参考基于cpldfpga的数字温度表设计

河北大学工商学院2008届本科生毕业论文（设计）河北大学工商学院装订线 本科生毕业论文（设计） 题目：基于CPLD/FPGA的数字温度表的设计 学 部 信息科学与工程 学科门类 工学 专 业 自动化 学 号 2004288089 姓 名 马震 指导教师 孙宏伟 2008年5月20日基于CPLD/FPGA的数字温度表的设计摘 要微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，而EDA技术的出现则是给现代工业控制以及日常生活带来了极大的方便，大规模可编程逻辑器件CPLDFPGA以成本低、周期短、可靠性高等特点，给设计人员进行产品开发方面带来了诸多方便。本系统设计的数字温度表正是应用FPGA来实现数字温度表的各种相关功能。本文主要介绍由FPGA器件实现的数字温度表的系统组成以及工作原理，从硬件和软件两个方面阐述了如何通过FPGA器件实现数字温度表系统功能。此系统利用温度传感器AD590采集温度信号，产生的温度信号经调零，放大处理后，利用A/D转换器ADC0804将模拟信号转换成数字信号，将数字信号送入EPF10K10LC84-4进行处理，最后送入显示电路，由数码管显示温度值。该温度表具有结构简单，抗干扰能力强，功耗小，可靠性高，速度快反应时间短等优点。关键词：数字温度表 CPLDFPGA 温度传感器 A/D转换器 Based on the CPLD / FPGA design of digital thermometersABSTRACTThe emergence of micro-computers to modern scientific research has been a qualitative leap, and EDA technologies is the emergence of modern industrial control and daily life has brought great convenience, large-scale programmable logic device CPLD / FPGA to lower costs , The cycle of short, high reliability, to the design staff in product development has brought a lot of convenience. The system design is the application of digital thermometers FPGA digital thermometers to achieve the various related functions.This paper introduced by the FPGA device to achieve a system of digital thermometers and the composition of principle, from both hardware and software on the device through the FPGA Digital Thermometer system. This system uses temperature sensors AD590 acquisition temperature signal, the signal-zero temperatures, to enlarge processed, the use of A / D converter ADC0804 analog signals into digital signals, digital signals will be sent to EPF10K10LC84-4 processing, the final delivery To show circuit, the digital display of temperature. The thermometer is simple in structure, anti-interference capability and power of small, high reliability, speed, short reaction time and other advantages.Key words: digital thermometers CPLD / FPGA Temperature Sensor A / D converter 目 录一 前言11.1 数字测温系统11.2 论文意义11.3 论文内容1二 系统的软硬件描述22.1 可编程逻辑器件FPGA22.2 温度传感器AD590的介绍22.3 