基于FPGA的空调控制器设计.doc

1、 草鱼 草鱼 草鱼 基于 FPGA 的 空调 控制器设计 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草 鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 学生专业 ： pork 草鱼 草鱼电子信息科学与技术 草鱼 草 鱼草鱼 学生姓名 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草 鱼草鱼 指导教师 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草 鱼草鱼 I 摘要 草鱼 草鱼 随着 我国科学技术的进步和人民生活水平的不断提高 ， 鲤鱼

2、 近几年来各种产业都在迅速发展 ， 鲤鱼 空调业也包括其中 ， 鲤鱼 空调在公共场所 、 pork专用场地和普通家庭等场所都被广泛应用 。 草鱼 本论文的主要任务是基于 FPGA 的空调控制器的设计 ， 鲤鱼 控制器部分采用 Verilog 草鱼 HDL 语言编写 。 草鱼 主体程序采用了状态机作为主要控制方式 ， 鲤鱼 并分为 7个模块即温度控制模块 、 pork湿度控制模块 、 pork显示控制模块 、 pork数码管显示模块 、 pork分频模块和按键消抖模块分别编写 。 草鱼 最后实现以 FPGA 为核心控制器件 ， 鲤鱼 通过比较采集 的温度和用户设定的温度来做出发送降温还是加热的控

3、制信号给空调机 ； pork通过比较采集的湿度和用户设定的湿度来做出加湿还是除湿的控制信号给空调机 。 草鱼同时通过 FPGA 芯片还可以实现定时和控制显示 ， 鲤鱼 使用数码管将传感器测量到的温度 、 pork湿度 ， 鲤鱼 设定的温度 、 pork湿度 、 pork定时时长都显示出来 ， 鲤鱼 最后利用 Quartus 草鱼 II 软件进行功能仿真 ， 鲤鱼 并下载到 FPGA 开发板上进行硬件验证 。 草鱼草鱼 该课题的研究将有助于采用 FPGA 的系列产品的开发 ， 鲤鱼 同时可以大大缩短 FPGA的开发时间 。 草鱼 另外 ， 鲤鱼 由于模块的易用性 ， 鲤鱼 也将使得更多的设计者采

4、用 FPGA 产品应用于温控领域 ， 鲤鱼 为行业和我们的生活带来新的变化 。 草鱼草鱼 草鱼 关键词 草鱼空调控制器 ； porkFPGA； porkVerilog 草鱼 HDL； porkQuartus 草鱼 II 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 II Abstract 草鱼 草鱼 Along 草鱼 with 草鱼 the 草鱼 progress 草鱼 of 草鱼 science 草鱼 and 草鱼 technology 草鱼 in 草鱼 China 草鱼 and 草鱼 the 草 鱼improvement 草鱼 of 草鱼 peoples 草鱼 livi

5、ng 草鱼 standard, 草鱼 in 草鱼 recent 草鱼 years, 草鱼 various 草鱼 industries 草鱼 are 草鱼developing 草鱼 rapidly, 草鱼 also 草鱼 including 草鱼 air 草鱼 conditioning 草鱼 industry. 草鱼 Air 草鱼 conditioning 草鱼 has 草鱼 been 草鱼 widely 草鱼 used 草鱼 in 草鱼 public 草鱼 places, 草鱼 special 草鱼 field 草鱼 and 草鱼 ordinary 草鱼 families 草鱼 and 草鱼

6、so 草鱼on. 草鱼 The 草鱼 main 草鱼 task 草鱼 of 草鱼 this 草鱼 thesis 草鱼 is 草鱼 the 草鱼 design 草鱼 of 草鱼 air 草鱼 conditioning 草鱼 controller 草鱼based 草鱼 on 草鱼 FPGA, 草鱼 the 草鱼 controller 草鱼 part 草鱼 adopts 草鱼 Verilog 草鱼 HDL 草鱼 language. 草鱼 Main 草鱼program 草鱼 state 草鱼 machine 草鱼 is 草鱼 adopted 草鱼 as 草鱼 the 草鱼 main 草鱼 contro

