基于FPGA实现带温度检测的时钟.doc

摘 要 电子设计自动化是近几年迅速发展起来的将计算机软件、硬件、微电子技术交叉运用的现代电子设计学科。将EDA技术应用于芯片设计和系统设计，可极大提高电路设计的效率和可靠性，节约设计成本，减少设计人员的劳动强度。其中EDA设计语言中的VHDL语言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。本时钟及温度计的电路设计正是用VHDL语言完成的。 本次课程设计以EDA技术为主体 ，学习了温度传感器原理，A/D转换器原理。设计LM35温度传感器测温系统，运用LM35收集温度信号，LM35的输出信号为模拟信号，而PLD不适合处理模拟信号，因此必须用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号后进行处理，最后利用显示电路把转换后的数字信号显示出来。该设计的另一模块时钟模块，可利用PLD对秒脉冲计数来实现。 此次设计主要应用的软件是美国ALTERA公司自行设计的一种EDA软件工具，即MAX+PLUS Ⅱ。本次所设计的温度计的测量范围是-50℃～+0. 5℃。 本文设计的VHDL语言程序已在MAXPLUS II工具软件上进行了编译、仿真，并且下载到FPGA上进行调试。经过实验验证，本设计是正确的。本文给出了设计该数字系统的流程和方法，最后通过FPGA芯片实现预定功能。 关键词：数字温度计；电子钟；VHDL语言；ADC0804；FPGA第一章 引言 - 1 - 第二章 方案选择 - 3 - 2.1 任务要求 - 3 - 2.2 数字逻辑的实现 - 4 - 2.3 温度传感器 - 5 - 2.4 温度PLD数据处理部分 - 6 - 2.5 数码管显示 - 6 - 第三章 总体设计 - 9 - 3.1 总框图： - 9 - 3.2 温度模块： - 9 - 3.3 时钟模块： - 10 - 3.4 显示模块： - 10 - 第四章 单元电路的设计 - 11 - 4.1 温度模块 - 11 - 4.1.1 温度采集硬件部分 - 11 - 4.1.3 温度数据处理部分 - 17 - 4.1.4 温度模块的顶层文件 - 21 - 4.2 时钟模块 - 23 - 4.2.1 秒模块 - 23 - 4.2.2 分模块 - 24 - 4.2.3 时模块 - 25 - 4.2.4 时钟模块的顶层文件 - 26 - 4.3 显示模块 - 28 - 4.3.1 动态显示控制模块 - 28 - 4.3.2 译码模块 - 31 - 4.4 总体顶层文件 - 33 - 4.5 PLD与外部硬件的连接图 - 35 - 4.6 直流电源 - 36 - 总结 37 附录 38 参考文献 39 致 谢 40 引言 电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到数字电子钟。电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过七段显示器显示出来。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。温度我们日常生产和生活中接触到的物理量，但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能指示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。 数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数