AD转换器ADC080432.4 硬件描述语言VHDL42.5 数字开发工具MAX+PLUS II52.5.1 MAX+PLUS II开发系统的特点52.5.2 MAX+PLUS II设计流程6三 系统设计方案73.1 数字温度表的工作原理73.2 功能模块的设计73.2.1 测温模块73.2.2 温度信号处理模块83.2.3 模数转换模块93.2.4 进制转换模块133.2.5 动态扫描模块133.3 系统综合15四 系统的仿真分析及器件下载174.1 系统的仿真分析174.2 系统的器件下载18五 结语19谢辞20参考文献21注释22附录23一 前言11数字测温系统温度的采集与测量被广泛应用在人们的日常生活中。在现今众多的测温系统中,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,系统抗干扰性能也不理想。本文介绍的是一种基于FPGA芯片控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，能够及时检测温度变化以及温度变化，提供温度数据值，使人们对温度的变化做及时的调整。12论文意义温度是一个非常重要的过程变量，是工业生产中常见的工艺参数之一，它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题，由此可知温度控制是生产自动化的重要任务。大规模可编程逻辑器件CPLD/FPGA，是一种整合性较高的逻辑元件。由于具有高整合性的特点，故利用它进行产品开发，不仅成本低、周期短、可靠性高，而且PCB面积及成本也会大大减少。本文介绍了一个以ALTERA公司可编程逻辑芯片EPF10K10LC84-4为控制核心、附加一定外围电路组成的数字温度控制系统。介绍了数字温度表系统的组成及工作原理，简述了在EDA平台上用FPGA器件构成该控制系统的设计思想和实现过程。论述了数据采集模块、数据处理模块、BCD译码模块、动态扫描模块等的设计方法与技巧。13论文内容 首先在深入研究了数字温度表系统的总体原理后，分析其系统的组成，做出了该系统相应的整体框架，然后利用MAXPLUS软件的文本编译用VHDL硬件描述语言来描述其数据采集模块、数据处理模块、BCD译码模块、动态扫描模块等各功能模块的设计，并利用图形编辑实现各模块的顶层连接。最后将程序下载到FPGA芯片上，使数码显示管显示出预期的测量效果。二 系统的软硬件描述21可编程逻辑器件FPGAFPGA即现场可编程门阵列，其全称为FieldProgrammableGateArray。它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（LogicCellArray）这样一个新的概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（ConfigurableLogicBlock）、输出输入模块IOB（InputOutputBlock）和内部连线（Interconnect）三个部分。它主要有以下几个方面优点: (1)编程灵活，集成度高；(2)设计开发周期短，适用范围宽；(3)开发工具先进，设计制造成本低，对设计者的硬件经验要求低；(4)标准产品无需测试，保密性强，价格大众化，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下)之中。该设计使用的FPGA芯片是Altera公司的FLEX10K系列的EPF10K10LC84-4。FLEX 10K系列是ALTERA公司研制的第一个嵌入式的PLD，它具有高密度、低成本、低功率等特点，是当今ALTERA FPGA中应用前景最好的器件系列之一。它采用了重复可构造的CMOS SRAM工艺，并把连续的快速通道互连与独特的嵌入式阵列结构相结合，同时可结合众多可编程器件来完成普通门阵列的宏功能。每一个FLEX 10K器件均包括一个嵌入式阵列和一个逻辑阵列。嵌入式阵列用来实现各种存储器及复杂的逻辑功能，如乘法器、微控制器等。逻辑阵列用来实现普通逻辑功能，如计数器、加法器等。嵌入式阵列和逻辑阵列结合而成的嵌入式门阵列的高性能和高密度特性，可以使设计人员轻松地将开发集存贮器、数字信号处理器及特殊逻辑等强大功能于一身。 22温度传感器AD590的介绍AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。AD590具有55150AD590测温范围，因此能够满足人们日常生产和生活中的温度测量范围，在这个范围内有较好的线性（如图2-1所示）。它的电源电压可在4V6V范围变化，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。