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1、陕西理工学院毕业设计题 目 基于VHDL的空调温度控制系统的设计 学生姓名 王俊 学号 1213014057 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 电子1202班 完成地点 博远楼C1019 2016年6月12日陕西理工学院毕业设计基于VHDL的空调温度控制系统的设计 作者：王俊 （陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息工程专业1202班, 陕西 汉中723000） 指导老师：王婷 摘要 本论文主要完成了基于VHDL的空调温度控制系统的设计。本设计采用了温度传感器DS18B20，Altera公司ACEX 1K系列的EP1K30TC144-3控制器。控制器部分采用VHDL语言编写，硬件主要
2、有六大模块：温度设置模块、定时模块、LED显示模块、分频模块、FPGA控制器模块、DS18B20温度传感器设置模块。最后实现使用FPGA比较设置温度与测量所得温度，并发出指令给空调电机执行部分，按设置的时长实现升温或降温，当设置温度与测量温度相等时，不执行调节温度功能。另外根据输入数据的变化和温度传感器测量得到的温度同步变化LCD上显示。利用 Quartus II 软件进行仿真。关键词 FPGA；温度测控；VHDL；DS18B20The Design Of Air Conditioning Temperature Control System Based On VHDLThe author:W
3、angjun （Grade12,Class 02,Major of Electronic information engineering,School of physics and telecommunication engineering,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi）Tutor: WangTing abstract:This thesis mainly completed the design of air conditioning temperature control system based on V
4、HDL. This design uses the temperature sensor DS18B20, Altera company ACEX 1K series of EP1K30TC144-3 controller. The controller part adopts VHDL language, Hardware mainly have six modules: temperature setting module, regular module, LED display module, points frequency module, FPGA controller module
5、. finally realize the FPGA set temperature and compared using the temperature measurement, and sent out the instructions to air conditioner motor executive part, according to the set time heating or cooling realized, when set temperature and measuring temperature equal, not to enforce temperature ad
6、justment function. In addition to the change of the data according to the input and temperature sensor measuring the temperature change get synchronous displayed on the LCD. Use Quartus II was simulated.Key words:FPGA;temperature measurement and control; VHDL;DS18B20 目录1绪论11.1 课题的背景及国内外研究概况11.2 课题的内
7、容及方法22 可编程逻辑器件32.1 可编程逻辑器件介绍32.1.1 PLD的发展历程32.1.2 可编程逻辑器件的结构32.1.3 可编程逻辑器件的分类32.1.4 可编程逻辑器件的应用前景和趋势42.2 EDA技术52.3 VHDL语言52.3.1 VHDL的特点52.3.2 VHDL的设计步骤53系统及电路方案选择63.1 空调技术概述63.2 方案论证与确定63.2.1 方案的选择63.2.2 方案论证与确定74 硬件电路设计84.1 硬件整体结构及原理84.2 高精度数字传感器DS18B2084.2.1 温度传感器的介绍84.2.2 温度传感器的选择84.3 LED显示电路114.4
