基于SOPC的溫濕度自動控制系統(tǒng)
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NiosⅡ軟核處理器是ALTERA公司推出的一種通用32位RISC嵌入式處理器。它特別為可編程邏輯進行了優(yōu)化設計，并配備有功能完善的開發(fā)套件。包括C／C++編譯器、集成開發(fā)環(huán)境(1DE)、JTAG調試器等，是ALTERA公司可編程單芯片系統(tǒng)解決方案的核心。
作為軟核處理器。NIOS II提供了可配置的硬件及軟件調試特性．包括基本的JTAG的運行控制(運行、停止、單步、存儲器等)、硬件斷點、數據觸發(fā)、片內和片外跟蹤、嵌入式邏輯分析儀。這些強大的工具可以在開發(fā)階段使用，調試通過后便可以去掉，節(jié)省資源。NIOSⅡ處理器還提供了高、中、低三種不同性能的內核，通過與ALTERA提供的超過60種IP核(如UART、時鐘、DMA、SDRAM、并行IPO等)結合使用，設計師可以方便地針對特定的應用創(chuàng)建一個在處理器、外設、存儲器和PIO接口方面都完美的方案。除此以外，NIOSlI還有很多其他優(yōu)秀的特性，如指令定制、硬件加速器等。
2．2 AVALON總線
AVALON總線是為了將片內處理器和外圍設備連接成可編程片上系統(tǒng)(SOPC)而設計的簡單總線結構，該總線規(guī)定了控制器和從屬組件間的端口連接以及組件問通信的時序。AVALON總線的基本傳輸模式是在一個主外設和一個從外設之間進行單個字節(jié)、半字或字的傳輸。當一次傳輸結束后，不論新的傳輸過程是否還是在同樣的外設之間進行，AVALON總線總是可以在下一個時鐘周期立即開始另一次傳輸。AVALON總線支持多個總線主外設，允許單個總線事務中在外設之間傳輸多個數據單元。這一多主設備結構為構建SOPC系統(tǒng)提供了極大的靈活性，并且能適應高帶寬的外設。
2．3 外圍設備
在該系統(tǒng)中．NIOS系統(tǒng)中包含有片上RAM、定時器、異步串口UART和通用PIO等外圍設備。這些外圍設備集成在SOPC BUILDER開發(fā)工具中，用戶只要將需要的外圍組件與CPU通過AVALON總線集成在FPGA中，就可以完成整個下位機硬件設計，從而縮短了設計周期。
2．4 溫濕度傳感器
該系統(tǒng)選用的溫濕度傳感器是SHTll，該傳感器是瑞士Sensirion公司生產的具有PC總線接口的單片全校準數字式相對濕度和溫度傳感器。該傳感器采用獨特的CMOSens TM技術，具有數字式輸出、免調試、免標定、免外圍電路及全互換的特點。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/163697.htm
3 系統(tǒng)下位機的軟件設計
系統(tǒng)下位機軟件設計是在NIOS IDE開發(fā)環(huán)境中進行的，在SOPC Builder生成的軟件基礎上，利用C／C++語言編寫源程序，然后經過編譯、連接、調試生成可執(zhí)行文件．最后通過下載電纜對可執(zhí)行程序進行調試和運行。系統(tǒng)下位機軟件主要包括初始化、數據采集子程序、串口接收與發(fā)送子程序、溫濕度控制子程序及顯示子程序。在這里重點介紹溫濕度控制子程序的流程圖．如圖3所示。
該溫濕度自動控制系統(tǒng)的溫度要求控制在5℃～30℃之間，若采集到的溫度T>30℃，程序轉向Jw(降溫處理程序)，并發(fā)出報警信號；若T5℃，則程序轉向SW(升溫處理程序)。并發(fā)出報警信號；若30℃>T>5℃，則程序轉向顯示子程序并返回主程序．濕度控制過程和溫度類似。
4 結論
本系統(tǒng)利用SOPC技術，將信號采集模塊和微處理模塊巧妙的集成到一片F(xiàn)PGA內部．并利用可編程邏輯的靈活性和NIOS II的強大處理能力，方便地實現(xiàn)了溫濕度自動控制的功能。該系統(tǒng)的實現(xiàn)功能還是相對比較簡單的，由于FPGA內部還有大量的邏輯資源可以利用．因此可以實現(xiàn)更為復雜的功能。
實際結果表明：基于SOPC的溫濕度自動控制系統(tǒng)運行正常、數據傳輸可靠、操作管理方便，如果再配備上485總線。整個系統(tǒng)將如虎添翼。
由于FPGA的可編程特性，可以在不改變任何外圍電路的情況下對系統(tǒng)進行軟硬件升級，大大延長了系統(tǒng)的壽命周期，這一點也是相對于其它控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，采用SOPC方案進行系統(tǒng)設計，正符合當今科技的發(fā)展方向。
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