電科1101-陳永-開題報(bào)告

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題 目： 基于FPGA的空調(diào)溫度控制電路的設(shè)計(jì) 系： 電氣信息學(xué)院 專 業(yè)： 電子技術(shù) 學(xué)生姓名： 陳永 學(xué) 號(hào)： 201101040118 指導(dǎo)教師： 陳 意 軍 年 月 日開題報(bào)告填寫要求1開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效。2開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按此電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見。3“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并

2、直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于10篇（不包括辭典、手冊(cè)），其中至少應(yīng)包括1篇外文資料；對(duì)于重要的參考文獻(xiàn)應(yīng)附原件復(fù)印件，作為附件裝訂在開題報(bào)告的最后。4統(tǒng)一用A4紙，并裝訂單獨(dú)成冊(cè)，隨畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書等資料裝入文件袋中。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告1文獻(xiàn)綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2500字以上的文獻(xiàn)綜述，文后應(yīng)列出所查閱的文獻(xiàn)資料。文獻(xiàn)綜述1引言 溫度和空氣調(diào)節(jié)關(guān)系到人們的生活狀況。傳統(tǒng)空調(diào)器具有“開一關(guān)”調(diào)節(jié)模式。不僅噪音和溫度波動(dòng)大，往往不能給人們帶來一個(gè)舒適的環(huán)境，而且開關(guān)時(shí)對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)

3、有很大的損害。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)、智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展。人們摒棄了傳統(tǒng)定頻定速空調(diào)器的那種固定的調(diào)節(jié)模式。開發(fā)出性能更為優(yōu)良的變頻變速空調(diào)器。世界空調(diào)的發(fā)展可分為四個(gè)階段。首先是后風(fēng)扇時(shí)代。典型特征是，功能僅限制于制冷制熱，技術(shù)含量低；接下來是純空調(diào)時(shí)代。這個(gè)時(shí)代的最顯著標(biāo)志是空調(diào)成為真正意義的空氣調(diào)節(jié)器。不光調(diào)節(jié)空氣的溫度，對(duì)空氣的舒適度也進(jìn)行調(diào)節(jié)；隨著各國(guó)政府對(duì)空調(diào)的能耗標(biāo)準(zhǔn)提出要求?？照{(diào)進(jìn)入了超空調(diào)時(shí)代，其顯著特點(diǎn)是空調(diào)不僅僅是空調(diào)。還能滿足節(jié)能環(huán)保的要求；在以網(wǎng)絡(luò)信息代表的2l世紀(jì)。作為家電產(chǎn)品的空調(diào)器也必將隨之步入網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代。為了最大限度地節(jié)約能耗，開辟新能源的利用2、溫度

4、控制技術(shù)2.1 溫度控制技術(shù)的概念在一定的控制系統(tǒng)中，首先將需要控制的被測(cè)參數(shù)（如溫度）由傳感器轉(zhuǎn)換成一定的信號(hào)后再與預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行比較，把比較得到的差值信號(hào)經(jīng)過一定規(guī)律的計(jì)算后得到相應(yīng)的控制值，將控制值送給控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制，不停地進(jìn)行上述工作，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。如果上述過程均由人工參與完成，則該過程為手段控制，如果上述過程全部自動(dòng)實(shí)現(xiàn)則為自動(dòng)控制過程。除了少數(shù)控制要求不高的領(lǐng)域還在運(yùn)用手動(dòng)控制外，現(xiàn)在溫度控制系統(tǒng)均為自動(dòng)控制系統(tǒng)2。2.2溫度控制技術(shù)的現(xiàn)狀與應(yīng)用 針對(duì)各行各業(yè)中的溫度控制對(duì)象，已經(jīng)有了各種具體的溫度控制方法?？傮w上來看，溫度的控制方法按劃分標(biāo)準(zhǔn)不同可分為不同溫度控制

