4.1 设计思路 13

4.2 顶层模块介绍及硬件实现 16

结  论 23

参 考 文 献 24

致谢 25

附录 26

1  绪论

1.1 温度控制系统简介

温度的动态控制系统与静态控制系统是温度控制系统的两类，人们根据自己的实际需要选择其中一类。由于生产中需要的并不都只是一个恒定的温度，所以为了满足现实需要，设计者按照生产的特性给生产系统提供实时的温度，这样的温度控制系统，我们称之为温度的动态控制系统。在人们的生产生活中，还有一类我们比较常见的温度控制系统，我们称之为温度的静态控制系统，顾名思义，这样的温度控制系统是为生产中需要一个恒定的温度值而设计的。除去温度控制系统的总体分类，温度控制系统的控制方法也有几种，由于本人设计的这个温度控制系统并没有使用复杂的控制方法，且限于设计者的知识水平有限，在此不作介绍。本人设计的这个温度控制系统比较简单，是一个静态的温度控制系统，利用的是类似开关的控制方法，完成的任务也比较简单，其控制过程与一个开关相似，当被测物的温度超过我预先设定的门限温度时，系统就发出警报通知工作人员解除警报。

1.2 温度控制系统的研究意义和应用 

随着近年来控制理论的发展，很多智能控制理论与经典控制理论相结合应用在温度控制系统上，都取得了良好的控制效果。与此同时随着EDA技术的发展，FPGA也得到了越来越广泛的应用，采用FPGA设计控制器，不但使系统的器件数目大大减少，而且还具有设计灵活、现场可编程、调试简单和体积小等优点。同时基于FPGA的控制器既可以作为单独的控制芯片模块，作为整个控制系统的控制单元模块，又可以将其嵌入到片上可编程系统中。

在人们的日常包括生产生活中，温度控制有时甚至会起到关键的作用，因此温度控制系统的设计对现实生活日常具有非凡的意义和作用。不管是模拟温度信号采集还是数字信号采集，全部是为了让计算机能够得到被采集的温度信号所表现出来的数字特性，再通过计算机或者嵌入式系统来进行分析控制。在计算机得到采集的温度信息后，有多种方式可以和计算机或者嵌入式系统通信，再加上计算机通信如果需要高速处理采集到的数据，可以使用PCI等高速接口，但是假使并不是强调速度的话通常可以使用串口又或是USB接口，并且串口和USB接口的使用也非常方便，大体上计算机都会有这样的接口。

1.3 系统中主要研究内容和目的

该系统控制为了是实现基于FPGA的温度采集系统，通过字符型LCD显示出当前采集到的温度，并且通过设置报警温度门限将采集到的超过门限的温度进行报警，同时通过报警消除来退出报警状态。当今关于数据采集系统的产品多种多样，有一部分是基于电脑的PCI卡槽，这种基于PCI卡槽的数据采集器具有高速传输数据的特点，但缺点是使用不灵活，因为使用前都要插在电脑的PCI卡槽上，按照这样，对于笔记本电脑来说，如果没有能够扩展的PCI插卡槽，便很难将相应的数据采集进行上报。除此之外，另一大类应用是基于USB的采集，是因为现在还有一大部分以USB2.0甚至USB1.0为主的电脑。这个系统则是以采集温度为主，其主CPU用的是ALTERA的EP3C10E144C8的FPGA，在FPGA内部实现了逻辑设计和嵌入式CPU NIOS的设计方法，逻辑部分主要负责控制DS18B20温度传感器芯片以及和NIOS的通信协议，而NIOS则是通过和FPGA的内部总线通信获取到当前温度值，并且将该温度值和设置的温度门限比较，如果该值超过的门限设置值，将产生报警信号，点亮LED等并且触发蜂鸣器报警。这种方式比当前大部分使用单片机或者其他单核CPU有更大的优势，因为FPGA本身是一个编程灵活、内部资源集成度高，并且还具有嵌入式软核的资源，这样就可以在单芯片上实现逻辑以及CPU功能。