能數(shù)字溫度檢測(cè)系統(tǒng)的專用集成芯片，結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換芯片、LED數(shù)碼管構(gòu)成一個(gè)數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)和時(shí)間的顯示?；贑PLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題任務(wù)要求1.熟悉電子設(shè)計(jì)相關(guān)應(yīng)用軟件的使用2.學(xué)習(xí)傳感器的應(yīng)用和選型3.掌握利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.以可編程邏輯器件CPLD為基礎(chǔ),運(yùn)用VHDL語(yǔ)言完成多功能數(shù)字溫度表的設(shè)計(jì),使其實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)和時(shí)間的顯示5.結(jié)合EDA設(shè)計(jì)軟件(MAXPLUS)完成系統(tǒng)的仿真與調(diào)試課題完成后應(yīng)提交的資料（或圖表、設(shè)計(jì)圖紙）1畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，含：1）中英文摘要，外文翻譯文獻(xiàn)2）設(shè)計(jì)原理介紹3）系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)4）系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)2畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告，畢業(yè)設(shè)計(jì)日志基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參考文獻(xiàn)與外文翻譯文件（由指導(dǎo)教師選定）1包明，趙明富，陳渝光EDA技術(shù)與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20022王道憲，賀名臣，劉偉VHDL電路設(shè)計(jì)技術(shù)M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，20043林敏,方穎立.VHDL數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與高層次綜合M西安：電子工業(yè)出版社，20024徐志軍，徐光輝CPLD/FPGA的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用M西安：電子工業(yè)出版社，20025王金明.楊吉斌.數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與VerilogHDLM.北京：國(guó)防工業(yè)出版社.2000.66劉亮.先進(jìn)傳感器及其應(yīng)用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.7廖裕評(píng)，陸瑞強(qiáng)CPLD數(shù)字電路設(shè)計(jì)M北京：清華大學(xué)出版社，20018李季.信號(hào)發(fā)生器發(fā)展淺析J.電子產(chǎn)品世界，2002，10，:65759DigitalSytstemDesignwithVHDLM.MarkZwolinski.publishingHouseofElectronicsindustry200610ReliabilityProcessingOfTheCircuitsInCPLDDesignJ.ShaohuiCui,ZhenshengFengOrdnanceEngineeringCollege2006,1011王毅平.張振榮.VHDL編程與仿真M.西安：電子工業(yè)出版社2000.712FPGAPowerReductionUsingConfigurableDual-Vdd.FeiLi,YanLinandLeiHe.2004ACM1581138288/04/0006.June2004,p735-74013高鵬，安濤，寇懷成PROTEL99入門與提高M(jìn)北京：人民郵電出版社，200014ATemperatureControlledCMOSCamera.SGPHarveyandJLBhrDepartmentofPhysics,UniversityofOtago,POBox56,Dunedin,NewZealand.P135-142（翻譯文章）同組設(shè)計(jì)者注：1.此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。如不夠填寫，可另加頁(yè)。2.此任務(wù)書最遲必須在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始前一周下達(dá)給學(xué)生。3.此任務(wù)書可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)表格下載區(qū)下載基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題目：基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、本課題設(shè)計(jì)（研究）的目的：隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和自動(dòng)化程度的不斷提高，迫切需要對(duì)各種生產(chǎn)過(guò)程的物理量進(jìn)行精確檢測(cè)。溫度，作為大多數(shù)生產(chǎn)過(guò)程中的重要物理量，對(duì)它們的精確測(cè)量越來(lái)越受到人們的重視。