5、方式。按操作途徑分為兩種：手動(dòng)控溫和自動(dòng)控溫；按調(diào)節(jié)原理分，主要有位式、PID、模糊控制、PID加模糊控制等。對(duì)控溫對(duì)象來說，調(diào)節(jié)手段采用調(diào)節(jié)負(fù)載電壓或調(diào)節(jié)功率以實(shí)現(xiàn)溫度控制。前者是調(diào)溫調(diào)壓方式，屬于連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)結(jié)果容易實(shí)現(xiàn)能量平衡，但在調(diào)節(jié)過程中將對(duì)電網(wǎng)造成干擾；后者是調(diào)功方式，屬于斷續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)解過程中實(shí)現(xiàn)能量真正平衡，但對(duì)系統(tǒng)硬件、軟件要求較高。而準(zhǔn)確的測(cè)量和采用合理的溫度控制方式是實(shí)現(xiàn)高精度溫度控制的有效途徑。溫度控制的對(duì)象不同，我們需要設(shè)計(jì)不同的溫度控制裝置，即使有時(shí)候應(yīng)用了相同的控制原理。而且不同的行業(yè)對(duì)溫度的控制要求也各不相同，因此在具體實(shí)際設(shè)計(jì)溫度控制裝置時(shí)我們應(yīng)該考慮實(shí)際需要

6、。半導(dǎo)體制冷器件具有體積小、致冷速度快、可致冷溫度低（多級(jí)串聯(lián)使用時(shí)）、價(jià)格便宜及使用方便等特點(diǎn)，再配合數(shù)字式溫度傳感器、單片機(jī)構(gòu)成一個(gè)小型的溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)，可以得到廣泛的應(yīng)用。例如，在電子、醫(yī)藥及科研實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)室裝置方面：冷箱、電子低溫測(cè)試裝置、各種恒溫、高低溫實(shí)驗(yàn)室儀器；在日常生活方面：冷熱飲水機(jī)、PC機(jī)芯片制冷等。針對(duì)大型罐的熱容較大，在加溫或降溫過程中時(shí)間滯后較大的特點(diǎn)，可以采用分段PID加經(jīng)驗(yàn)預(yù)估的復(fù)合控制方法；在冷藏庫優(yōu)化溫度控制中，可以采用斷續(xù)PID調(diào)溫方法；針對(duì)電廠主汽溫控制可以應(yīng)用神經(jīng)PID控制。大空間溫度控制主要通過給需要控制溫度空間內(nèi)送相應(yīng)溫度流體來實(shí)現(xiàn)熱交換達(dá)到控

7、溫目的。由于空間較大，采用加熱器及傳感器裝置會(huì)增加系統(tǒng)成本及體積，以及也不能保證溫度分布均勻，而往封閉空間送流體，只要控制好輸送介質(zhì)溫度，空間內(nèi)的溫度要求是可以滿足的。這種裝置的應(yīng)用特點(diǎn)是空間較大，相對(duì)封閉。在控制設(shè)備中，除溫度傳感器，A/D轉(zhuǎn)換器，溫度顯示儀表，控制面板，PLC，報(bào)警器和電加熱這些常規(guī)溫控裝置外，還必須包括傳輸介質(zhì)的循環(huán)系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制。在控制過程中，需要同時(shí)監(jiān)測(cè)封閉空間溫度和傳輸介質(zhì)系統(tǒng)的溫度。在具體實(shí)際中，采用冷卻水-空氣熱交換方式的溫控系統(tǒng)，已經(jīng)達(dá)到±0.04的溫控精度。采用氣噴淋系統(tǒng)在較低的成敗下，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超精密環(huán)境±0.05的溫度控制精度。在

8、航天領(lǐng)域中，熱控制實(shí)際就是溫度控制。在衛(wèi)星系統(tǒng)中有些特殊部件對(duì)溫度環(huán)境要求很高，它不僅要求溫度均勻，而且對(duì)其自身各部分的溫度梯度也有嚴(yán)格的限制。這就要求采用高精度的控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊部件的溫度控制。衛(wèi)星溫度控制采用被動(dòng)熱控制技術(shù)和主動(dòng)熱控制技術(shù)。被動(dòng)熱控制技術(shù)通常選擇具有一定熱物理性能的結(jié)構(gòu)材料、表面涂層、隔熱材料、相變材料及熱管等措施，合理安排星體表面與空間環(huán)境之間及星體內(nèi)部?jī)x器部件之間的熱傳遞，使衛(wèi)星各部分處于期望的溫度范圍內(nèi)。其特點(diǎn)在于技術(shù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、工作壽命長(zhǎng)及經(jīng)濟(jì)性能好。主動(dòng)熱控制技術(shù)的主動(dòng)熱控制器一般包括電加熱器、控制器和溫度傳感器三個(gè)部分，構(gòu)成閉環(huán)控制回路。主動(dòng)熱控制的特點(diǎn)在