273.2AI-55 0+150t () 图2-1 AD590的非线性曲线AD590的输出电流值说明如下：其输出电流是以绝对温度的零度（-273）为基准，每增加1，会增加1A输出电流。AD590温度与电流的关系如表2-1所示。表2-1 AD590温度与电流的关系摄氏温度AD590电流经10K电压0273.2 A2.732 V10283.2 A2.832 V20293.2 A2.932 V30303.2 A3.032 V40313.2 A3.132 V50323.2 A3.232 V60333.2 A3.332 V100373.2 A3.732 V23 A/D转换器ADC0804工业生产过程中，被控参数，如液位、速度、温度、流量、压力等都是连续变化的量，称为模拟量，而微型计算机所能识别的数据只能是数字量。所以在把数据送入微型计算机之前，必须把模拟量转换成数字量，也就是我们所说的模数转换（A/D）。信号的输入端可以是传感器，也可以是转换器的输出，最后把经过模数转换的数字信号提供给FPGA器件，以便进行信息处理。模数转换器与FPGA器件的接口框图如图2-2所示。A/D转换器FPGA数据总线控制总线图2-2 模数转换器与FPGA的接口框图目前，模数转换的常用方法主要包括计数器式A/D转换，逐次逼近式A/D转换，双积分式A/D转换和V/F变换型A/D转换。在上述这些常用的转换方法中，逐次逼近式A/D转换具有较高的转换速度、转换程序固定和精度高的特点，适用于快速自动检测系统与多回路的快速数据采集系统，是目前应用较多的A/D转换器结构。其框图如图2-3所示。数字输出启动信号转换结束VXD/A逐次逼近寄存器控制逻辑W1 W2 比较器时钟模拟量输入VREFVC 图2-3 逐次逼近型A/D转换器原理图其转换过程说明如下：当启动脉冲信号进入A/D转换器后，在时钟作用下，控制逻辑首先使N位逐次逼近寄存器的最高位置1（其余N-1位置0），经D/A转换成模拟量VC后，与输入的模拟量VX在比较器中比较，从而给出比较结果。当VX VC时，保留该位，否则清零。然后，再使DN-2位置1，与上一位DN-1一起被送入转换器，经D/A转换后的模拟量VC再次与模拟量VX进行比较。如此循环下去，直到最后一位D0比较完成为止。此时，N位寄存器中的数字量即为模拟量所对应的数字量。当A/D转换结束后，由控制逻辑发出一个转换结束信号，通知微型计算机转换已经结束，可以读取数据。在日常生活中，温度的变化范围不会太大，本系统要求最小温度分辨率为1,即使温度变化范围为100,整个系统的温度采集点应为1002=200个，8位转换器分辨率为1/256,完全满足转换精度要求，所以本系统的模数转换采用的是8位逐次逼近式A/D转换器ADC0804。ADC0804是采用CMOS工艺制成的逐次逼近型的A/D转换器。ADC0804具有8位分辨率，即分辨率为1/281/256，转换值介于0255之间。转换误差为1LSB，转换时间100s（fck=640kHz时），输入电压范围为05V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5V。在该芯片的内部有输出数据锁存器，与计算机连接时，可以将转换电路的输出直接连接在CPU数据总线上，不需要再附加逻辑接口电路。24硬件描述语言VHDLVHDL是Very High-Speed Integrated Cir-cuit Hardware Description Language的缩写,即超高速集成电路(VHSIC)硬件描述语言.它是一种面向设计的多领域、多层次的标准HDL语言， 已经在电子系统自动化设计中成为主要的硬件描述工具。如今在电子系统设计领域中，它已成为软件设计人员必须掌握的一种语言。VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下（ToptoDown）和基于库（LibraryBased）的设计的特点，因此设计者可以不必了解硬件结构。,设计时，首先从系统级功能设计开始,对系统高层模块进行行为描述和功能验证，. 这样，可以在系统细节设计之前及早发现问题修改问题，大大提高设计效率。系统的功能和结构进行验证后，就可以自顶而下逐级进行设计的细化，电路结构清楚的模块可以采用结构描述；而不确定使用什么电路结构的模块可以采用行为描述。然后在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，下载到具体的FPGA器件中去，从而实现可编程的专用集成电路的设计。VHDL的基本结构包括实体、结构体、配置、程序包、数据库。