1 系統(tǒng)工作原理

　　通過傳感器實現(xiàn)對外界環(huán)境溫度的采集，并將采集到的溫度信號傳送給FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片能夠自主地對采集的溫度信號進行處理，并能通過LED顯示當前溫度，同時自動將采集到的溫度信號與預(yù)設(shè)的溫度進行比較得出正確的比較結(jié)果，通過I/O端口輸出控制外圍設(shè)備對環(huán)境溫度進行控制，從而達到實時溫度控制的目的。本設(shè)計中主要有溫度采集模塊、FPGA芯片模塊、LED數(shù)字顯示模塊三部分，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

　　通過FPGA編程來實現(xiàn)對溫度傳感器的實時溫度數(shù)據(jù)采集，并且實時地處理采集到的數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BCD碼通過8段LED數(shù)碼管顯示出此前的溫度。與此同時，采集到的數(shù)據(jù)將會與存儲在芯片里的溫度預(yù)設(shè)值比較，并自動產(chǎn)生比較結(jié)果，控制外圍設(shè)備對被測空間的溫度實施調(diào)節(jié)控制，從而達到恒溫的目的，溫度傳感器采集出的溫度數(shù)據(jù)通過二進制數(shù)組片選選擇數(shù)據(jù)通過LED顯示，選擇的數(shù)據(jù)再與標準溫度進行比較，溫度過高降溫處理、溫度過低則升溫處理。

　　2 主要功能模塊的實現(xiàn)

　　控制模塊如圖2所示，其中兩個PNP三極管的作用是在P1輸出控制信號時起到開關(guān)作用，根據(jù)圖中的三極管接法，當輸出控制信號為低電平時，三極管通導(dǎo)，此時P2繼電器中有電流通過，使其3和6引腳接通。設(shè)計中由于采用的三極管對電流的要求較高，而又由于繼電器內(nèi)部可以認為相當于是一個電感，因此在繼電器剛剛上電的時刻，三極管發(fā)射極和集電極電流將會很大，很容易將三極管燒毀，因此加裝穩(wěn)壓二極管D2，使繼電器上電工作的時刻，瞬間電流通過二極管回路而不是通過三極管，就可以有效保護三極管不被燒毀。

　　外部輸出信號為低電平時，p2回路導(dǎo)通，引腳6與引腳3有電流，p3導(dǎo)通開始工作，當溫度過低時，燈泡點亮;當溫度過高時，風(fēng)扇工作。從而實現(xiàn)對溫度的實時控制。

　　3 軟件設(shè)計及仿真結(jié)果

　　本設(shè)計中采用FPGA芯片作為核心控制部分。在本設(shè)計中軟件模塊主要包括溫度傳感器控制及數(shù)據(jù)接收模塊，溫度數(shù)據(jù)處理模塊，溫度顯示模塊。

　　3.1 溫度數(shù)據(jù)處理模塊

　　傳感器數(shù)據(jù)處理模塊tempture的頂層電路圖如圖3所示，它的作用主要是將12位二進制的溫度信號轉(zhuǎn)換為用BCD碼表示的3位十進制數(shù)，輸入的12位溫度信號中其中的高8位二進制代碼轉(zhuǎn)換為2組4位的BCD碼，例如輸入二進制碼為“00010110”，代表十進制數(shù)為“22”，輸出 BCD碼為“00100010”對應(yīng)的十進制數(shù)個位、十位均為“2”和“2”;然后將剩余的低4位二進制代碼轉(zhuǎn)換為4位BCD碼，如輸入二進制碼為 “1110”，代表10進制數(shù)小數(shù)為“0.875”，若只取一位小數(shù)位，則取“8”，其BCD碼可表示為“1000”。通過三個輸出端口分別輸出十位、個位和小數(shù)位。

　　對溫度數(shù)據(jù)處理模塊tempture-進行仿真測試。假定預(yù)設(shè)置輸入溫度二進制的代碼為“000101111011”，則其對應(yīng)十進制數(shù)應(yīng)為：“23.6”。仿真結(jié)果如圖4所示。

　　根據(jù)頂層原理圖，a［3. . 0］輸出為溫度數(shù)值的十位數(shù)，b［3..0］輸出為溫度數(shù)值的個位數(shù)，c［3..0］輸出為溫度數(shù)值的小數(shù)位。則仿真圖中，shi、fen、ge三位輸出的數(shù)字分別為“2”、“3”、“6”，仿真結(jié)果與預(yù)測轉(zhuǎn)換結(jié)果一致。