9、于可適時(shí)調(diào)節(jié)被控對(duì)象的熱傳遞特性，對(duì)外部變化反應(yīng)靈敏，溫度調(diào)節(jié)精度高，但在壽命和可靠性方面受到限制，質(zhì)量和能耗也相應(yīng)增加。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)線圈壓型常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用位式調(diào)節(jié)器來控制加熱功率時(shí)間，由于壓型機(jī)是感應(yīng)加熱電源，非線性特性嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)加熱電源在加熱過程中功率輸出不穩(wěn)定，造成加熱線圈的整體加熱溫度不均勻現(xiàn)象，使線圈定型不準(zhǔn)確，影響電機(jī)質(zhì)量。為了解決這個(gè)問題可采用基于Fuzzy調(diào)整的壓型溫度控制方法。該方法不僅對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化適應(yīng)性強(qiáng)，在對(duì)象模擬結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化時(shí)，也能獲得較好的溫度控制效果。采用Fuzzy控制算法，可以得到精確的可控硅的出發(fā)信號(hào)，使得整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、可靠性

10、高、控制精度高、寬范圍的溫度控制調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了加熱電源的功率調(diào)節(jié)，解決了電視線圈壓型機(jī)加熱源的加熱溫度不均勻的校正和非線形補(bǔ)償問題。如果溫控控制區(qū)域較大，為了全面準(zhǔn)確地測(cè)量并精確地控制空間內(nèi)各部位的溫度，可將空間分為不同溫區(qū)，在不同的位置選擇具有代表性的測(cè)溫點(diǎn)，并采用多路溫度控制系統(tǒng)平行地對(duì)空間內(nèi)溫度進(jìn)行較為精確的控制。如果溫度范圍較大，可在不同溫度階段用不同的儀器進(jìn)行測(cè)量與控制：例如在室溫1500的低、中溫階段，采用雙鉑銠熱電偶與M900微機(jī)溫控儀；在15001800的高溫階段，采用紅外測(cè)溫儀與XMZ數(shù)字顯示儀，并用光學(xué)高溫計(jì)定時(shí)進(jìn)行人工監(jiān)控。干式變壓器溫度控制器是隨干式變壓器而發(fā)展的溫度控制

11、器，它主要用于對(duì)干式變壓器的保護(hù)，防止其繞組溫度過高燒壞而損壞變壓器。此外，它還具有綜合測(cè)溫、顯示功能，可顯示三線繞組的溫度，最高溫度、整定溫度、以及用戶設(shè)定的門級(jí)溫度等；能指示超溫、超高溫、故障狀態(tài)；通過按鍵可更改門級(jí)溫度等，通過遠(yuǎn)距離測(cè)量傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)控制在這方面的應(yīng)用，溫度控制系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)化、智能化，比過去單純采用電子線路進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的控制效果要好得多。熱物理性能、材料力學(xué)性能、磁力學(xué)性能、材料超導(dǎo)性能、光學(xué)物理性能及生物醫(yī)藥研制等的研究和測(cè)試領(lǐng)域需要低溫恒溫器作為進(jìn)行低溫實(shí)驗(yàn)的保障。低溫恒溫器能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)提供低溫環(huán)境，同時(shí)能夠屏蔽外界溫度、空氣及水汽等對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響?，F(xiàn)