VHDL语言的描述对象称为实体(ENTI-TY), 实体是VHDL的描述对象，用来描述一个设计对外部的接口信号、端口数目、端口的方向和数据类型等，还包括一些其它的信息，如属性等；结构体描述其内部的具体细节，如实体的硬件结构、元件之间的互连关系、实体所完成的逻辑功能以及数据的传输变换等；配置语句的作用是根据设计者的不同需要,对同一个实体而给出的不同结构体的描述；程序包是用来定义常用的公用数据类型、常量、子程序等；设计库用于存放编译过的设计单元(包括实体说明、结构体、配置说明、程序包等)。以上五部分构成了一个完整的VHDL程序。25数字开发工具MAX+PLUSMAX+PLUS是美国Altere公司自行设计的一种CAE软件工具，其全称为Multiple Array Matrix and Programmable Logic User Systems。它支持Altera公司不同结构的可编程逻辑器件，为用户开发、使用该公司生产的FPGA器件提供一个基于计算机的软件开发与操作平台。251MAX+PLUS开发系统的特点多平台系统。Max+plus II的设计输入、处理与校验功能一起提供了全集成化的可编程开发工具，可以加快动态调试，缩短开发周期。开放的界面。Max+plus II可与其他工业标准的设计输入、综合和校验工具链接，具有EDIF,VHDL和VerilogHDL等网表接口，便于与许多公司的EDA工具接口。模块组合式工具软件。Max+plus II具有一个完整的可编程逻辑设计环境，包括设计输入、设计处理、设计校验仿真和下载编程4个模块，程序设计人员可以按照设计的需要选择不同的工作模块。与结构无关。Max+plus系统的核心Complier支持Altera公司的FLEX10K、FLEX8000、FLEX6000、MAX9000、MAX7000、MAX5000和Classic可编程逻辑器件系列，提供了世界上唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。硬件描述语言。Max+plus软件支持各种HDL设计输入语言，包括VHDL、Verilog HDL和Altera自己的硬件描述语言AHDL等。252Max+plus的设计流程可编程逻辑器件的设计CPLDFPGA的设计是指利用软件开发、编程工具对器件进行开发的过程。Max+plus的设计流程，包括设计准备、设计输入、设计处理（项目编译）、仿真和定时分析、器件编程下载4个步骤，如图2-4所示。设计修改设计输入项目编译仿真和定时分析完成编程下载设计准备图2-4 Max+plus设计流程三 系统设计方案31数字温度表的工作原理本设计主要是利用温度传感器把温度信号转换成电信号，然后经过模数转换器送入FPGA中进行处理,最后通过数码管显示出来。系统由FPGA为控制核心，加上AD590测温电路、ADC模数转换电路、4位温度数据显示电路以及外围电源等组成。32功能模块的设计通过深入研究了该数字温度表所要实现的功能后，从而形成了整个系统设计的基本组成框图，如图3-1所示。FPGA模数转换器ADC0804AD590测温电路温度显示电路图3-1 系统组成框图通过对系统基本原理图的分析后，可以把系统分为测温模块、温度信号处理模块、模数转换模块、进制转换模块、动态扫描模块五个模块分别进行设计，从而实现此次设计的数字温度表的核心系统。以下将对各模块分别进行详细的阐述。321测温模块测温模块即数据采集模块，本次设计主要应用美国模拟器件公司生产的AD590。AD590是电流型温度传感器，当作为电流输出元件时，等同于一个恒流源，温度每升高1K，电流就增加1A。设计测温模块时，由于输出电流比较小，且模数转换器要求输入是电压信号,因此在AD590输出端串接一个10KW的恒值电阻，把电流信号转换成电压信号，那么，此电阻上流过的电压将和被测温度成正比，此时温度每变化1,电压变化10mV。如图3-2所示。图3-2 温度采集电路我们知道AD590的温度感测能力是，温度每升高1K就增加1uA的电流量，而AD590输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准的，即0时等于273uA，则该系统电流量流入10K后，将会产生273u10K2.73V的电压。322温度信号处理模块 由AD590所采集到的信号并不能满足实际的需要，还要进行进一步的处理才能输入到ADC0804中进行模数转换，这里运用运算放大器RC4558P进行放大。RC4558P是8脚双通道运算放大器，内部包好两组形式完全形同的运算放大器，两组运算放大器相互独立，公用一组电源。每组运算放大器的表示如图3-3所示，包括5个引脚，其中“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同；Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反。RC4558P的引脚排列图如图3-4所示。图3-3 运算放大器 图3-4 引脚排列图对AD590采集到的信号进行处理的电路连接如图3-5所示。