基于CPLD的多功能温度检测系统设计

1、毕业设计（论文）任务书题 目 基于CPLD的多功能温度检测系统设计一、毕业设计（论文）任务课题内容现代电子产品正在以前所未有的革新速度，向着功能多样化、体积最小化、功耗最低化的方向迅速发展，EDA技术正是为了适应现代电子产品设计的要求，吸收多学科最新成果而形成的一门新技术。采用EDA技术进行电子设计，可使整个系统大部分集成在一个芯片上，从而达到体积小、功耗低、系统稳定、可靠的特点。本课题要求以可编程逻辑器件CPLD为基础，运用VHDL语言和EDA设计软件(MAX+Plus)设计制作智能数字温度检测系统的专用集成芯片，结合A/D转换芯片、LED数码管构成一个数字检测系统，实现对温度的检测和时间的显示。课题任务要求1. 熟悉电子设计相关应用软件的使用2. 学习传感器的应用和选型3. 掌握利用EDA技术进行电子系统设计4. 以可编程逻辑器件CPLD为基础,运用VHDL语言完成多功能数字温度表的设计,使其实现对温度的检测和时间的显示5. 结合EDA设计软件(MAX PLUS)完成系统的仿真与调试 课题完成后应提交的资料（或图表、设计图纸）1毕业设计论文，含：1） 中英文摘要，外文翻译文献2）

2、设计原理介绍3） 系统硬件部分设计4） 系统软件部分设计2毕业设计任务书，毕业设计开题报告，毕业设计日志 主要参考文献与外文翻译文件（由指导教师选定） 1包明，赵明富，陈渝光EDA技术与数字系统设计M北京：北京航空航天大学出版社，20022王道宪，贺名臣，刘伟VHDL电路设计技术M北京：国防工业出版社，20043林敏,方颖立.VHDL数字系统设计与高层次综合M西安：电子工业出版社，20024徐志军，徐光辉CPLD/FPGA的开发与应用M西安：电子工业出版社，20025王金明.杨吉斌.数字系统设计与Verilog HDLM. 北京：国防工业出版社.2000.66刘亮.先进传感器及其应用M.北京：化学工业出版社，2005.7廖裕评，陆瑞强CPLD数字电路设计M北京：清华大学出版社，20018李季.信号发生器发展浅析J.电子产品世界，2002，10，:6575 9Digital Sytstem Design with VHDLM .Mark Zwolinski.publishing House of Electronics industry200610Reliability Processi

3、ng Of The Circuits In CPLD DesignJ. Shaohui Cui, Zhensheng Feng Ordnance Engineering College2006,1011王毅平.张振荣.VHDL编程与仿真M. 西安：电子工业出版社2000.712FPGA Power Reduction Using Configurable Dual-Vdd. Fei Li,Yan Lin and Lei He. 2004 ACM 1581138288/04/0006.June 2004,p735-74013高鹏，安涛，寇怀成PROTEL99入门与提高M北京：人民邮电出版社，200014 A Temperature Controlled CMOS Camera. S G P Harvey and J L BhrDepartment of Physics, University of Otago, PO Box 56 , Dunedin, New Zealand. P135-142（翻译文章）同组设计者注：1. 此任务书由指导教师填写。如不够填写，可另加页。2. 此任务书最

4、迟必须在毕业设计（论文）开始前一周下达给学生。3. 此任务书可从教务处网页表格下载区下载毕业设计(论文)开题报告题目： 基于CPLD的多功能温度检测系统设计一、本课题设计（研究）的目的：随着我国工业生产的发展和自动化程度的不断提高，迫切需要对各种生产过程的物理量进行精确检测。温度，作为大多数生产过程中的重要物理量，对它们的精确测量越来越受到人们的重视。本课题以可编程逻辑器件CPLD为基础，运用VHDL语言和EDA设计软件(MAX+Plus)设计制作智能数字温度检测系统的专用集成芯片，结合A/D转换芯片、LED数码管构成一个数字检测系统，实现对温度的检测并且同时显示时间，另外还带有一个蜂鸣器作为闹铃。该温度检测系统既有高精度，高稳定性、抗干扰性强, 应用范围广等优点，又提高了测量的自动化水平，同时具有较高的性价比。因此，本设计的温度测量仪表具有较高的应用价值和广泛的应用前景。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：随着VLSI的发展，硬件设计和软件设计的结合，片上器件的尺寸的缩减，金属层数目则继续增加的条件下，都有利于CPLD/FPGA在市场上的普及，并推动应用系统的设计走向SOC设

5、计。VHDL作为IEEE标准的硬件描述语言和EDA的重要组成部分，在电子设计的存档、程序模块的移植、ASIC设计源程序的交付，IP核的应用等方面担任着不可或缺的角色。再加上因特网发展的趋势也有利于其发展，所有这些门电路能用许多线快速轻松地连接起来，有助于加速芯片实现过程并增强性能1。随着半导体技术的迅速发展，在现代数字系统设计中，现场可编程器件（FPGA和CPLD）的使用越来越广泛。与此同时，基于大规模可编程逻辑器件的EDA（电子设计自动化）硬件解决方案也被广泛采用。一般地说，EDA解决方案均采用计算机自顶向下的设计方式：在底层设计时对逻辑进行必要的描述，并依赖特定的软件执行逻辑优化（logic optimization）与器件映射（device mapping），最后再使用由各芯片生产厂商提供的编译器执行布线（route）和网单优化（netlist optimization）。虽然对于简单的逻辑，采用原始逻辑图或布尔方程输入可以获得非常有效的结果，但对于复杂的系统设计，应用以上两种方案就很容易产生错误，而必须依靠一种高层的逻辑输入方式，这样就产生了硬件描述语言HDL（hardware