12、在在的低溫恒溫器主要采用低溫液體作為冷源來滿足實(shí)驗(yàn)所需要的低溫要求，為了能夠工作較長(zhǎng)時(shí)間，低溫恒溫器大多數(shù)采用了高真空多層絕熱，設(shè)備多為不可拆結(jié)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)過程中部件間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中要求試樣、入射角、反射角角度可調(diào)，因而要對(duì)傳統(tǒng)的低溫恒溫設(shè)備中進(jìn)行實(shí)際改調(diào)，以滿足實(shí)驗(yàn)要求2。2.3 溫度控制系統(tǒng)的的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)于各種不同的溫度控制系統(tǒng)它存在著各種優(yōu)缺點(diǎn)，把握好各個(gè)溫控系統(tǒng)的特點(diǎn)是其更好的利用于所需要的工程中去。溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)及科研工作過程中經(jīng)常遇到的問題。由于控制對(duì)象種類繁多，各自內(nèi)在機(jī)理不同，所建數(shù)學(xué)模型存在一定局限性，且控制對(duì)象普遍具有時(shí)間常數(shù)大、純滯后時(shí)間長(zhǎng)、時(shí)變性較明顯等

13、特點(diǎn)。各種控制方法有著自己的優(yōu)點(diǎn)，也同時(shí)存在不足。位式調(diào)節(jié)最為簡(jiǎn)單，但因沒有真正穩(wěn)定點(diǎn)，余差大，多用于控制指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合。PID調(diào)節(jié)規(guī)律較成熟，具有超前、及時(shí)有力且可以消除余差等作用，但在大偏差時(shí)，容易出現(xiàn)積分飽和，控制時(shí)間過長(zhǎng)參數(shù)整定也很困難，對(duì)象工況不同時(shí)PID參數(shù)應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整才可以獲得較高質(zhì)量指標(biāo)。模糊控制的優(yōu)點(diǎn)是能夠得到較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，并且無需知道被控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，適應(yīng)性強(qiáng)，魯棒性好。單純的模糊控制對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)不利，系統(tǒng)穩(wěn)定性差。而且在恒溫端的溫度波動(dòng)依然很大，且隨著系統(tǒng)的物性參數(shù)的逐漸改變，會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象，難以控制在要求的精度范圍內(nèi)，所以常規(guī)的模糊控制所存在的主要問題

14、是如何提高穩(wěn)態(tài)精度。PID加模糊控制能夠改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)，但需PID參數(shù)進(jìn)行整定，控制指標(biāo)的優(yōu)劣取決于PID參數(shù)的整定結(jié)果2。3 現(xiàn)場(chǎng)可編程FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列（英語：Field Programmable Gate Array, FPGA），是一個(gè)含有可編輯元件的半導(dǎo)體設(shè)備，可供使用者現(xiàn)場(chǎng)程序化的邏輯門陣列元件。 31 FPGA的設(shè)計(jì)流程：下圖是基于EDA軟件的FPGA/CPLD開發(fā)流程框圖，以下將分別介紹各設(shè)計(jì)模塊的功能特點(diǎn)。對(duì)于目前流行的EDA工具軟件，下圖的設(shè)計(jì)流程具有一般性。 原理圖/VHDL文本編輯 綜合 FPGA適配 FPGA編程下載 圖1 應(yīng)用于FPGA的EDA開發(fā)流程F

15、PGA是可編程器件，從而使得其的設(shè)計(jì)過程包括兩個(gè)方面：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)是由FPGA芯片、輸入輸出接口、存儲(chǔ)器以及相應(yīng)的其他硬件，而軟件設(shè)計(jì)就是運(yùn)用Verilog HDL（VHDL）語言寫程序。FPGA是采用的自頂向下的設(shè)計(jì)方式，由最初的系統(tǒng)級(jí)到后面的二級(jí)單元，三級(jí)單元等設(shè)計(jì)。一般來說FPGA的設(shè)計(jì)流程分為下面幾個(gè)部分。3.11功能定義/器件選型 在設(shè)計(jì)FPGA工程之前，就需要我們隊(duì)系統(tǒng)功能的定義和模塊進(jìn)行劃分，另外一點(diǎn)就是要根據(jù)工程的要求，選擇最為合適的設(shè)計(jì)方案和性價(jià)比較高的器件。3.12設(shè)計(jì)輸入一般設(shè)計(jì)輸入分為以下兩種類型：（1）.圖形輸入圖形輸入通常包括原來圖輸入、狀態(tài)圖輸入和