本課題以可編程邏輯器件CPLD為基礎(chǔ)，運(yùn)用VHDL語(yǔ)言和EDA設(shè)計(jì)軟件(MAX+Plus)設(shè)計(jì)制作智能數(shù)字溫度檢測(cè)系統(tǒng)的專用集成芯片，結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換芯片、LED數(shù)碼管構(gòu)成一個(gè)數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)并且同時(shí)顯示時(shí)間，另外還帶有一個(gè)蜂鳴器作為鬧鈴。該溫度檢測(cè)系統(tǒng)既有高精度，高穩(wěn)定性、抗干擾性強(qiáng),應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，又提高了測(cè)量的自動(dòng)化水平，同時(shí)具有較高的性價(jià)比。因此，本設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量?jī)x表具有較高的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。二、設(shè)計(jì)（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述）：隨著VLSI的發(fā)展，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的結(jié)合，片上器件的尺寸的縮減，金屬層數(shù)目則繼續(xù)增加的條件下，都有利于CPLD/FPGA在市場(chǎng)上的普及，并推動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)走向SOC設(shè)計(jì)。VHDL作為IEEE標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語(yǔ)言和EDA的重要組成部分，在電子設(shè)計(jì)的存檔、程序模塊的移植、ASIC設(shè)計(jì)源程序的交付，IP核的應(yīng)用等方面擔(dān)任著不可或缺的角色。再加上因特網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)也有利于其發(fā)展，所有這些門電路能用許多線快速輕松地連接起來(lái)，有助于加速芯片實(shí)現(xiàn)過(guò)程并增強(qiáng)性能1。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，現(xiàn)場(chǎng)可編程器件（FPGA和CPLD）的使用越來(lái)越廣泛。與此同時(shí)，基于大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷腅DA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）硬件解決方案也被廣泛采用。一般地說(shuō)，EDA解決方案均采用計(jì)算機(jī)自頂向下的設(shè)計(jì)方式：在底層設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)邏輯進(jìn)行必要的描述，并依賴特定的軟件執(zhí)行邏輯優(yōu)化（logicoptimization）與器件映射（device基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)mapping），最后再使用由各芯片生產(chǎn)廠商提供的編譯器執(zhí)行布線（route）和網(wǎng)單優(yōu)化（netlistoptimization）。雖然對(duì)于簡(jiǎn)單的邏輯，采用原始邏輯圖或布爾方程輸入可以獲得非常有效的結(jié)果，但對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)用以上兩種方案就很容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，而必須依靠一種高層的邏輯輸入方式，這樣就產(chǎn)生了硬件描述語(yǔ)言HDL（hardwaredescriptionlanguage），其中符合IEEE-1076標(biāo)準(zhǔn)的VHDL的應(yīng)用成為新一代EDA解決方案中的首選。因此，VHDL的應(yīng)用必將成為當(dāng)前以及未來(lái)EDA解決方案的核心，更是整個(gè)電子邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心3。VHDL（VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage）誕生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美國(guó)國(guó)防部確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言。這種語(yǔ)的成就有兩個(gè)方面：描述復(fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng)和成為國(guó)際的硬件描述語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。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，是一種快速的電路設(shè)計(jì)工具，功能涵蓋了電路描述，電路合成，電路仿真等三大電路設(shè)計(jì)工作。它用于設(shè)計(jì)復(fù)雜的、多層次的設(shè)計(jì)。支持設(shè)計(jì)庫(kù)和設(shè)計(jì)的重復(fù)使用，與硬件獨(dú)立，一個(gè)設(shè)計(jì)可用于不同的硬件結(jié)構(gòu)，而且設(shè)計(jì)時(shí)不必了解過(guò)多的硬件細(xì)節(jié)。