图3-5 AD590与ADC0804连接图323模数转换模块ADC0804在该设计中起到数据的模数转换以及数据锁存的作用。ADC0804与FPGA的模块电路如图3-6所示。图3-6 ADC0804与FPGA的连接模块图ADC0804是属于逐次逼近式的模数转换器。根据图3-6 ADC0804与FPGA的连接和图3-7 ADC0804的控制信号时序图的信号流向可知，只有CS,WR,RD控制着ADC0804动作的信号。当INTR由高电平（1）转为低电平（0）后，ADC0804这次的模数转换完成，DB0-DB7就是转换后的数字资料。ADC0804的控制信号时序如图3-7所示。图3-7 ADC0804的控制信号时序图如果将图3-7的动作分为S0,S1,S2,S3四个步骤区间的话，那么每个步骤区间的动作方式分析如下：S0:CS=0,WR=0,RD=1(由FPGA发出信号要求ADC0804开始进行数据的模数转换)；S1:CS=1,WR=1,RD=1(ADC0804开始转换动作，转换完毕后INTR由高电位转为低电位，转换时间100S)。S2:CS=0,WR=1,RD=0(由FPGA发出信号以读取ADC0804的转换资料)。S3:CS=1,WR=1,RD=1(由FPGA读取DB0-DB7上的转换资料)。根据控制时序图利用有限状态机实现模数转换的控制。状态机分成4个状态：S0启动转换(CS=0,RD=0)；S1等待转换结束，即等待INTR由低电平变为高电平；S2 A/D转换结果输出；S3停止A/D。由于FPGA所能读取的是VHDL语言，所以应用VHDL语言描述有限状态机的设计，其进程如图3-8所示。COM组合进程以INTR和上升状态为敏感信号，当INTR由低电平转变为高电平时对现状态进行判断，通过改变CS和RD的状态完成对ADC0804的控制。REG时序进程以CLK为敏感信号，在CLK的上升沿将上升状态转换到下降状态。LATCH进程以LOCK为敏感信号，在LOCK的上升沿锁存ADC0804的输出值。如图3-8 状态机进程图实验程序开始之前，A/D转换器处于重启状态即RST=1，以使A/D转换器处于初始状态，当RST=0时A/D转换器进入S0状态。核心程序如下：StateChange:Block -Signal GeneratorBegin PROCESS(CP,RST) BEGIN IF RST=1Then -Reset State nCS=1; nWR=1; nRD=1; EC=0; State nCS=0; nWR=0; nRD=1; EC=0; State nCS=1； nWR=1； nRD=1； EC=0； if nIN=0then State nCS=0； nWR=1； nRD=0； EC=1； State nCS=1； nWR=1； nRD=1； EC=0； State State=S0；324进制转换模块通过模数转换模块处理后被送入FPGA器件中的数据均为二进制的数字量, 如果要想通过数码管显示所测温度的值，我们必须把二进制数字量转化为十进制的数字量。这样才能通过动态扫描模块和数码显示模块，从而将所测温度的值在8位七段数码管上准确的显示出来。VHDL核心程序如下：Conversion:Block Signal V:Std_Logic_Vector(8 downto 0); -A/D Conversion Data Signal T:Std_Logic_Vector(7 downto 0); Begin V=(D & 0) -100010001; -(2) T=V(7 downto 0); -(3) Temp=T; -(4) Value = 000000000000 When T = 0 Else 000000000001 When T = 1 Else 000000000010 When T = 2 Else 000000000011 When T = 3 Else 000010011000 When T = 98 Else 000010011001 When T = 99 Else 000100000000; - 100End Block Conversion;其中，程序（2）将读取到的ADC0804的数字转换值乘以2的用意是将该位左移一位，然后减去273(100010001)2。由于所测温度范围0100,它们的十六进制是064H，只要较低的8位就可以表示了，而且通过减去273之后，最高位一定是0。所以，在程序（3）只取后面的8位。在程序（4）模块中利用的是查表的方法，把相减的结果，转换成对应的12位BCD码，供以后的7段显示器扫描电路使用。325动态扫描模块动态扫描就是利用人眼视觉暂留的现象，只要扫描信号频率大于或者等于24 Hz时，人眼就不会感觉到显示器的闪烁。该设计系统24Hz的扫描脉冲由相应的外围电路提供。