16、波形圖輸入等方法。狀態(tài)圖輸入方法就是根據(jù)電路的控制條件和不同的裝換方式，用繪圖的方法在EDA工具的狀態(tài)圖編輯器上繪出狀態(tài)圖，然后由EDA編譯器和綜合器將此狀態(tài)變化流程圖形編譯綜合成電路網(wǎng)表。波形圖輸入方法則是將待設(shè)計(jì)的電路看成是一個(gè)黑盒子，只需告訴EDA工具該黑盒子電路的輸入和輸出時(shí)序波形圖，就能根據(jù)此完成黑盒子電路的設(shè)計(jì)。原理圖輸入方法是一種類似于傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法的原理圖編輯輸入方式，即在EDA軟件的圖形編輯界面上能完成特定功能的電路原來圖。原理圖由邏輯器件和連接線構(gòu)成，如與門、非門、或門、觸發(fā)器以及含74系列器件功能的宏功能塊，甚至還有一些類似與IP的功能塊。其特點(diǎn)是輸入比較直觀但效率低，

17、不容易維護(hù)，不利于模塊結(jié)構(gòu)的重用、可移植性差，當(dāng)芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，所以的原理圖都等要改動(dòng)。（2）硬件描述語言文本輸入這種方式與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件語言編輯輸入基本一致，就是將使用了某種硬件描述語言的電路設(shè)計(jì)文本，如VHDL的源程序，進(jìn)行編輯輸入。其特點(diǎn)是設(shè)計(jì)與芯片工藝無關(guān)，可以方便的進(jìn)行自頂向下設(shè)計(jì)、輸入效率很高、有利于模塊的劃分和移植、可移植性好、同時(shí)具有很強(qiáng)的邏輯描寫和仿真功能。3.13 功能仿真 功能仿真也可以稱之為前仿真。是指在編譯之前對(duì)用戶所設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行邏輯功能驗(yàn)證，由于沒有延時(shí)信息，所以僅僅是對(duì)功能的初步檢測(cè)。3.14 綜合優(yōu)化綜合，就其字面含義應(yīng)該為把抽象的實(shí)體結(jié)合成單個(gè)或統(tǒng)一的

18、實(shí)體。對(duì)于電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的綜合概念可以表示為:將用行為和功能層次表達(dá)的電子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為低層次的便于具體實(shí)現(xiàn)的模塊組合裝配而成的過程。3.15 仿真在編輯下載前必須利用EDA工具對(duì)適配生成的結(jié)果進(jìn)行模擬測(cè)試，就是所謂的仿真。仿真就是讓計(jì)算機(jī)根據(jù)一定的算法和一定的仿真庫對(duì)EDA設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)，排除錯(cuò)誤。有兩種不同級(jí)別的仿真測(cè)試:時(shí)序仿真和功能仿真。3.16 下載和硬件測(cè)試把適配后生成的下載或配置文件，通過編程器或編程電纜向FPGA進(jìn)行下載，以便進(jìn)行硬件調(diào)試和驗(yàn)證12。3.2 硬件描述語言VHDLVHDL的英文全名是VHDIC，于1983年由美國(guó)國(guó)防部發(fā)起創(chuàng)建，由IEEE進(jìn)一步發(fā)展并在1987

19、年作為“IEEE標(biāo)準(zhǔn)10776”發(fā)布從此，VHDL成為硬件描述語言的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)之一并在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，逐步取代了原有的非標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言。VHDL具有與具體硬件電路無關(guān)和與設(shè)計(jì)平臺(tái)無關(guān)的特性，并具有良好的電路行為描述和系統(tǒng)描述的能力，在語言易讀性和層次化結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用潛力。因此，VHDL的設(shè)計(jì)方法為自頂向下。在EDA技術(shù)應(yīng)用中，自頂向下的設(shè)計(jì)方法，就是在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中各設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)逐步求精的過程。一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程包括從自然語言說明到VHDL的系統(tǒng)行為描述，從系統(tǒng)分解、RTL模型的建立、門級(jí)模型產(chǎn)生到最終的可以物理布線實(shí)現(xiàn)的底層電路，就是從高抽象級(jí)別到低抽象級(jí)別的