有豐富的軟件支持VHDL的綜合和仿真，從而能在設(shè)計(jì)階段就能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的Bug，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，降低成本。更方便地向ASIC過(guò)渡。VHDL有良好的可讀性，容易理解，從而決定了他成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最佳的硬件描述語(yǔ)言。在新的世紀(jì)中，VHDL語(yǔ)言將承擔(dān)起大部分的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)。VHDL是為了滿足邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程中的各種需求而設(shè)計(jì)的。首先，它可以用來(lái)描述邏輯設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，比如邏輯設(shè)計(jì)中有多少個(gè)子邏輯，而這些子邏輯又是如何連接的。除此之外，VHDL并不十分關(guān)心一個(gè)具體邏輯是靠何種方式實(shí)現(xiàn)的，而是把開(kāi)發(fā)者的精力集中到邏輯所實(shí)現(xiàn)的功能上。其二，VHDL采用類似高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)句格式完成對(duì)硬件行為的描述，這也是為什么我們把VHDL稱為“編程語(yǔ)言”的原因。最后，VHDL所給出的邏輯的模擬與調(diào)試為設(shè)計(jì)工作提供了最大的空間，用戶甚至不必編寫任何測(cè)試向量便可以進(jìn)行源代碼級(jí)的調(diào)試。而且，設(shè)計(jì)者可以非常方便地比較各種方案之間的可行性及其優(yōu)劣，而不需做任何實(shí)際的電路實(shí)驗(yàn)4?，F(xiàn)在在國(guó)內(nèi)對(duì)于溫度的檢測(cè)技術(shù)還沒(méi)達(dá)到最高端的水平，對(duì)于檢測(cè)到的溫度還不是很精確，而其最重要的地方還是傳感器的工藝水平有限。在采用熱電偶，金屬測(cè)溫電阻，集成溫度傳感器三種不同傳感器時(shí)，只有使用集成溫度傳感器才基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能達(dá)到最佳的效果。在應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境下，采用較多的還是用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)電路已經(jīng)達(dá)到頂端的水平，很難有更進(jìn)一步的潛力來(lái)開(kāi)拓出新的功能，而且單片機(jī)有它自己一定的局限性。在其使用方面也到了一定的瓶頸，完全沒(méi)有CPLD來(lái)設(shè)計(jì)的靈巧。在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的電阻式數(shù)字溫度表，一般采用電橋?qū)㈦娮柁D(zhuǎn)化為電壓，經(jīng)適當(dāng)放大后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器變成溫度的數(shù)字信號(hào)。由于電橋輸出與溫度并非線性關(guān)系，放大環(huán)節(jié)還需進(jìn)行線性化修正。這種方式電路復(fù)雜，成本高，同時(shí)還須精密恒壓源輔助作用。另外，現(xiàn)今很多數(shù)字溫度計(jì)都是用單片機(jī)設(shè)計(jì)的。用我們的CPLD制作的溫度計(jì)與其它實(shí)現(xiàn)方法如單片機(jī)相比，它將單片機(jī)用以實(shí)現(xiàn)運(yùn)算的硬件電路以軟件的形式下載到芯片中，例如單片機(jī)要用兩級(jí)運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)乘與減的運(yùn)算，而用CPLD實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)只用VHDL語(yǔ)言在芯片內(nèi)部編程即可，降低了系統(tǒng)電路的復(fù)雜程度。而且，CPLD在設(shè)計(jì)過(guò)程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真，以確保設(shè)計(jì)的正確性。隨著世界上對(duì)溫度的測(cè)量和控制方法已經(jīng)比較成熟與EDA技術(shù)的廣泛應(yīng)用。CPLD具有非揮發(fā)特性，可以重復(fù)寫入并在粘合邏輯、地址譯碼、簡(jiǎn)單控制、FPGA加載等設(shè)計(jì)中有廣泛應(yīng)用。其硬件描述語(yǔ)言決定系統(tǒng)功能使的溫度檢測(cè)電路具有較好的靈活性和適應(yīng)性。同時(shí)可以讓電路不改變的情況下最大性度的擴(kuò)展硬件。三、設(shè)計(jì)（研究）的重點(diǎn)與難點(diǎn)，擬采用的途徑（研究手段）：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,溫度是一個(gè)重要的控制參數(shù)。目前已有的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng),大都是以單片機(jī)為核心,存在著系統(tǒng)硬件電路比較復(fù)雜、外圍分離元件較多等問(wèn)題。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展,基于可編程邏輯器件的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便，應(yīng)用越來(lái)越廣。