在本设计中采用八进制计数器提供同步脉冲，因为动态扫描电路设计的位选信号必须要与显示的数据在时序上一一对应，这就要求电路中必须提供同步脉冲信号。显示电路的作用是完成BCD码到7段显示器段码的译码，然后传送到显示器。在此要求3个显示器轮流点亮，由于要求扫描显示的速度必须与数据选择器同步，所以需要一个计数器提供二者的扫描信号。应用VHDL语言设计的显示电路如图3-9所示，主要包括数据选择器、BCD译码电路、可逆计数器、扫描译码4个部分。图3-9 显示电路的结构数据选择器和扫描译码电路的核心VHDL程序如下：Free_Counter:Block Signal Q :STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);BeginPROCESS(CP)Begin IF CPEvent AND CP=1then Q=Q+1; END IF; END PROCESS;ST=Q(15 DOWNTO 14); SELOUT=010WHEN ST=0 ELSE 001WHEN ST=1 ELSE 000WHEN ST=2 ELSE 111;SEL=110WHEN ST=0 ELSE 101WHEN ST=1 ELSE 011WHEN ST=2 ELSE 111;END Block Free_Counter;SELECT_BCD:BlockBEGIN NUM= VALUE(3 DOWNTO 0)WHEN ST=0 ELSE VALUE(7 DOWNTO 4)WHEN ST=1 ELSE VALUE(11 DOWNTO 8);End Block SELECT_BCD;在上述程序中， ST是可逆计数器的计数值（范围02）；VALUE是数据缓存器（包含3组BCD码）。两部分电路的驱动基于同一个计数值，工作时是完全同步的。33系统综合将以上各模块加以综合，可以得出该数字温度表整体，清晰的设计思路如下：AD590传感器在加5V电压时产生电流，此电流通过10K电阻接地，在其电阻两端产生一个电压，经过放大器4558放大后，模拟信号送入ADC0804中进行A/D转换，由CPLD控制信号控制ADC0804转换后将数字信号输入FPGA芯片中，经过S0（启动转换CS=0,RD=0，WR0）；S1（等待转换结束，即等待INTR由低电平变为高电平）；S2 （A/D转换结果输出）；S3（停止A/D）四个状态后，FPGA运算读取的二进制数值计算出十进制数值，控制系统编码ST分段显示出所测量的数字温度值，从而读取测量温度值。该数字温度测量系统的整体电路原理图如图3-10所示。图3-10 数字温度测量系统原理图四 系统的仿真分析及器件下载41系统的仿真分析该数字温度测量系统采用的编译软件为:ALTERA公司的MAX+plus II。将上述五个设计模块的程序综合成的总程序经过MAX+plus II软件编译以后,得到的总模块图如图4-1所示。图4-1 系统总程序模块图系统的程序编译好后,通过MAX+plus II软件的波形编辑器(aveform Editor)进行波形仿真,通过仿真可以检验设计的逻辑关系是否准确，而且能够更清楚的看到结果，在这里先将数字温控系统的显示译码电路省略，直接仿真A/D转换器输出的结果，连接编译完成后，进行波形仿真，波形图如图4-2所示。图4-2 A/D转换器的控制状态波形图由图4-2可以看出，当CP处于第二个上升沿时，由S0状态进入S1状态；当CP处于第三个上升沿时，由S1状态进入S2状态；当CP处于第四个上升沿时，由S2状态进入S3状态；当CP处于第五个上升沿时，由S3状态返回S0状态，符合系统设计要求。将数字温控系统的显示译码部分去掉，直接显示FPGA输出的结果，连接编译完成后，进行波形仿真，波形图如图4-3所示。图4-3 FPGA的二进制输出仿真图图4-3中Din6.0的二进制值即为A/D转换器数字信号的输出量，将此值带入公式中取低八位数据可得：T（0100100）2（100010001）（00110111），换算成十进制数据为55；Value即为十进制查表后所赋予的值，（000001010101）在七段显示器上显示的值为055，即温度为55；可以看到计算后结果一致，且与设计理念相符，至此波形仿真成功。42系统的器件下载系统所使用的芯片为Altera公司的FLEX10K系列的EPF10K10LC84-4。运用MAX+plus II软件的管脚（底层）编辑窗口(Floorplan Editor)进行管脚的分配，管脚分配分为手动和自动分配，为了便于配置，现采用手动分配引脚，作用是将已设计好逻辑电路的输入输出节点赋予实际芯片的引脚。通过鼠标的拖拉，方便的定义管脚的功能。分配完成后，进行FPGA下载，将实验箱与电脑主机相连，下载。按照手动分配的引脚进行连接，将输入连接到按键开关上，连接完毕，进行系统运行。此时，七位数码管上会有相应的输出值显示。