20、整個(gè)設(shè)計(jì)周期。后端設(shè)計(jì)還必須包括涉及硬件的物理結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法和測(cè)試。應(yīng)用VHDL進(jìn)行自上而下的設(shè)計(jì)，就是使用VHDL模型在所有綜合級(jí)別上對(duì)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行說明、建摸和仿真測(cè)試。自頂向下的設(shè)計(jì)方法是系統(tǒng)被分解為各個(gè)模塊的集合之后，可以對(duì)設(shè)計(jì)的每個(gè)獨(dú)立模塊指派不同的工作小組。這些小組可以工作在不同地點(diǎn)，甚至可以分屬不同的單位，最后將不同的模塊集成為最終的系統(tǒng)模型，并對(duì)其進(jìn)行綜合測(cè)試和評(píng)價(jià)。圖2給出了自頂向下設(shè)計(jì)流程的框圖說明，它包括如下設(shè)計(jì)階段：（1） 提出設(shè)計(jì)說明書，即用自然語言表達(dá)系統(tǒng)項(xiàng)目的功能特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)等。（2） 建立VHDL行為模型，這一步是將設(shè)計(jì)說明書轉(zhuǎn)化為VHDL行為模型。在這一項(xiàng)目的表

21、達(dá)中，可以使用滿足IEEE標(biāo)準(zhǔn)的VHDL的所有語句而不必考慮可綜合性。（3） VHDL行為仿真。這一階段可以利用VHDL仿真器對(duì)頂層系統(tǒng)的行為模型進(jìn)行仿真測(cè)試，檢查模擬結(jié)果，繼而進(jìn)行修改和完善。（4） VHDL-RTL級(jí)建模。如上述，VHDL只有部分語句集合可用于硬件功能行為的建模，因此在這一階段，必須將VHDL的行為模型表達(dá)為VHDL行為代碼。（5） 前端功能仿真。在這一階段對(duì)VHDK-RTL級(jí)模型進(jìn)行仿真，稱為功能仿真。（6） 邏輯綜合。使用邏輯綜合工具將VHDL行為級(jí)描述轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的門級(jí)電路。（7） 測(cè)試向量生成。這一階段主要是針對(duì)ASIC設(shè)計(jì)的。FPGA設(shè)計(jì)的時(shí)序測(cè)試文件主要產(chǎn)生于適

22、配器。對(duì)ASIC的測(cè)試向量文件是綜合器結(jié)合含有版圖硬件特性的工藝庫后產(chǎn)生的，用于對(duì)ASIC的功能測(cè)試。（8） 功能仿真。利用獲得的測(cè)試向量對(duì)ASIC的設(shè)計(jì)系統(tǒng)和子系統(tǒng)的功能進(jìn)行仿真。（9） 結(jié)構(gòu)綜合。主要將綜合產(chǎn)生的表達(dá)邏輯連接關(guān)系的網(wǎng)表文件，結(jié)合巨日的目標(biāo)硬件環(huán)境進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)單元調(diào)用、布局、布線和滿足約束條件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置，即結(jié)構(gòu)綜合。（10） 門級(jí)時(shí)序仿真。在這一階段將使用門級(jí)仿真器或使用VHDL仿真器進(jìn)行門級(jí)時(shí)序仿真，在計(jì)算機(jī)上了解更接近硬件目標(biāo)器件工作的功能時(shí)序。（11） 硬件測(cè)試。這是對(duì)最后完成的硬件系統(tǒng)進(jìn)行檢查和測(cè)試。 與其他的硬件描述語言相比，VHDL具有較強(qiáng)的行為仿真級(jí)與綜合級(jí)的建

23、模功能，這種能遠(yuǎn)離具體硬件，基于行為描述方式的硬件描述語言恰好滿足典型的自頂向下的設(shè)計(jì)方法，因而能順應(yīng)EDA技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，解決現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)應(yīng)用中出現(xiàn)的各類問題。4、小結(jié) 近幾年來，隨著中國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人民生活水的不斷提高，空調(diào)數(shù)量顯著增加，空調(diào)技術(shù)也不斷提高，傳統(tǒng)的空調(diào)在空氣調(diào)節(jié)方面和空氣污染方面存在的問題也相應(yīng)的解決了。當(dāng)然也存在相應(yīng)的負(fù)面問題，耗能的日益增加已成為我國(guó)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。如何降低空調(diào)能耗，實(shí)現(xiàn)空調(diào)自動(dòng)控制，利用空調(diào)改善室內(nèi)溫度，延長(zhǎng)空調(diào)使用壽命已成為當(dāng)前首要課題。6、參考文獻(xiàn) 1 王曉輝，基于FPGA的溫度