7、l 草鱼 mode, 草鱼 hardware 草鱼 module 草鱼mainly 草鱼 has 草鱼 buttons, 草鱼 50 草鱼 MHz 草鱼 semiconductor 草鱼 vibration 草鱼 module, 草鱼 digital 草鱼 tube 草鱼display 草鱼 module, 草鱼 temperature 草鱼 sensor, 草鱼 humidity 草鱼 sensor 草鱼 module, 草鱼 air 草鱼 conditioning 草鱼actuator 草鱼 module. 草鱼 Finally, 草鱼 taking 草鱼 FPGA 草鱼 as 草鱼 th

8、e 草鱼 core 草鱼 control 草鱼 device, 草鱼 set 草鱼 by 草鱼comparing 草鱼 the 草鱼 acquisition 草鱼 of 草鱼 temperature 草鱼 and 草鱼 the 草鱼 temperature 草鱼 to 草鱼 make 草鱼 users 草鱼send 草鱼 cooling 草鱼 or 草鱼 heating 草鱼 control 草鱼 signal 草鱼 to 草鱼 air 草鱼 conditioner. 草鱼 Set 草鱼 by 草鱼 comparing 草鱼 the 草鱼acquisition 草鱼 humidity 草鱼 a

9、nd 草鱼 humidity 草鱼 to 草鱼 make 草鱼 user 草鱼 control 草鱼 signal 草鱼 humidification 草鱼 or 草鱼 dehumidification 草鱼 for 草鱼 air 草鱼 conditioner. 草鱼 At 草鱼 the 草鱼 same 草鱼 time 草鱼 through 草鱼 the 草鱼 FPGA 草鱼 chip 草鱼can 草鱼 achieve 草鱼 timing 草鱼 and 草鱼 control 草鱼 the 草鱼 use 草鱼 of 草鱼 digital 草鱼 tube 草鱼 display, 草鱼 temper

10、ature, 草鱼humidity 草鱼 sensor, 草鱼 the 草鱼 set 草鱼 temperature, 草鱼 time, 草鱼 displayed, 草鱼 finally 草鱼 timing 草鱼 simulation 草鱼using 草鱼 Quartus 草鱼 II 草鱼 software.草鱼 The 草鱼 subject 草鱼 of 草鱼 the 草鱼 research 草鱼 will 草鱼 contribute 草鱼 to 草鱼 adopting 草鱼 FPGA 草鱼 series 草鱼 product 草鱼development, 草鱼 at 草鱼 the 草鱼 sam

11、e 草鱼 time 草鱼 can 草鱼 shorten 草鱼 the 草鱼 development 草鱼 time 草鱼 of 草鱼 FPGA. 草鱼 In 草鱼addition, 草鱼 due 草鱼 to 草鱼 the 草鱼 ease 草鱼 of 草鱼 modules, 草鱼 will 草鱼 make 草鱼 more 草鱼 designers 草鱼 using 草鱼 FPGA 草鱼products 草鱼 applied 草鱼 in 草鱼 the 草鱼 field, 草鱼 temperature 草鱼 control 草鱼 for 草鱼 the 草鱼 industry 草鱼 and 草鱼 br

12、ing 草鱼new 草鱼 changes 草鱼 in 草鱼 our 草鱼 lives. 草鱼草鱼 草鱼 Keywords 草鱼 草鱼 Air 草鱼 conditioning 草鱼 controller 草鱼 草鱼 FPGA 草鱼 草鱼 Verilog 草鱼 HDL 草鱼 草鱼 Quartus 草鱼 IIIII 目录 草鱼 摘要 I 草鱼 Abstract II 草鱼 草鱼 第 1 章 草鱼 绪论 1 草鱼 1.1 草鱼 课题背景 1 草鱼 1.2 草鱼 研究的目的和意义 1 草鱼 1.3 草鱼 国内外研究状况 2 草鱼 1.4 草鱼 论文结构安排 2 草鱼 第 2 章 草鱼 CPLD/FPGA