6、 description language），其中符合IEEE-1076标准的VHDL的应用成为新一代EDA解决方案中的首选。因此，VHDL的应用必将成为当前以及未来EDA解决方案的核心，更是整个电子逻辑系统设计的核心3。VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言 。这种语的成就有两个方面：描述复杂的数字电路系统和成为国际的硬件描述语言标准。VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口，是一种快速的电路设计工具，功能涵盖了电路描述，电路合成，电路仿真等三大电路设计工作。它用于设计复杂的、多层次的设计。支持设计库和设计的重复使用，与硬件独立，一个设计可用于不同的硬件结构，而且设计时不必了解过多的硬件细节。有丰富的软件支持VHDL的综合和仿真，从而能在设计阶段就能发现设计中的Bug，缩短设计时间，降低成本。更方便地向ASIC过渡。VHDL有良好的可读性，容易理解，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描

7、述语言。在新的世纪中，VHDL语言将承担起大部分的数字系统设计任务。VHDL是为了满足逻辑设计过程中的各种需求而设计的。首先，它可以用来描述逻辑设计的结构，比如逻辑设计中有多少个子逻辑，而这些子逻辑又是如何连接的。除此之外，VHDL并不十分关心一个具体逻辑是靠何种方式实现的，而是把开发者的精力集中到逻辑所实现的功能上。其二，VHDL采用类似高级语言的语句格式完成对硬件行为的描述，这也是为什么我们把VHDL称为“编程语言”的原因。 最后，VHDL所给出的逻辑的模拟与调试为设计工作提供了最大的空间，用户甚至不必编写任何测试向量便可以进行源代码级的调试。而且，设计者可以非常方便地比较各种方案之间的可行性及其优劣，而不需做任何实际的电路实验4。现在在国内对于温度的检测技术还没达到最高端的水平，对于检测到的温度还不是很精确，而其最重要的地方还是传感器的工艺水平有限。在采用热电偶，金属测温电阻，集成温度传感器三种不同传感器时，只有使用集成温度传感器才能达到最佳的效果。在应用于工业生产的环境下，采用较多的还是用单片机来实现的。单片机设计的温度检测电路已经达到顶端的水平，很难有更进一步的潜力来开拓出新

8、的功能，而且单片机有它自己一定的局限性。在其使用方面也到了一定的瓶颈，完全没有CPLD来设计的灵巧。在国内外现有的电阻式数字温度表，一般采用电桥将电阻转化为电压，经适当放大后，通过A/D转换器变成温度的数字信号。由于电桥输出与温度并非线性关系，放大环节还需进行线性化修正。这种方式电路复杂，成本高，同时还须精密恒压源辅助作用。另外，现今很多数字温度计都是用单片机设计的。用我们的CPLD制作的温度计与其它实现方法如单片机相比，它将单片机用以实现运算的硬件电路以软件的形式下载到芯片中，例如单片机要用两级运放来实现乘与减的运算，而用CPLD实现的系统只用VHDL语言在芯片内部编程即可，降低了系统电路的复杂程度。而且，CPLD在设计过程中可用有关软件进行各种仿真，以确保设计的正确性。随着世界上对温度的测量和控制方法已经比较成熟与EDA 技术的广泛应用。CPLD具有非挥发特性，可以重复写入并在粘合逻辑、地址译码、简单控制、FPGA加载等设计中有广泛应用 。其硬件描述语言决定系统功能使的温度检测电路具有较好的灵活性和适应性。同时可以让电路不改变的情况下最大性度的扩展硬件。三、设计（研究）的重点与难点

9、，拟采用的途径（研究手段）：在工业生产过程中, 温度是一个重要的控制参数。目前已有的温度自动控制系统, 大都是以单片机为核心, 存在着系统硬件电路比较复杂、外围分离元件较多等问题。随着EDA 技术的发展, 基于可编程逻辑器件的电路设计简单方便，应用越来越广。本文设计了一个以CPLD 可编程逻辑器件为核心的温度控制系统, 该系统数据采样控制以及功率调整均由CPLD 实现。把该电路分为4大模块：（1）接受模块，传感器接受外界的环境温度，并把其传送到A/D转换器(2)控制模块,激活A /D转换器动作、接收A /D转换器传递过来的数字转换值;(3)数据处理模块,将接收到的转换值调整成对应的数字信号，并送到CPLD以待运算和处理;(4)显示模块,产生数码管的片选信号,并将数值处理模块输出的BCD码译成相应的7段数码驱动值。对每一个模块进行分析和论证，温度传感器的选择和其电路的分析都要有一个具体的说明。对A/D转换器的选择也要有个具体的论证和分析，对其工作的原理以及电路也要有个说明。显示电路采用BCD码的方式，用7段译码器来显示都要有具体的方案。至于软件方面，程序的编写均采用VHDL语言，这样有比较好的统一。此设计方案中的重点是:1. A/D转换器的方案设置2. 数字信号的装换3. 放大器参数选择此设计方案中的难点是：1. 硬件电路的设计2. CPLD控制模块的软件实现四、设计（研究）进度计划：1. 收集相关资料，分析消化资料。（4-6周）2. 方案比较与论证，确定最优方案。（7-8周）3. 设计编写子程序及主程序（9-12周）4. 测试方案可行性及计算机仿真结果。（13-14周）5. 编写设计说明书。（15-16周）6. 毕业答辩。（17周）

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