通过给其不同的高低电平改变数据的不同位数，最终得到的结果与波形仿真的结果相同，完成实验题目。五 结论本设计采用FPGA器件做主控芯片，利用AD590温度传感器采集温度信号，经信号处理和模数转换，送入FPGA器件中进行数据处理，最后通过LED显示温度的数值，以达到温度测量的目的。该数字温度表克服了传统的基于单片机的数字温度表的诸多缺点，其具有结构简单、抗干扰能力强、可靠性高、速度快、功耗小、外围电路少、反应时间短等优点。而且FPGA器件采用VHDL语言编程，大部分的电路设计工作都可以在计算机上完成，这样大大缩短了仪表的开发时间，提高了工作效率，因而被广泛应用于人们日常生活和工、农业生产中的各种温度的测量。经过本课题的设计与学习，不仅让我了解到数字温度表的设计，而且对我的自学能力也有很大的帮助，使我从课本上学到的知识掌握得更加牢固，拓宽了我的知识面，这些对我今后的工作或学习来说是一个非常宝贵的经验。设计的过程中由于经验不足，能力有限，该设计还存在很多缺点和不足，比如数码管显示位数少，导致精度下降；软件功能相对简单等等。系统功能不是很完善，不足之处敬请领导和老师指正。谢 辞经过半年的忙碌和工作，毕业设计已经结束。在整个课题的研究和论文结稿的过程中，我得到了导师孙宏伟和冯晓芳老师耐心的指导和帮助，从毕业设计的选题，课题的研究，查阅资料，翻译外文文献，设计电路的确定和修改，中期检查，后期详细设计，到画制电路等整个过程中都给予了我悉心的指导。在完成毕业设计的这段时间里，从论文的选题到最终完成，每一章、每一节无不凝固着导师的心血。孙宏伟老师严谨的治学态度、勤勉的敬业精神和克己待人的处事原则给我留下了深刻的印象，并使我终身受益，这会让我们在今后的工作和学习中更加勤奋努力。在此，我向孙老师致以最真诚的感谢。同时在这里还要感谢实验室的同学们对我的帮助，使我能够顺利完成设计。最后，向所有评阅论文的老师表示最诚挚的谢意。参考文献1 何希才.传感器及其应用电路.北京:电子工业出版社，2001.3，45 1342 李宗伯、王蓉晖、(美)James R.Armstrong,F.Gail Fray.VHDL设计表示和综合. 北京:机械工业出版社, 2002，77 1663 J.Bhasker.Verilog HDL 硬件描述语言. 北京: 机械工业出版社, 2000,54 1424 求是科技.CPLD/FPGA应用开发技术与工程实践. 北京: 人民邮电出版社,2005,88 1235 卢毅、赖杰.VHDL与数字电路设计. 北京:科学出版社，2002，386 3996 潘松、黄继业.EDA技术应用教程. 北京:科学出版社, 2002, 77 1547 杨晖.大规模可编程逻辑器件与数字系统设计. 北京:北京航空航天大学出版社，1998,122 1468 余孟尝.数字电子技术基础. 北京:高等教育出版社, 1985.5, 18 1129 朱明程、孙普译、Skahill K.可编程控制系统的VHDL设计技术. 南京:东南大学出版社,1998, 86 11710 侯伯亨、顾新.硬件描述语言与数字逻辑电路设计. 西安:西安电子科技大学出 版社,1999, 34 15510 侯伯亨.数字系统设计基础. 西安:西安电子科技大学出版社，2000, 95 12812 Cooper G R、M cGillem C D. Modern Communications and Sp read Spectrum. N ew Yo rk: M cGraw- Hill Book Co, 1986, 56 113注 释EDA 全称Electronic Design Automation， 是电子设计自动化的缩写,在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来。EDA技术主要包括电子系统的仿真、综合与实现三个方面。波形编辑器(aveform Editor)：在进行逻辑电路的行为仿真时，需要在设计电路的输入端加入一定的波形，波形编辑器可以生成和编辑仿真用的波形（*.SCF文件），使用该编辑器的工具可以简单方便的生成波形和编辑波形。使用时先将要输入波形的时间段用鼠标选定，然后选择工具条中的按钮，例如，如果要设置某一时间段为高电平，只需选择按钮”1”。还可以把输入的波形(*.WDF文件)经过编译生成逻辑功能块，相当于已知一个芯片的输入输出波形，但不知是何种芯片，使用该软件功能可以解决这个问题，设计出一个输入和输出波形相同FPGA电路。FLEX10K系列FPGA是工业界首个嵌入式的可编程逻辑器件。其具有高密度、低成本、低功率等特点。到目前为止，FLEX10K系列已经推出了FLEX10K、FLEX10KA、FLEX10KB、FLEX10KV和FLEX10KE等5种分支系列，其集成度也达到250000门。FLEX10K主要包括嵌入式阵