13、 的硬件结构知识 4 草鱼 2.1 草鱼 CPLD/FPGA 概述 4 草鱼 2.2 草鱼 CPLD 和 FPGA 性能比较 4 草鱼 2.3 草鱼 FPGA 的基本特点 5 草鱼 2.4 草鱼 Verilog 草鱼 HDL 简介 5 草鱼 2.5 草鱼 Quartus 草鱼 II 简介 6 草鱼 2.6 草鱼 本章小结 7 草鱼 第 3 章 草鱼 空调控制器的基本原理 8 草鱼 3.1 草鱼 空调基本原理 8 草鱼 3.2 草鱼 空调控制系统原理 8 草鱼 3.2.1 草鱼 空气温度调节 9 草鱼 3.2.2 草鱼 空气湿度调节 9 草鱼 3.2.3 草鱼 空气其他参数调节 9 草鱼 3.3

14、 草鱼 本章小结 9 草鱼 第 4 章 草鱼 空调控制器设计及仿真 10 草鱼 4.1 草鱼 温度控制模块 10 草鱼 4.2 草鱼 风力控制模块 12 草鱼 4.3 草鱼 湿度控制模块 14 草鱼 4.4 草鱼 显示控制模块 16 草鱼 4.5 草鱼 数码管显示模块 20 草鱼 4.6 草鱼 分频模块 22 草鱼 IV 4.7 草鱼 按键消抖模块 24 草鱼 4.8 草鱼 本章小结 25 草鱼 第 5 章 草鱼 空调控制器的 FPGA 实现 26 草鱼 5.1 草鱼 空调控制器的总电路图 26 草鱼 5.2 草鱼 空调控制器的 FPGA 实现 27 草鱼 5.3 草鱼 本章小结 32 草鱼

15、结论 33 草鱼 致谢 34 草鱼 参考文献 34 草鱼 附录 36 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 V CONTENTS 草鱼 Abstract(Chinese) I 草鱼 Abstract(English) II 草鱼 草鱼 Chapter 草鱼1 草鱼Introduction 1 草鱼 1.1 草鱼 Subject 草鱼 background 1 草鱼 1.2 草鱼 The 草鱼 purpose 草鱼 and 草鱼 significance 草鱼 of 草鱼 the 草鱼 study 1 草鱼 1.3 草鱼 Research 草鱼 status 草鱼 at 草鱼 home 草鱼 and 草鱼 a

16、broad2 草鱼 1.4 草鱼 Paper 草鱼 structural 草鱼 arrangements 2 草鱼 Chapter 草鱼2 草鱼CPLD 草鱼/ 草鱼FPGA 草鱼 hardware 草鱼 structure 草鱼 of 草鱼knowledge 4 草鱼 2.1 草鱼 CPLD 草鱼 / 草鱼 FPGA 草鱼 Overview 4 草鱼 2.2 草鱼 CPLD 草鱼 and 草鱼 FPGA 草鱼 performance 草鱼 comparison 4 草鱼 2.3 草鱼 The 草鱼 basic 草鱼 features 草鱼 of 草鱼 the 草鱼 FPGA5 草鱼 2.4

17、草鱼 Introduction 草鱼 to 草鱼 Verilog 草鱼 HDL5 草鱼 2.5 草鱼 Introduction 草鱼 to 草鱼 Quartus 草鱼 II 6 草鱼 2.6 草鱼 Chapter 草鱼 Summary 7 草鱼 Chapter 草鱼3 草鱼Air-conditioned 草鱼 Basic 草鱼Profile 8 草鱼 3.1 草鱼 The 草鱼 basic 草鱼 principles 草鱼 of 草鱼 air 草鱼 conditioning 8 草鱼 3.2 草鱼 Air 草鱼 conditioning 草鱼 control 草鱼 system 草鱼 theo

