基于FPGA的空调控制器开题报告

 2020-02-18 06:02

1. 研究目的与意义(文献综述)


在数字电路设计领域,随着微电子技术的迅猛发展,其设计的复杂程度在不断地增加,而且电子产品更新换代的步伐也越来越快。eda技术是用于电子产品设计中比较先进的技术,它具有其他电子产品设计技术无法比拟的优势,比如使用这种技术从程序中修改错误时,不需要提供额外的硬件电路等。使用eda技术进行产品的相应设计时,不仅可以缩短产品开发周期,而且可以节约开发成本[1]。eda技术自问世以来,发展极为迅速,已然成为了当今电子设计中的一个支柱。现阶段eda技术涉及范围广,内容丰富。人们从实用与教学角度将其分为大规模可编程逻辑器件、硬件描述语言、软件开发工具和实验开发系统四个方面[2]


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2. 研究的基本内容与方案


本设计内容要求设计一款基于FPGA的空调控制器,要求将采集环境温度送给FPGA处理,控制器通过比较采集的温度和用户设置的温度来做出发送降温还是加热的控制信号给空调机。同时通过FPGA芯片实现定时和控制显示,使用数码管将传感器测量到的温度,设置的温度、定时时长都显示出来。根据内容要求,首先需要从外界采集环境温度,然后将采集到的温度和用户设定的温度比较,从而得出代表升温或降温的信号,但并不需要控制硬件进行升温或者降温的动作。同时用户可以通过相应的按键设定空调运行的时间,最后使用数码管将传感器测量到的温度,用户设置的温度、定时时长都显示出来。


本设计的硬件部分将采用武汉理工大学EDA实验箱。该实验箱由 DE1-SOC 开发板加上扩展模块组成,FPGA芯片使用ALTERA 的Cyclone V系列芯片5CSEMA5F31C6,DE1-SOC共向用户提供了2个40口的通用扩展I/O口,该实验箱使用其通用I/O口。整个开放式实验箱的组成:DE1-SOC核心板、LCD显示单元、音频输出模块、温度采集模块、数模转换、存储器单元、16*16点阵显示单元、16位按键开关输入模块。本设计只需要使用到温度采集模块、按键开关输入模块以及核心板的部分模块,硬件功能模块划分框图如图1。其中温度采集模块使用的是 DS18B20。该器件电路简单,使用单总线结构,没有复杂的接口电路,所有数据全部通过一根线传输。正以为如此,其传输协议比较复杂,对时钟要求比较严格,这正好发挥了FPGA对时钟精确控制的优势。




按键


数码管显示


温度传感器


主控

芯片






































图1 硬件功能模块


本设计的软件部分将通过Quartus II使用硬件描述语言编写程序来实现,大致上分为温度控制部分、定时设定部分、数码管显示部分和分频部分,简单程序流程图如图2所示。温度控制部分的功能是将采集到的温度和用户设定的温度比较,从而得出代表升温或降温的信号,升温和降温的信号分别用点亮不同的LED灯表示。定时部分的作用是在定时范围内设定一个标志位,定时结束时取反,从而得到一个突变的信号,然后就可以利用该信号控制空调的运行和关闭。最后,利用核心板的6个七位共阳数码管来显示用户设定的温度、传感器检测到的温度和定时。



图2 程序流程图


3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解本课题研究所需的理论知识,初步确定设计方案,撰写开题报告。

第4-7周:学习基于fpga的空调控制器的基本原理及设计方法。

第8-13周:完成基于fpga的空调控制器系统设计。

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4. 参考文献(12篇以上)


[1] 张永生. eda技术在数字电路中的应用研究[j]. 科技传播, 2012(4):164 143.


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