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)以CPLD可編程邏輯器件為核心的溫度控制系統(tǒng),該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣控制以及功率調(diào)整均由CPLD實(shí)現(xiàn)。把該電路分為4大模塊：（1）接受模塊，傳感器接受外界的環(huán)境溫度，并把其傳送到A/D轉(zhuǎn)換器(2)控制模塊,激活A(yù)/D轉(zhuǎn)換器動(dòng)作、接收A/D轉(zhuǎn)換器傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)字轉(zhuǎn)換基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)值；(3)數(shù)據(jù)處理模塊,將接收到的轉(zhuǎn)換值調(diào)整成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并送到CPLD以待運(yùn)算和處理；(4)顯示模塊,產(chǎn)生數(shù)碼管的片選信號(hào),并將數(shù)值處理模塊輸出的BCD碼譯成相應(yīng)的7段數(shù)碼驅(qū)動(dòng)值。對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行分析和論證，溫度傳感器的選擇和其電路的分析都要有一個(gè)具體的說(shuō)明。對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的選擇也要有個(gè)具體的論證和分析，對(duì)其工作的原理以及電路也要有個(gè)說(shuō)明。顯示電路采用BCD碼的方式，用7段譯碼器來(lái)顯示都要有具體的方案。至于軟件方面，程序的編寫均采用VHDL語(yǔ)言，這樣有比較好的統(tǒng)一。此設(shè)計(jì)方案中的重點(diǎn)是:1.A/D轉(zhuǎn)換器的方案設(shè)置2.數(shù)字信號(hào)的裝換3.放大器參數(shù)選擇此設(shè)計(jì)方案中的難點(diǎn)是：1.硬件電路的設(shè)計(jì)2.CPLD控制模塊的軟件實(shí)現(xiàn)四、設(shè)計(jì)（研究）進(jìn)度計(jì)劃：1.收集相關(guān)資料，分析消化資料。（4-6周）2.方案比較與論證，確定最優(yōu)方案。（7-8周）3.設(shè)計(jì)編寫子程序及主程序（9-12周）4.測(cè)試方案可行性及計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。（13-14周）5.編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。（15-16周）6.畢業(yè)答辯。（17周）基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和自動(dòng)化程度的不斷提高，迫切需要對(duì)各種生產(chǎn)過(guò)程的物理量進(jìn)行精確檢測(cè)。溫度，作為大多數(shù)生產(chǎn)過(guò)程中的重要物理量，對(duì)它們的精確測(cè)量越來(lái)越受到人們的重視。本文以Ahera公司MAX7000S系列EPM7128S為核心，利用集成電流型溫度傳感器AD590實(shí)現(xiàn)智能化溫度檢測(cè)。同時(shí)給出了溫度檢測(cè)系統(tǒng)的各部分硬件設(shè)計(jì)框圖以及相關(guān)的軟件流程圖。該溫度檢測(cè)系統(tǒng)既有高精度，高穩(wěn)定性、抗干擾性強(qiáng),應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，又提高了測(cè)量的自動(dòng)化水平，同時(shí)具有較高的性價(jià)比。因此，本設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量?jī)x表具有較高的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景?；跍囟葯z測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，介紹了以CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并且結(jié)合設(shè)計(jì)中的分析和研究，給出用VHDL語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)的具體方法，展示了CPLD在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中的優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：溫度檢測(cè)；可編程；EPM7128S；CPLD；VHDL基于CPLD的多功能溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)DESIGNOFTEMPERATUREMEASURINGSYSTEMBASEDONCPLDABSTRACTWithdevelopmentofourindustrymanufactureandautomation,thereisanurgentdemandofaccuratemeasurementofthephysicalelementinallsortsofproductionprocess.Temperatureistheimportantphysicalelementinmostproductionprocess,peoplepaymoreattentiontotheiraccuratemeasurement.Thetemperaturedetectionofin