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1、天津工程师范学院 2006 届毕业设计（论文）11 引言当今社会是数字化的社会，也是数字集成电路广泛应用的社会。而数字集成电路本身也在不断地进行更新换代，不断的进步创新。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路，发展到超大规模集成电路（万门以上）以及具有许多特定功能的专用集成电路（。并且在现代高新电子产品的设计和生产中，数字集成电路技术和现代电子设计技术是相互促进、相互推动又相互制约的两个技术环节。前者的进步就表现在大规模集成电路加工技术，即半导体工艺技术的发展上；而后者的核心则是 子设计自动化）技术，它使得设计者的工作仅限于软件的方式，即利用硬件描述语言（本文只涉及到 件描述语言）和 件来
2、完成对系统硬件功能的实现，避免了硬件电路在搭接时所出现的问题。术促使可编程逻辑器件发展随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已经不再由某个大规模的生产厂商来独自承担了，更甚至于系统设计师们都愿意自己设计专用集成电路（片，而且希望 设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的 片，并且立即投入实际应用之中。也就是这种现场可用的思想促成了现场可编程逻辑器件（出现，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列（复杂可编程逻辑器件（ 。对于电子系统设计来说，在以前的很长一段时间里，设计某个电子控制系统大多数情况下是用指令少、功能单一的单片机，但是用其开发出来的硬件系统及其电路结构庞大而复杂、成本
3、高、经常容易发生电路方面的故障，并且由于系统是针对某一个特定的功能而设计的，对今后系统的升级和功能扩展都非常困难。显然这样的单片机在某种程度上已经不能再满足设计要求了。而 片作为一种新兴的设计器件，在技术上与单片机相比有很多优势，光说其实现的工艺就有反熔丝技术、术和 术等。实现了电可擦除、电可改写和紫外线擦除，其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因而它的设计具有很强的灵活性。这些 件的一个共同特点，就是可以实现速度特性较好的逻辑功能，可见用这种 片进行开发设计时，只需要增加少量的外围电路，并结合可控制它的丰富的指令集合，就可以获得功能强大的控制系统。又由于这种芯片内含有可下载程序固定接口和此，开发
4、出来的系统具有可升级性(内部程序可擦除，进行重新烧写)，用户可以根据需要对其进行功能扩展，既可以缩短系统开发周期，又可以减少开资。利用 术（行电子系统设计的最终目标，是完成专用集成电路 设计和实现，而在电子科技高速发展的当今，再加上上述 杂可编程逻辑器件/现场可编程门阵列）的各种优点，它以成为实现这一途径的主流器件。其特点是直接面向用户，具有极大的灵活性和通用性，使用方便，硬件测试天津工程师范学院 2006 届毕业设计（论文）2和实现快捷，开发效率高，成本低，上市时间短，技术维护简单，工作可靠性能好。例如 司最新生产的 列 这是一种基于 构，集成配置芯片的 本质上它就是一种在内部集成了配置芯片
5、的 由于配置时间极短，上电就可以工作，所以对用户来说，感觉不到配置过程，可以与传统的 样使用，加上容量和传统 似，所以 司把它归作 还有像 司的 列 是使用了同样的原理，将外部配置芯片集成到内部，在使用方法上和 似，但是因为容量大，性能和传统与 同，也是 构，所以 把它归为 列。总之，由于以上的各种突出优点， 片已成为大多数电子设计工程师进行电子设计的首选器件。现系统控制把以 片为核心，作为主控制器开发出来的各种测量及控制系统，作为家用电子产品的一个组成部分嵌入某个系统中，使其更具智能化、拥有更多功能，便于人们操作和使用，从而更具时代感，这也是家用电子产品的发展方向和趋势所在。有的家用电器领域
6、要求增加显示、报警和自动诊断等功能。这就要求我们生产的产品具有自动控制系统。而所谓的自动控制功能的实现主要是由计算机来完成的，可用的方法主要有两种：离线控制和在线控制。离线控制包括利用计算机实现对控制系统总体的分析、设计、仿真及建模等工作；在线控制就是以计算机代替常规的模拟或数字控制电路，使控制系统“软化” ，让计算机位于其中，并成为控制系统、测试系统及信号处理系统的一个组成部分。这类控制由于需要有像计算机一样的智能控制系统身处其中，因此对控制系统有体积小、功耗低、价格低廉以及控制功能强大等要求，而为了满足这些要求，就应当使用可编程逻辑器件的具体芯片来实现。例如：本文所研究的课题就是利用 件（
