基于FPGA的具有數(shù)字顯示的水溫測控系統(tǒng)

2 器件介紹
該系統(tǒng)采用的處理器核為32位ARM CortexM1，它是ARM與Actel合作開發(fā)，是首個專門針對FPGA應用而設計的ARM處理器。CortexM1處理器的運行速度高達68 MHz，可用4 353個邏輯單元(Tiles)來實現(xiàn)。CortexM1處理器采用三級流水線結構，其指令集使用了經(jīng)典的Thumb-2指令集中一個子集，所以無需更改，即可利用現(xiàn)有的Thumb代碼。配置的CortexM1處理器可以連接到先進高性能總線(AHB)上，使得設計工程師能夠構建自己的子系統(tǒng)，并能輕易增添外設功能。
2．1 數(shù)據(jù)采集部分
傳感器部分既可采用熱敏電阻，也可采用集成的溫度傳感器。由于熱敏電阻的精度、重復性、可靠性都比較差，為了配合開發(fā)板的需求，在此采用晶體管作為溫度傳感器。系統(tǒng)溫度檢測數(shù)據(jù)采集部分原理如圖2所示。

這里溫度傳感器采用的是晶體管2N3904，它是雙極型晶體管，在使用中要按照圖2所示，將其集電極與基極連接起來使用。晶體管的溫度將會影響PN結上電流與電壓的關系，這是Fusion器件能夠?qū)崿F(xiàn)溫度監(jiān)控的理論基礎。送到A／D轉(zhuǎn)換器的電壓VADC由下面的公式可以得出：

式中：n為晶體管的理想系數(shù)。設計中，2N3904的n=1．008，近似取1。C為模塊中ADC的放大倍數(shù)，C=12．5；I，i為模塊中用到的兩個電流源，I=100μA，i=1OμA；k為波爾茲曼常量，k=1．3806×10-23J／K；q為質(zhì)子的電量，q=1．602×10-19C，正因為采用的q，所以ADC測得溫度值單位為開爾文(Kelvin)；T為系統(tǒng)要測量的溫度，此處為傳感器所測量溫度。
2．2 鍵盤控制和控制電路
因為系統(tǒng)在運行時可以與PC通信，故可直接使用PC機設定上、下限溫度值，不需要額外設計鍵盤電路。但是由于條件有限，對于加熱和冷卻系統(tǒng)可采用簡單的模擬方式實現(xiàn)，通過系統(tǒng)給定信號驅(qū)動繼電器電路，完成加熱和冷卻效果，并且在超出范圍后進行報警。