课程设计（论文）-译码器设计.doc

吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第1章 绪论科学技术的迅速发展，对于我们的要求越来越高，不仅需要掌握基本的理论知识，而且还需要掌握基本试验技能和具有一定的科研能力。通过课程设计不仅可以巩固、加深对基础理论知识的理解，而且可以培养我们独立分析问题、解决问题的能力和严谨的工作作风，为适应日后工作打下良好的基础。随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。采用单片机对温度采集进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控数据的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。第2章 基本原理2.1 热敏电阻 热敏电阻是热电阻的一种原理都是温度引起电阻变化但是现在热电阻一般都被工业化了，基本是指PT100,CU50等常用热电阻他两的区别是：一般热电阻都是指金属热电阻（PT100）等，热敏电阻都是指半导体热电阻由于半导体热电阻温度系数要比金属大10100倍以上，能检测出10-6的温度变化，而且电阻值可在0.1100k间任意选择。所以称为热敏电阻但是热敏电阻阻值随温度变化的曲线呈非线性，而且每个相同型号的线性度也不一样，并且测温范围比较小。2.1.1热电阻测温原理热电阻测温原理是：热电阻的电阻值是随温度变化而变化，半导体陶瓷热敏电阻是负温度系数，温度越高电阻值越低，铜热电阻和铂热电阻是正温度系数，温度越高电阻值越高，他们都有一个必备条件，就是具备非常优良的复现性和优良的线性。2.1.2负温度系数热敏电阻工作原理负温度系数热敏电阻主要材料有氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60300）、中温（300600）、高温（600）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测千分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测温计，能完成高精度的温度测量。普通用途热敏电阻工作温度为-55+315，特殊低温热敏电阻的工作温度低于-55，可达-273。2.1.3正温度系数热敏电阻工作原理正温度系数热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的温度控制点 一般钛酸钡的居里点为120）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。高分子ptc热敏电阻用于过流保护 高分子ptc热敏电阻又经常被人们称为自恢复保险丝，由于具有独特的正温度系数电阻特性，因而极为适合用作过流保护器件。热敏电阻的使用方法象普通保险丝一样，是串联在电路中使用。 第3章 仿真设计Quartus II编辑器的工作对象是工程，所以在进行一个逻辑设计时，首先要指定该设计的工程名称，对于每个新的工程应该建立一个单独的子目录，如果该目录不存在，Quartus II将自动创建。新建一个Project可按如下步骤执行。3.1创建工程（1）选择开始程序AlteraQuartus II 7.2，运行Quartus II软件。或者双击桌面上的Quartus II图标运行Quartus II软件，出现如图3-1所示。图3-1 软件运行界面（2）选择FileNew Project Wizard选项打开如图3-2所示对话框，该对话框显示Wizard所包含的各项内容。如果选中“Dont show me this introduction again”选项，那么下一次再新建项目时可以不再显示本对话框。图3-2 Wizard对话框（3）单击Next按钮，显示如图3-3所示对话框。第一个输入框为工程目录输入框，所有的生成文件将放入这个工作目录中。第二个输入框为工程名称输入框，第三个输入框为顶层实体名称输入框。一般情况下工程名与实体名称相同。图3-3创建一个新的工程（4）单击Next按钮，出现New Project Wizard第2页：文件添加对话框，如图3-4所示。若工程设计文件已经写好，就可以单击按钮，进行选择；如果一个一个选择，就需要选一个单击一下Add按钮，也可以一次多个选择，则选择后的文件自动进入下面的文件列表框。如果选择错误，可以单击Remove按钮，将文件从列表中移除。图3-4 添加设计文件 （5）单击Next按钮，出现New Project Wizard 第3页：期间系列与型号设置对话框，如图3-4所示。Family下拉列表框对于选择器件系列，各系列的芯片型号众多，可在Available devices选项区域中看到属于该系列的器件型号列表，为了快速定位器件型号。