基于fpga的多路温度采集与处理系统的设计本科毕业设计(编辑修改稿)

基于fpga的多路温度采集与处理系统的设计本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

外，由于整个 SDRAM控制器用 VHDL语言编写，只要对其进行简单的修改就可以满足不同的需求，具有很强的灵活性。 配置方式及其特 点、用途 现场可编程门阵列 FPGA是一种高密度可编程逻辑器件，其逻辑功能是通过把设计生成的数据文件配置进芯片内部的静态配置数据存储器（ SRAM）来实现的，具有可重复编程性，可以灵活实现各种逻辑功能。 由于 SRAM的易失性，每次系统上电时必须重新配置数据，即 ICR（ InCircuit Reconfigurability）。 只有在数据配置正确的情况下，系统才能正常工作。 因此需要外接 ROM保存其配置数据。 FPGA的配置是有时序要求的，如果 FPGA本身不能控制配置时序，就需要外部配置器件来进行时序控制。 以 Altera公司的 FPGA为例，因其本身不能控制时序，就有专用的 EPC系列配置器件供其使用。 在嵌入式系统中，因为含有微处理器，可以使用微处理器产生配置时序，将保存在系统 ROM中的配置数据存储到FPGA中。 所以没有必要使用专用的 EPC系列配置器件来配置 FPGA。 这样不仅节约了成本，还有效地缩小了系统体积。 Altera公司生产的具有 ICR功能的 FPGA器件有 FLEX6000、 FLEX10K、 APEX和 ACEX等系列，它们可以用以下方式进行配置：  使用专用 EPC配置器件，如 EPC1 EPC EPC EPC1。  被动串行方式 (PS)，使用微处理器的串行接口； 过加强型配置器件（ EPC16， EPC8， EPC4）等配置器件来完成；  被动并行同步方式（ PPS），使用微处理器的并行同步接口； 9  被动并行异步方式（ PPA），使用微处理器的并行异步接口；  边界扫描方式（ JTAG），使用 JTAG下载电缆。 使用 IEEE Std 边界扫描接口引脚，支持 JAM STAPL标准，可以使用 Altera下载电缆或主控器来完成；  6AS主动串行配置方式，目前只支持 Cyclone系列。 使用 Altera串行配置器件来完成。 Cyclone期间处于主动地位，配置期间处于从属地位。 配置数据通过 DATA0引脚送入 FPGA。 配置数据被同步在 DCLK输入上， 1个时钟周期传送 1位数据。 光耦的介绍 光耦的简介 光耦合器（ opticalcoupler，英文缩写为 OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。 它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管 LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。 当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出 ，从而实现了“电 — 光 — 电”转换。 以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。 耦合器以光为媒介传输电信号。 它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。 目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。 光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。 输入的电信号驱动发光二极管（ LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。 这就完成了电 — 光 — 电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。 由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。 又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。 所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。 在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。 光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实 现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。 光耦合器是 70 年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电路 (SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。 在单片开关电源中，利用线性光 10 耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。 光电耦合的主要特点如下： 输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大 于 10000MΩ，耐压一般可超过1KV，有的甚至可以达到 10KV 以上。 由于光接收器只能接受光源的信息，反之不能，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。 .由于发光器件（砷化镓红外二极管）是阻抗电流驱动性器件，而噪音是一种高内阻微电流电压信号。 