24、控制電路測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，西安工業(yè)大學(xué)，20132 柯維娜、蔡國(guó)飆、朱定強(qiáng)，溫度控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用綜述，北京航空航天大學(xué)3 張永堅(jiān)，空調(diào)技術(shù)的發(fā)展與前景，百度文庫4 魏巍、劉京、趙加寧，電信基站用新風(fēng)冷卻熱換裝置的開發(fā)應(yīng)用研究J，電信電工技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，20065 黃志偉，F(xiàn)PGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐M，北京：清華大學(xué)出版社。2007 5 黃志偉，F(xiàn)PGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐M，北京：清華大學(xué)出版社。2007 6 席在芳、歐青立、曾照福，空調(diào)控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐J，實(shí)驗(yàn)管理，2008     7周立功，EDA實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20078 陳傳好

25、，空調(diào)電機(jī)集散式微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)J，電機(jī)電器技術(shù)，2009 李溯、田成方，模糊控制技術(shù)在空調(diào)器上的應(yīng)用J，北方工業(yè)大學(xué)學(xué)10 江億、朱偉峰，暖通空調(diào)系統(tǒng)傳感器的故障檢測(cè)J，清華大學(xué)學(xué)，2009 12 潘松 黃繼業(yè). EDA技術(shù)實(shí)用教程. 北京：科學(xué)出版社，200513 潘松 黃繼業(yè). EDA技術(shù)與VHDL. 北京：清華大學(xué)出版社，200514 李杰智，空調(diào)器出廠檢驗(yàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)J，電機(jī)電器技術(shù)，200715 李宗伯，VHDL設(shè)計(jì)表示和綜合. 王蓉暉譯， 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200216 李樹江，多聯(lián)機(jī)小型商用集中空調(diào)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，沈陽工業(yè)大學(xué)，2007 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題

26、 報(bào) 告開題報(bào)告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要內(nèi)容和要求；四、研究方法、步驟和措施 開 題 報(bào) 告1、 一、課題的目的與意義 隨著我國(guó)近幾年來空調(diào)業(yè)得迅猛發(fā)展與空調(diào)的普遍應(yīng)用，其能耗占我國(guó)總能耗的比重日益增大，已成為我國(guó)部分地區(qū)能源及電力供需矛盾的主要原因之一，而且由于空調(diào)回風(fēng)等問題很難保證室內(nèi)人員獲得的新風(fēng)質(zhì)量。我國(guó)已成為世界上空調(diào)用戶最多的國(guó)家，也是“空調(diào)病”發(fā)病率最多的國(guó)家。因此如何改善和提高空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率，減少能耗，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，已成為我國(guó)空調(diào)業(yè)發(fā)展的一個(gè)急需解決的問題，比如電信、移動(dòng)的基站。 本次用FPGA設(shè)計(jì)空調(diào)控制器對(duì)如何降低空調(diào)能耗，開發(fā)

27、周期短，可移植性好，升級(jí)靈活等有重要意義。2、 課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 目前，國(guó)內(nèi)外空調(diào)控制器的實(shí)現(xiàn)方法有很多種： （1）基于ARM7的空調(diào)控制器的實(shí)現(xiàn)。這種方法的缺點(diǎn)是PID控制參數(shù)調(diào)整有一定的難度，并且應(yīng)用程序不夠完善。 （2）用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的接口性能比較良發(fā)好，容易實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口。但是由于單片機(jī)集成度通常較低，系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。 （3）基于嵌入式的VRV空調(diào)控制器的研究。 （4）利用特殊用途的芯片實(shí)現(xiàn)。這種方案的缺點(diǎn)是靈活性差，而且開發(fā)工具很不完善8。 （5）用FPGA等可編程器件來設(shè)計(jì)空調(diào)控制器。由于FPGA產(chǎn)品的迅速發(fā)展，人們可

