基于FPGA的温度检测和PWM风冷系统的设计.doc

第一章 引 言 1.1 课题介绍 本文介绍了一种采用集成温度传感器MAX6作为温度检测元件，以FPGA为核心的温度测量仪，该系统可以方便地实现温度的测量　　温度测量电路的测温范围在0℃～0℃之间,分辨率为1℃,测温时间1秒。电路中采用公司的。整个电路用Altera 公司的系列的FPGA进行了硬件仿真实现,电路设计灵活,便于修改。 FPGA在集成电路设计应用中占有重要地位，现场可编程性是FPGA最突出的优点。用户通过利用强大的开发工具，能在最短时间内对FPGA内部逻辑进行反复设计及修改，直至满意为止，这大大缩短了产品设计开发周期，提高了最终产品性能。因而FPGA以其独有的技术优势在电子设计领域得到越来越广泛的应用。Verilog HDL是目前应用最为广泛的硬件描述语言Verilog HDL可以用来进行各种层次的逻辑设计，也可以进行数字系统的逻辑综合，仿真验证和时序分析等。Verilog HDL适合算法级，寄存器级，逻辑级，门级和版图级等各个层次的设计和描述Verilog HDL进行设计最大的优点是其工艺无关性这使得工程师在功能设计，逻辑验证阶段可以不必过多考虑门级及工艺实现的具体细节，只需根据系统设计的要求施加不同的约束条件，即可设计出实际电路温度测量广泛应用于工农业生产和人们的日常生活，如大型饲养场和家用空调等。在众多的测温系统中，测温元件常常选用热敏电阻、半导体测温二极管以及集成模拟温度传感器（如AD590）等器件，中间环节则由低通滤波、多路转换、信号放大、模数转换等几个部分组成。由于以上各类温度传感器及其它器件的互换性差，温漂和非线性误差较大，因此，整个测温系统的测量误差也随之增大；同时，由于中间环节较多，系统抗干扰性能往往也不理想。用MAX6577作为温度传感器可在保证测温准确度的前提下，简化设计，降低成本。该系统有着广泛的应用，如电子元件和设备的工作温度检测、智能环境温度监测、粮仓温度监测、大棚温度监测等。用FPGA实现的PWM波形发生器,并且可以方便地通过改变FPGA外接的晶振的频率来提高占空比的调节精度控制精度高控制方式灵活FPGA器件广泛地应用于计算机硬件工业控制智能仪表家用电器等领域。总之FPGA的出现正在被看作是电路器件和电路设计领域内的一场革命。　　FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic?Cell?Array）这个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable?Logic?Block）、输出输入模块IOB（Input?Output?Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。CLBCLB以N*N阵列形式分布在FPGA芯片中；I/OB是芯片外部引脚数据与内部进行数据交换的接口电路。通过编程可将I/O引脚设置成输入、输出和双向等不同的功能，I/OB分布在芯片的四周。CLB之间的空隙部分是布线通道，布线通道给CLB和IOB的输入输出提供互联的路径。 图2-1 FPGA内部结构图 　　FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式FPGA的配置模式：并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式；主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。 FPGA的基本特点主要有 1、采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的片。?2、FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 3FPGA内部有丰富的触发器和IO引脚。 4FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 5FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。 可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。 脉宽调制PWM（Pulse Width Modulation）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换