可以使用页面右侧上方的过滤项。图3-5器件系列与型号设置对话框（6）单击Next按钮，出现New Project Wizard 第4页：EDA工具设置对话框，如图3-6所示。在该对话框内，用户可以选择Altera公司以外的第三方公司提供的其他EDA工具软件，前提是给软件已经安装。第一个选项区域用来设置第三方综合工具，第二个选项区域用来设置第三方仿真工具，第三个选项区域用来设置第三方时序分析工具。图3-6 指定第三方EDA工具软件（7）单击Next按钮，出现New Project Wizard 第5页：工程信息汇总对话框，如图3-7所示。该页面将用户通过新工程向导New Project Wizard建立的新工程的所有信息作一总结显示出来，用户如发现有需要修正的地方可单击Back按钮，回到前一页修正。若所有设置均正确，则单击Finish按钮，结束新工程建立，进入工程设计界面。图 3-7工程信息汇总对话框3.2建立设计输入文件在创建好设计工程后，选择FileNEW菜单，出现图3-8所示的新建设计文件类型选择窗口，选择VHDL File点击OK，建立源代码文件。 图3-8新建设计文件选择窗口输入VHDL语言的设计代码如图3-9所示。图3-9 VHDL语言设计代码保存设计，然后点击菜单项ProcessingStar Compilation进行编译。编译完成后如图3-10所示。图3-10 编译成功3.3创建仿真输入波形文件创建仿真输入波形文件。点击菜单项FileNewVector Waveform File，如图3-11所示。图3-11创建波形文件添加信号结点。在空波形文件点击右键如图3-12所示。图3-12 添加信号结点单击Insert Node or Bus后，出现如图3-13所示。选择Node Finder按钮可以从结点列表中选择我们需要带的，而避免一个一个输入结点的麻烦。图3-13 添加结点对话框Fitter选择Pin：all，点击List按钮，然后直接点击按钮，将所有结点加入右侧Select Nodes栏中。完成后如图3-14所示。点击OK按钮确认。图3-14 添加结点点击OK后返回添加结点对话框。再次点击OK确定，输入输出端口如图3-15所示。图3-15在波形编辑器中加入端口3.4 设置仿真参数用左侧的工具栏为端口设置电平，输入输出均需要设置，输入设置需要按照程序需要进行设置，而输出则随意，如图3-16所示。图3-16 参数设置输入在仿真参数设置完成后，保存该仿真文件，随后进行仿真实验，单击如图3-17所示的蓝色的三角按钮进行仿真图3-17 仿真按钮3.5 仿真波形图产生功能仿真网表文件，点击产生功能仿真网表的按钮Generate Functional Simulation Netlist，产生功能仿真网表，然后点击开始仿真的Start按钮开始进行仿真，直到仿真进度条为100%完成仿真。点击仿真报告窗口按钮Report，观察仿真波形。如图3-18所示。图3-18 仿真波形图总 结 一转眼为期两周的基于单片机的热敏电阻测温系统设计已落下帷幕，在本次设计中我学到了很多也有了很多的感触。本次设计是对所学的单片机知识进行运用于掌握，本次设计要求运用所学内容和自学内容进行单片机热敏电阻测温系统设计。通过设计单片机测温系统，熟悉单片机并行I/O端口的运用方法。通过单片机实现软件逻辑控制。进行-25度至+80度的数字温度计测量。采用数码管显示测量数据。总之，通过这次设计我有了很多收获。在摸索该如何仿真使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了动手能力。在焊接的过程中，同学们共同探讨，最后的焊接成功的电路已经比以前几次焊接电路有了很大提高。在让我体会到了焊接电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。致 谢通过这次设计我学到了很多知识，但是我要感谢我的指导老师刘广文老师。从本次设计的选题到最后的完成，从理论上的探讨到实际问题的解决，无处不包含老师的心血。刘老师的悉心指导和建议给了我极大地帮助，使我受益匪浅。他们给我们提供了必要的实验器材，提供了很大的方便。其次要感谢我的同学，课程设计的完成，让我在其中学到了许多，尤其是学会了合作，懂得了合作造就的效益和成果。在这里再次感谢对我们精心指导的老师。参考文献1.陈利永. 数字电路与逻辑设计. 中国铁道出版社，2011.6：2.潘松，EDA实用教程，科学出版社，2004年3.刘江海.EDA技术课程设计.华中科技大学出版社，2009.5 4.焦素敏.EDA应用技术.清华大学出版社，2002.4 5.VHDL 程序设计(第二版). 曾繁泰等. 清华大学出版社 6.VHDL入门与应用陈雪松, 滕立