28、以利用Altera、Xilinx等公司提供的產(chǎn)品，使用其相關(guān)開發(fā)工具和VHDL等硬件開發(fā)語言，通過軟件編程用硬件實(shí)現(xiàn)特定的功能。這一方法由于具有通用性的特點(diǎn)并可以實(shí)現(xiàn)其他功能，因此目前都是有比較活躍的研究領(lǐng)域。三、課題主要內(nèi)容和要求 3.1 總設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)以FPGA為核心控制器件，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器進(jìn)行溫濕度采集，將采集到的溫濕度數(shù)字直接以數(shù)字信號(hào)傳輸給FPGA控制器，與用戶設(shè)置的溫濕度進(jìn)行比較，然后進(jìn)行相應(yīng)溫濕度調(diào)節(jié)以達(dá)到用戶的要求。根據(jù)用戶的定時(shí)對(duì)空調(diào)的濕度進(jìn)行比較，然后進(jìn)行相應(yīng)溫濕度調(diào)節(jié)以達(dá)到用戶的要求。根據(jù)用戶的定時(shí)對(duì)空調(diào)的開關(guān)進(jìn)行控制。 開始 系統(tǒng)初始化 溫濕

29、度采集定時(shí)時(shí)間對(duì)比 Y 溫濕度與設(shè)定值對(duì)比 N 啟動(dòng)調(diào)節(jié) Y 結(jié)束 圖2 3.2 硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容 研究方硬件電路主要包括電源電路、石英晶振、溫濕度傳感器、FPGA控制器、時(shí)鐘、LCD1602顯示、按鍵組成。本設(shè)計(jì)采用Altera公司高性價(jià)比FPGA，溫度傳感器采用高精度數(shù)字溫度傳感器DS18B20。整個(gè)電路的工作原理是由50MHz石英晶振FPGA提供時(shí)鐘信號(hào),數(shù)字式溫濕度傳感器將采集的溫濕度信息以數(shù)字信號(hào)的形式直接傳遞給FPGA芯片，用戶也可通過按鈕根據(jù)需要自己設(shè)定溫濕度值。采集溫度和設(shè)定溫度都送給FPGA控制器，控制器通過對(duì)兩個(gè)溫度值的比較做出判斷，當(dāng)測(cè)量溫度大于設(shè)定溫度時(shí)就想空調(diào)的電機(jī)發(fā)出

30、制冷的控制信號(hào)；當(dāng)測(cè)量溫度小于設(shè)定溫度時(shí)，則發(fā)出一加熱的控制信號(hào)；當(dāng)兩者相等時(shí)則不制冷也不加熱。通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換來達(dá)到改變環(huán)境溫度的目的。同時(shí)，F(xiàn)PGA還可以對(duì)設(shè)定溫度進(jìn)行定時(shí)，并將定時(shí)的時(shí)間、測(cè)量溫度和設(shè)定溫度的值通過LCD1602顯示出來。按鍵輸入按鍵輸入溫度傳感器溫度傳感器液晶顯示 FPGA 控制器濕度傳感器 時(shí)鐘輸入JTAG下載電源 圖3 3.3軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容在QuartusII11.0平臺(tái)使用VHDL語言編寫，主體程序采用了狀態(tài)機(jī)作為主要控制方式。程序中主要使用了狀態(tài)機(jī)對(duì)溫濕度傳感器進(jìn)行了時(shí)序控制，通過一些命令使溫濕度傳感器采集獲得溫濕度值傳送到FPGA控制器。最后將數(shù)據(jù)送給LCD顯示電路進(jìn)行顯示，從而可以實(shí)時(shí)地觀察到溫濕度變化，同時(shí)LED閃爍進(jìn)行模擬空調(diào)電機(jī)運(yùn)作。根據(jù)用戶的要求可以進(jìn)行定時(shí)。 FPGA液晶顯示驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)鐘編程及定時(shí)模塊總控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理模塊濕度傳感器控制模塊溫度傳感器控制模塊 圖4 3.4 設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)是利用FPGA實(shí)現(xiàn)空調(diào)溫度控制的設(shè)計(jì)。1 研究可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)了解ACEX1K器件和ISPAC20器件2 掌握數(shù)字