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基于 FPGA 的智能温度采集控制器

指导老师：袁宇丹 项目组员：夏云飞 胡雪峰 彭杨益 彭羽. 基于 FPGA 的智能温度采集控制器. 主要内容. 项目需求分析 方案对比 总体设计思想 开发环境介绍及硬件介绍 设计框架 项目难点 项目拓展 项目进程.

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基于 FPGA 的智能温度采集控制器

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Presentation Transcript

  1. 指导老师：袁宇丹 项目组员：夏云飞 胡雪峰 彭杨益 彭羽 基于FPGA的智能温度采集控制器

  2. 主要内容 • 项目需求分析 • 方案对比 • 总体设计思想 • 开发环境介绍及硬件介绍 • 设计框架 • 项目难点 • 项目拓展 • 项目进程

  3. 温度是生活中最基本的环境参数。温度的监测与控制，对于生物生存生长，工业生产发展都有着非同一般的意义。温度传感器的应用涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、消费电子产品和专用设备等各个领域。传统的常用温度传感器有热电偶、电阻温度计RTD和NTC热敏电阻等。但信号调理，模数换及恒温器等功能全都会增加成本。现代集成温度传感器通常包含这些功能，并以其低廉的价格迅速地占据了市场。温度是生活中最基本的环境参数。温度的监测与控制，对于生物生存生长，工业生产发展都有着非同一般的意义。温度传感器的应用涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、消费电子产品和专用设备等各个领域。传统的常用温度传感器有热电偶、电阻温度计RTD和NTC热敏电阻等。但信号调理，模数换及恒温器等功能全都会增加成本。现代集成温度传感器通常包含这些功能，并以其低廉的价格迅速地占据了市场。 所以，一款成本合理，采集精度高的可控温度智能采集系统正是市场的迫切需求，为本次项目提供了良好的市场保障。本课题旨在分析和设计基于数字化一线总线技术的温度测控系统。 需求分析

  4. 几种方案的比较

  5. 鉴于刚刚的各方案的比较，以及FPGA的诸多优点，本次项目采用FPGA实现一个温度采集控制器，用于传感器和上位机的连接所应用的传感器为DSl8820。 系统通过传感器检测温度，然后经过模数转换器将对应的数值送入FPGA；再通过键盘输入目标温度值；并将这两个数值全部显示出来，并对两数值进行比较，以确定升温或降温。 总体设计思想

  6. 开发环境以及硬件介绍 • 可编程门阵列（FPGA）的介绍 • 现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是当今应用最广泛的一类可编程专用集成电路(ASIC)。FPGA作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。电子设计工程师利用它可以在办公室或实验室里设计出所需的专用集成电路，从而大大缩短了产品上市时间，降低了开发成本。此外，可编程逻辑器件还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性。这使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改，极大地提高了电子系统设计的灵活性和通用性。 DYA：定义您的缩写词！

  7. 开发环境以及硬件介绍 • 温度传感器DS1820特点 • 适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电 • 独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯 • DS18B20 支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 • DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 • 温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃ • 可编程的分辨率为 9～12 位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、 0.25℃、0.125℃和 0.0625℃，可实现高精度测温 • 在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快 • 测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力 • 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

  8. 开发环境以及硬件介绍 • QuanusII、Modelsim SE 开发平台 • 用于模块的仿真与功能验证 • Xilinx开发软件 • 下载到开发版 • VC++平台 • 人机交互界面 • verilog语言 • 模块的功能实现 • MSCOMM控件 • 实现串口通信

  9. 设计框架 • 此次工程实践研究的主要研究的内容在控制器逻辑功能模块。FPGA实现的控制器处于PC端上与温度传感器DS18B20中间。FPGA的主要设计任务便是接收从串口得来的PC端上位机命令，通过内部状态机逻辑的判断和控制，通过Data Path将命令传达至温度传感器DS18B20，并将命令的执行结果返回给上位机。FPGA主要实现一个收发器，多两边起沟通作用。 • 本次设计采用自顶向下的设计方法，主要分解为各大模块，最后通过端口映射的方法，完成整体的设计。各大功能模块均用verilog语言编程，FPGA是系统的核心，在QuanusII开发平台上，实现各大功能模块。

  10. 设计框架

  11. 技术重点

  12. 项目拓展

  13. 日程 第 1 行 第 2 行 第 3 行 第 4 行 第 5 行 第 6 行 第 7 行 第 8 行 十一月 二月 三月 结题 十二月 一月 开题 模块编写 封装、仿真、功能调试 拓展功能 结题！

  14. 感谢各位老师的批评指导

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