因此光电耦合器件的共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。 .容易和逻辑电路配合。 响应速度快。 光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。 无触点、寿命长、体积小、耐冲击。 本设计中使用 的光耦的介绍 本设计中使用的是光耦是 TLP521， TLP521 是可控制的光电耦合器件，光电耦合器广泛作用在电脑终端机，可控硅系统设备，测量仪器，影印机，自动售票，家用电器，如风扇，加热器等 TLR521 2 和 4 组成的砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管。 该TLP5212提供了两个鼓励的光耦 8 引脚塑料封装，而 TLP5214提供了 4个鼓励的光耦中 16 引脚塑料 DIP 封装 集电极 发射极电压： 55V（最小值） 经常转移的比例： 50%(最小 ) 隔离电压： 2500Vrms（最小） 11 图 35 TLP521 TLP5212 TLP5214 光耦内部结构图及引脚图 温度传感器 18b20的介绍 DSl820 数字温度计提供 9位 (二进制 )温度读数，指示器件的温度。 信息经过单线接口送入 DSl820或从 DSl820送出，因此从主机 CPU到 DSl820仅需一条线 (和地线 )， DSl820 的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。 因为每一个DSl820 在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个 DSl820 可以存放在同一条单线总线上。 这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。 DSl820 的测量范围从 55℃到 +125℃，增量值为 ℃，可在 l s(典型值 )内把温度变换成数字。 每一个 DSl820 包括一个唯一的 64 位长的序号，该序号值存放在 DSl820 内部的 ROM(只读存贮器 )中。 开始 8位是产品类型编码 (DSl820 编码均为 10H)。 接着的 48 位是每个器件唯一的序号。 最后 8位是前面 56 位的 CRC(循环冗余校验 )码。 DSl820 中还有用于贮存测得的温度值的两个 8 位存贮器 RAM 编号为 0 号和 1号。 1号存贮器存放温度值的符号，如果温度为负 (℃ )，则 1号存贮器 8位全为1 否则全为 0。 0 号存贮器用于存放温度值的补码， LSB(最低位 )的“ 1”表示 ℃。 将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以 2 就得到被测温度值(550℃ 125℃ )。 DSl820 的引脚如下图所示。 每只 DS18B20 都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式采取数据总线供电方式。 采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长；采取外部供电方式则多用一根导线，但测量速度较快。 图 36 DS18B20的引脚 管脚定义： ：地； ：数字输入 /输出； ：可选的 +5V 电源 温度计算： Ds1820 用 9 位存贮温值度，最高位为符号位，下图为 18b20 的温度存储方式，负温度 S=1，正温度 S=0。 如： 00AAH 为 +85℃ ,0032H 为 25℃， FF92H 为55℃ 温度寄存器格式： LS字节： 表 31 12 MS字节： 表 32 Ds18b20 用 12 位存贮温值度，最高位为符号位，下图为 18b20 的温度存储方式负温度 S=1，正温度 S=0 如： 0550H 为 +85℃， 0191H 为 ℃ ,FC90H为 55℃ 温度寄存器格 式： LS 字节： 表 33 MS字节： 表 34 液晶 12864 介绍 12864 的特性 FYD128640402B是一种具有 4位 /8位并行、 2线或 3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128 64, 内置 8192个 16*16点汉字，和 128个 16*8点 ASCII字符集 .利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形 界面。 可以显示 8 4行 16 16点阵的汉字 . 也可完成图形显示 .低电压低功耗是其又一显著特点。 由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。 基本特性 :  低电源电压（ VDD:++）  显示分辨率 :128 64 点  内置汉字字库，提供 8192 个 16 16 点阵汉字 (简繁体可选 )  内置 128 个 16 8 点阵字符  2MHZ 时钟频率  显示方式： STN、半透、正显  驱动方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS  视角方向： 6 点 26 25 24 23 22 21 20 21 S S S S S S S S 26 25 24 23 22 21 20 21 S S S S S 26 25 24 13  背光方式：侧部高亮白色 LED，功耗仅为普通 LED 的 1/5— 1/10  通讯方式：串行、并口可选  内置 DCDC 转换电路，无需外加负压  无需片选信号，简化软件设计  工作温度 : 0℃ +55℃ ,存储温度 : 20℃ +60℃ 管脚定义 表 35 管脚号 管脚名称 电平 管脚功能描述 1 VSS 0V 电源地 2 VCC +5V 电源正 3 V0 对比度（亮度）调整 4 R。