8、 系统总电路图125 系统软件设计及仿真145.1 温度设置模块设计及仿真145.2 定时模块设计及仿真155.3 控制模块设计及仿真185.3.1 控制模块下的温度模块设计及仿真195.3.2 控制模块下的FPGA控制器模块设计及仿真205.3.3 控制模块整体设计及仿真215.4 显示模块设计及仿真225.5 分频模块设计及仿真245.6 基于VHDL的空调控制系统综合仿真25总 结27致 谢28参考文献29附录A 外文翻译30附录B 源程序351绪论1.1 课题的背景及国内外研究概况随着信息化和数字化的不断发展，数字集成电路扮演着愈来愈重要的角色，在当今社会具有重要的应用价值。它由初期的
9、电子管、晶体管、小中规模集成电路，发展到超大规模集成电路(VLSIC，几万门以上)和很多具备特定性能的专用集电路。然而，随着科学技术的不断前进，制造设计集成电路的任务己不在由半导体厂商亲自担当。电子设计师们愈加喜爱自己设计的专用集成电路(ASIC)芯片，而且有望ASIC的设计周期尽量短，尽可能在实验室里能够设计出符合的ASIC芯片，然后投入生活应用当中，于是涌现了现场可编程逻辑器件(FPLD)，一个使用最广泛的现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。大规模可编程逻辑器件CPLD与FPGA为现今使用最普遍的两类可编程专用集成电路，电子设计工程师借助它能够在实验室里设计出实用
10、的专用集成电路，于是大大降低了产品的上市时期，使开发本钱减少。另外，可编程逻辑器件还拥有静态可重复编程与动态在系统重构的特点，硬件的性能与软件相似，能够通过编程来修正，因此很好的增强了电子系统设计的灵便性与实用性。因为拥有以上两方面的特征，CPLD与FPGA得到了国内国际电子设计工程师们的喜爱，具有普遍的市场应用价值。近年来，超大规模集成电路技术不断改进且日趋完善，选用FPGA或CPLD进行数字电路的设计愈来愈受到当代人们的欢迎。FPGA芯片的可编程性与VHDL语言的使用让数字电路的设计周期与复杂度均大大减少。空调温度控制系统在市场生活中具有重要意义，本文设计的空调温度控制系统包括温度设置模块
11、、DS18B20温度传感器控制模块、定时模块、LED显示模块、分频模块等主要模块，系统采用传感器检测温度，然后经过模数转换器把对应的数字值送入FPGA；通过键盘输入目标温度值；这2个数字通过数码管显示出来，通过对比两值进行判断升温或者降温，以达到目标：温度控制和检测。空调控制系统科研是一种在现实生活中经常使用的控制系统，针对各个阶层的温度控制对象，呈现了各种特定的温度控制方式。整体看来，温度控制方法按照划分准则差异分为不同温度控制的方式。按操作方式分为手动控制和自动控制；按调节原理分，主要有位式、PLD、模糊控制、PLD加模糊控制等。随着电子技术和计算机的迅速发展,VHDL硬件描述语言得到了迅
12、速发展和广泛应用。进入21世纪后，空调温度控制器向数字化、实用化、普遍化、智能化等高水平的方向不断迈进。基于VHDL的空调温度控制系统设计，使智能化水平不断提高，功能得到进一步优化，空调是一种适用特定空间范围对空气进行加工处理，作用是对该房间或一定范围内空气的温度、湿度、洁净度与空气流速等相关参数通过调整，来满足人们对舒适环境或工艺的需求，改变人们的生活方式,进而也满足了工艺加工过程对精度的要求。国际在20世纪70年代就发现了温度控制技术。开始选用模拟方式的组合仪表，对现场信息进行收集然后进行指示、记录与控制。80年代末出现了分布式控制系统。如今，正开发和研制具有多功能综合控制系统的计算机数据
13、采集系统。当前各个国家的温度测控技术发展都比较快，部分国家在达到自动化的基础上向完全自动化、无人化趋势方向迈进。我国在20世纪80年才出现了对温度测控技术的研究，我国工程技术人员在借鉴发达国家温度测控经验的基础上，逐步掌握了温度室内微机控制技术，该技术只适用对单一温度环境因子的控制。我国在温度测控技术应用领域方面，正从简单适用阶段向实用性、可靠性、综合性应用阶段过渡。20世纪末，在计算机技术的影响下，电子技术取得了快速发展，当代电子产品大部分在社会各个领域占有一定地位，极大地推进了社会生产力的发展以及信息化水平的提高，EDA技术是当代电子设计技术的焦点，它依附于功能强大的计算机，通过在EDA软
14、件平台上，对硬件描述语言VHDL系统逻辑描述并进行文件设计，进而实现逻辑化简、分割、以及布局综合，然后应用逻辑优化和仿真调试等功能，直到特定的电子线路系统功能得以实现。在20世纪90年代初，人们意识到VHDL不但能够适用系统模拟的建模工具，还能够适用电路体系的设计工具，该软件工具能够将VHDL源码自动地转化为文本方式表达所需的基本逻辑元件连接图，也就是网表文件。这种方法对于电路自动设计是一个明显的改善。随着电子技术发展，第一个软件设计工具在电子领域得以出现，即VHDL逻辑综合器，它能够将标准VHDL的部分语句描述变为特定电路完成的网表文件4。1.2 课题的内容及方法本文重点介绍了可编程逻辑器件在数字系统设计中的意义，本文主要研究的是以可编程逻辑器件为应用特性主线，对可编程逻辑器件进行应用分析和研究，研究其应用价值和市场价值;探究可编程逻辑器件结构和数字系统设计在特征上与传统电子器件的差