7、主控芯片，来实现系统的整体功能的。然而，由于 控制对象联系密切，所以设计一个系统，不但对 片的性能要求高，而且对设计者的要求也很高。他们不但要熟练掌握 识，而且还要了解控制对象，懂得传感器技术，具有一定的控制理论知识等。还拿本文所研究的课题为例，除了利用 体芯片外，还用到了传感器，A/D 转换器以及放大显示电路等，才实现完成了系统总体功能检测室温显示，并实现报警。2 系统原理和部分方案比较一个完整的系统，必须经过系统整体原理分析和各部分的方案比较，选择最佳最优的实现方法，才能完美而立于不败之地。统原理概述当今社会，随着现代测量、控制和自动化技术的发展，信息采集的方法越来越多，而在所有信息的采集
8、途径中，用的最普遍、最基础的，就是传感器。如果把电天津工程师范学院 2006 届毕业设计（论文）3子计算机比作人的“大脑”,那么传感器则酷似人的“五官” （视觉、嗅觉、味觉、听觉和触觉）了。其重要性则可一目了然，不过对传感器的要求可要比人的五官的要求高得多，并且传感器的种类也在日益增多，涉及到的范围也日益变广。如6/37，它主要应用于环境控制系统、过热保护、工业过程控制、火灾报警系统、电源系统监控以及仪器散热风扇的控制等。还有理的温度测量控制器主要应用于个人计算机及服务器的硬件及系统的温度监控、办公室设备、电子测试设备等。以及此，测量外界温度的方法有很多种，然而，由于热敏电阻及其放大电路受到环
9、境的影响，在不同的条件下会出现不同的测温偏差，而6/37，相同条件下，由于测温精度、处理精度等多方面的因素，不同的通道也会出现不同的偏差，因此必须采用一种灵活的修正方式，这便用到了电压型的温度传感器的线性好（10） ，宽量程（0 ，精度高（+） ，低成本，而且采集到的是电压型信号，易于处理，使得电路简单实用 3 。如上所述，本课题的设计就是利用温度传感器 采集温度信号的，随后将采集到的微弱模拟电压信号经过放大器 大十倍后送入 A/D 转换器（，将其转换为数字信号后，再传给 片（这里用到的型号是，即该系统的核心部件，通过硬件描述语言（程进行信号处理，然后经过预先设置好的端口将数字信号传送给 74
10、码器以及驱动器报警器，使 段数码管动态显示室温和实现报警。经实验调试，用该方法对 0围的温度测量时，测量误差为+可靠性好、抗干扰性能强。采用 片作为核心监控器对外界温度进行测量，这样，既可以降低对温度传感器和放大电路的要求，从而降低成本，又可以针对不同外部环境或不同通道对温度显示的显示监控设定进行灵活修改，实现系统的升级。题总体要求(1) 利用电压型温度传感器 为信息采集器件采集室温并产生 10的电压信号；(2) 利用 大器将微弱的电压信号放大预先设置好的倍数，以驱动后面电路；(3) 利用 A/D 转换器将放大后的模拟信号转换为数字信号，供系统处理；(4) 将数字信号送入 片进行处理；(5)
11、时时显示转换后的室温，进行监控；(6) 温度超过警戒温度时，进行报警。号采集方案比较天津工程师范学院 2006 届毕业设计（论文）4在目前，信号采集有多种方法，而可用于本系统的温度的信号采集大致有三种方法，下面分别介绍各种方法的优缺点，讨论它们的可行性。方案一：采用热敏电阻采集室内温度信号。用此方法可满足 40测量范围，但热敏电阻的精度、重复性及其可靠性都比较差，并且对于检测小于 1的温度信号时，误差大、不可靠，所以此方法不可取。方案二：利用电流型温度传感器 集室内温度信号。有较高精度和重复性（重复性优于 ，其良好的非线性可以保证优于+测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非线性补偿，可以达到
12、+量精度。电流型温度传感器 二端器件，它采用了一种独特的电路结构，利用最新的薄膜激光微调技术作最后的定标，因而具有很高的精度。且其灵敏度为1，具有很宽的工作电源电压范围和很高的输入阻抗。作为一种高阻电流源，我们不需要考虑其传输线上的电压信号损失和噪声干扰的问题，因此特别适合做远距离测量或控制应用。出于同样的道理，特别适用于多点温度测量系统，而不必考虑选择开关或 路转换开关所引入的附加电阻造成的误差。但是，由于以在将数据传给须先把电流信号转变成电压信号，在此期间不但造成了一定的信号损失，又影响了精度，这就要求我们在A/样一来，用集室温的电路就显得很复杂。而且，在高精度测温电路中，还必须考虑此也放
13、弃使用本方案。方案三：采用电压型温度传感器 集温度信号。精密集成电路温度传感器，它的输出电压与摄氏温度线性成比例，比例关系是 10。并且，需外部校准或微调来提供常用的室温精度，就把信号损失减少到了最小。而又因为它的线性性极好，所以编程时很容易实现。因此，对于本课题来说，选用此方案。拟信号数字化处理方案由于整个系统主要是处理数字信号而进行工作的，所以当由传感器采集到模拟信号后，必须先进行模数转换才能够使整个系统运行工作。而对于模数转换器件的选择，本课题用的是 系统采用 数转换器作为模拟信号数字化的器件，进行数字化处理，为系统提供数字信号量的。号处理方案本系统利用 片进行信号处理。将经过 A/D 转换器转换后的数字信号送入片，进而根据已经编好的程序（程序见附录）处理温度的数字信息，进一步时时显示室内温度和报警，达到时时监控的目的。也就是说采用 片作为系统信号处理主控制器。示部分方案比较天津工程师范学院 2006 届毕业设计（论文）5方案一：以前的电子工程师们进行电子设计时，大部分都使用单片机通过串口通信
