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1、湖南文理學(xué)院課程設(shè)計報告課程名稱：通信系統(tǒng)課程設(shè)計專業(yè)班級：通信1101班學(xué)號（06位）學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：戴正科完成時間：2014年11月21日報告成績：評閱意見：評閱教師日期2014.11.21基于FPGA的智能溫度控制的設(shè)計目錄1.設(shè)計題目12.設(shè)計要求13.設(shè)計作用與目的14.所用設(shè)備（儀器）和軟件25.系統(tǒng)設(shè)計方案25.1系統(tǒng)總體設(shè)計25.2工作原理35.2.1溫度控制系統(tǒng)特性研究36.智能溫度控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計46.1系統(tǒng)方案設(shè)計46.1.1FPGA與DAC0832結(jié)合的目的46.1.2系統(tǒng)需求分析46.1.3系
2、統(tǒng)需求分析56.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)66.2.1調(diào)試/配置電路67.智能溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計87.1軟件總體設(shè)計87.1.1設(shè)定定義87.1.2VHDL實現(xiàn)87.2軟件程序設(shè)計97.2.1分頻模塊97.2.2鍵盤模塊107.2.3ADC0809控制模塊117.2.4三模塊連接在一塊137.3本章小結(jié)158.實驗調(diào)試結(jié)果158.1實驗條件158.2實驗結(jié)果及分析158.3本章小結(jié)179.設(shè)計中的問題及解決方法1710.設(shè)計心得1811.參考文獻1812.附錄181.設(shè)計題目基于FPGA的智能溫度控制的設(shè)計2.設(shè)計要求通過前向溫度采集電路
3、，采集當(dāng)前孵化器內(nèi)部的溫度信號，將采集到的模擬信號通過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)變?yōu)镕PGA可控的數(shù)字信號，F(xiàn)PGA芯片根據(jù)輸入的當(dāng)前實際溫度，控制輸出合理的數(shù)字信號，再由DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬信號，輸入到后向加熱執(zhí)行電路，以此來完成對整個孵化器的溫度控制。整個系統(tǒng)中，帶有溫度傳感器的前向溫度采集電路作為系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)，實時反映當(dāng)前環(huán)境的具體溫度。3.設(shè)計作用與目的在空間生命科學(xué)試驗中，生命培養(yǎng)模擬地面環(huán)境要求，主要研究宇空間因素，如失重、宇宙輻射、真空、高溫（或低溫）等對生命過程的影響。其中溫度對空間生命的生存有直接
4、作用，是空間生物學(xué)研究的主要對象。同時由于空間、體積、電功率的限制，對電功率加熱器和控制電路方面盡量做到節(jié)能、低功耗、小體積。假設(shè)模擬地面培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度在18℃。這樣對控制精度和芯片必須有更高的要求。傳統(tǒng)的溫度控制方法以設(shè)定為臨界點，超出設(shè)定允許范圍即進行溫度調(diào)控，低于設(shè)定值就加熱，反之就停止或降溫。這種方法實現(xiàn)簡單、成本低，但控制效果不理想，控制溫度精度不高、達到穩(wěn)定點的時間也長，因此，只能用在精度要求不高的場合。對于空間生命科學(xué)的溫度控制，這樣的控制過程遠遠達不到控制要求。FPGA是通過硬件語言描述實現(xiàn)并行計算機功能的硬
5、件電路。應(yīng)用FPGA實現(xiàn)PID控制可以提高PID運算的速度，避免了用單片機實現(xiàn)PID控制按順序執(zhí)行命令對運行速度延時性，非線性的影響。同時FPGA實現(xiàn)的PID控制的內(nèi)在電路可以根據(jù)現(xiàn)實需要進行修改，提高了系統(tǒng)的靈活性。采用智能PID控制溫度則具有測量控制精度高、成本低、體積小、功耗低的優(yōu)點。將傳統(tǒng)的電路溫度控制用芯片取代，因此利用FPGA實現(xiàn)PID的智能溫度控制具有深遠的意義4.所用設(shè)備（儀器）和軟件整個系統(tǒng)的主芯片采用PFGA即現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)PGA在結(jié)構(gòu)上由邏輯功能塊排列為陣列，并且有可編程的內(nèi)部連線連接功能塊實現(xiàn)的
6、一定的邏輯功能。FPGA由掩膜可編程門陣列可編程邏輯器件演變而來，它具有門陣列的高邏輯密度和通用性，還具有用戶可編程的特性。利用功率繼電器的通斷作為自動開關(guān)，控制設(shè)定值與控制輸入量的關(guān)系，通過串口模塊和上位機進行通訊，進一步實現(xiàn)在用戶操作界面上進行在線修改，時間采樣、圖形顯示、數(shù)據(jù)保存等功能5.系統(tǒng)設(shè)計方案5.1系統(tǒng)總體設(shè)計近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷以下三個階段：第一階段是傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件）；第二個階段是模擬集成的溫度傳感器/控制器；第三個階段是智能溫度傳感器。在近幾年中，國際上的許多國家已經(jīng)研發(fā)出
7、關(guān)于智能溫度控制器的系列產(chǎn)品。智能溫度控制器具有可以輸出溫度控制量以及與溫度數(shù)據(jù)相關(guān)的，適配各種微型控制器特點；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件實現(xiàn)測試控制功能的，其智能化程度取決于軟件的開發(fā)水平。智能溫度傳感器最大的有點就是能對現(xiàn)場測量到溫度值進行數(shù)據(jù)處理和傳輸，并與上位機進行數(shù)據(jù)通信。二十世紀九十年代中期智能溫度控制器問世了，智能溫度控制器是在微電子技術(shù)與計算機技術(shù)還有自動測試技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物。二十一世紀以后，智能溫度傳感器正朝著精度高、功能強、標準化總線、安全性、可靠性、進一步開發(fā)虛擬網(wǎng)絡(luò)溫度控制器、研制溫度測量還有溫度控
8、制系統(tǒng)，這些高科技的方向迅速發(fā)展。1.改善低精度和低分辨率過去生產(chǎn)的智能溫度傳感器存在著精度低和分辨力差的缺點，并且均采用最常用的8位數(shù)模轉(zhuǎn)化器。現(xiàn)在很多智能溫度的廠家都針對提升精度和提高分辨力方面做足了工作，分辨力達到了0.5～0.0625℃，測溫精度達到±0.5℃，數(shù)模轉(zhuǎn)換器也從8位擴
