数字式温湿度测控电路的设计及其ASIC实现 二

数字式温/湿度测量和控制电路的设计及其ASIC实现

摘  要: 在许多场合，及时准确地获得目标的温度、湿度信息是十分重要的。近年来温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的蓬勃发展，温湿度的测控芯片也就相应地登上了历史的舞台，能够在工业农业等各领域中广泛使用。

    针对此领域中的发展方向，作者设计开发了一种运用数模混合信号，集温度、湿度测量和控制于一体的IC芯片。在前端运用基于施密特触发器为基础的松弛振荡器把温、湿度传感器的电阻值转换为频率的信号，从而把温度和湿度的变化转变为数字电路可以处理的频率信号的变化。采用等时采样方案，可以把来自施密特触发器的频率信号映射到实际温度和湿度;分析了在温度和湿度测量中碰到的不同的误差并提出了相应的校正方案:还根据实际需要加入了控制模块，实现了集温度和湿度测量、控制于一体的电路;针对掉电问题采取了相应的措施.

关键词：温湿度测控，传感器，CPLD，ASIC实现，智能化控制。 

目　录

摘要……………………………………………………………………………………………

Abstract………………………………………………………………………………………

第1章 绪论…………………………………………………………………………………

1.1 温湿度计的发展……………………………………………………………………

1.2 温湿度测控领域的现状……………………………………………………………

1.3 MAXPLUSII简介………………………………………………………………………

1.4 本设计的目标………………………………………………………………………

第2章 ASIC设计流程概述…………………………………………………………………

2.1 硬件描述语言………………………………………………………………………

2.2 CPLD硬件实现………………………………………………………………………

2.2.1基于乘积项（Product-Term）的PLD结构………………………………

　　　2.2.2乘积项结构PLD的逻辑实现原理……………………………………………

第3章 温湿度测量控制电路原理………………………………………………………

    3.1 基本原理……………………………………………………………………………

3.2 RC振荡电路………………………………………………………………………

3.3 采样电路……………………………………………………………………………

3.3.1 采样计数器……………………………………………………………………

3.3.2 N的确定………………………………………………………………………

3.3.3 基准计数器的字长……………………………………………………………

3.3.4 有限状态机……………………………………………………………………

3.4 映射电路……………………………………………………………………………

3.5 误差分析……………………………………………………………………………

 3.5.1 外接元件数值随时间变化……………………………………………………

 3.5.2 外接元件的误差………………………………………………………………

3.6 控制电路……………………………………………………………………………

3.7 温湿度测量控制总电路……………………………………………………………

3.8 系统电源的电路设计……………………………………………………………… 

3.9 其它外围接口电路的设计…………………………………………………………

 3.9.1 键盘……………………………………………………………………………

3.9.2 LED七段译码显示器…………………………………………………………

3.9.3 报警器…………………………………………………………………………

3.9.4 高速数字光电耦合器HCPL-260L/060L………………………………………

3.10 硬件总体设计与连接………………………………………………………………

第4章 ASIC设计及其实现………………………………………………………………

4.1 HDL代码设计…………………………………………………………………………

4.1.1 采样模块………………………………………………………………………

4.1.2 映射模块………………………………………………………………………

4.1.3 控制模块………………………………………………………………………

4.2 温/湿度测量与控制系统的各子模块构成及原理…………………………………

4.2.1 温/湿度测试软件设计…………………………………………………………

4.2.2 四位十进制频率计……………………………………………………………

4.2.3 分频模块………………………………………………………………………

4.2.4 移位和寄存模块………………………………………………………………

4.2.5 比较模块………………………………………………………………………

4.2.6 键盘输入模块…………………………………………………………………

4.2.7 动态显示模块…………………………………………………………………

4.2.8 报警模块………………………………………………………………………

4.3 基于CPLD的硬件仿真………………………………………………………………

4.3.1 温湿度定标……………………………………………………………………

4.3.2 仿真结果及分析………………………………………………………………

设计总结……………………………………………………………………………………

参考文献……………………………………………………………………………………

致谢…………………………………………………………………………………………

附录A: 键盘与时钟电路…………………………………………………………………

附录B: 电源电路、采样电路、报警电路………………………………………………

附录C: CPLD芯片内部资源分配图……………………………………………………

附录D: CPLD各个模块连接图…………………………………………………………

附录E: 仿真波形图………………………………………………………………………