18、ry 8 草鱼 3.2.1 草鱼 Air 草鱼 temperature 草鱼 regulation 9 草鱼 3.2.2 草鱼 Air 草鱼 humidity 草鱼 regulator 9 草鱼 3.2.3 草鱼 Other 草鱼 parameters 草鱼 of 草鱼 the 草鱼 air 草鱼 conditioning 9 草鱼 3.3 草鱼 Chapter 草鱼 Summary 9 草鱼 Chapter 草鱼4 草鱼 Air 草鱼conditioning 草鱼controller 草鱼 design 草鱼and 草鱼simulation 10 草鱼 4.1 草鱼 Temperature

19、草鱼 control 草鱼 module 10 草鱼 4.2 草鱼 The 草鱼 wind 草鱼 control 草鱼 module 12 草鱼 4.3 草鱼 Humidity 草鱼 control 草鱼 module 14 草鱼 4.4 草鱼 The 草鱼 display 草鱼 control 草鱼 module 16 草鱼 4.5 草鱼 Digital 草鱼 display 草鱼 module 20 草鱼 4.6 草鱼 Frequency 草鱼 module 22 草鱼 VI 4.7 草鱼 Key 草鱼 debounce 草鱼 module 24 草鱼 4.8 草鱼 Chapter 草鱼

20、Summary 25 草鱼 Chapter 草鱼5 草鱼Air 草鱼conditioning 草鱼controller 草鱼 on 草鱼FPGA 26 草鱼 5.1 草鱼 The 草鱼 total 草鱼 air-conditioning 草鱼 controller 草鱼 circuit 26 草鱼 5.2 草鱼 Air 草鱼 conditioning 草鱼 controller 草鱼 on 草鱼 FPGA 27 草鱼 5.3 草鱼 Chapter 草鱼 Summary 32 草鱼 Conclusion 33 草鱼 Acknowledgements 34 草鱼 References 34 草鱼

21、Appendix 36 草鱼 草鱼 1 绪论 草鱼 课题背景 草鱼 当今社会是数字化的社会 ， 鲤鱼 是数字集成电路广泛应用的 社会 ， 鲤鱼 数字集成电路本身在不断地进行更新换代 。 草鱼 它由早期的电子管 、 pork晶体管 、 pork小中规模集成电路 ， 鲤鱼 发展到超大规模集成电路以及许多具有特定功能的专用集成电路 。 草鱼 但是 ， 鲤鱼 随着微电子技术的发展 ， 鲤鱼 设计与制造集成电路的任务已经不完全由半导体厂商来独立承担 。草鱼 系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路（ ASIC）芯片 ， 鲤鱼 而且希望 ASIC 的设计周期尽可能短 ， 鲤鱼 最好是在实验室里就能设计出合适

22、的 ASIC 芯片 ， 鲤鱼 并且立即投入实际应用之中 。 草鱼 大规模可编程逻辑器件 CPLD 和 FPGA 是当今应用最广泛的 两类可编程专用集成电路 ， 鲤鱼 电子设计工程师利用它可以在办公室或实验室里设计出所需要的专用集成电路 ， 鲤鱼 从而大大缩短了产品上市的时间 ， 鲤鱼 降低了开发成本 。 草鱼此外 ， 鲤鱼 可编程逻辑器件还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性 ， 鲤鱼 使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改 ， 鲤鱼 这样就极大的提高了电子系统设计的灵活性和通用性 。 草鱼 由于具备上述两方面的特点 ， 鲤鱼 CPLD 和 FPGA 受到了世界范围内广大电子设计工程师

23、们的普遍欢迎 ， 鲤鱼 应用日益广泛 。 草鱼草鱼 随着微电子技术的飞速进步 ， 鲤鱼 电子学进入了一个崭新的时代 ， 鲤 鱼 其特征是电子技术的应用正以空前的规模和速度渗透到各个行业 。 草鱼 PLD 的广泛应用 ， 鲤鱼 为各行业的电子系统设计工程师自行开发本行业专用的 ASIC 提供了技术和物质条件 。 草鱼 PLD 作为当今电子设计领域应用最广泛的可编程器件之一 ， 鲤鱼 其原因是多方面的 ， 鲤鱼 PLD 高集成度 、 pork可现场修改 、 pork开发周期短等优点满足了从军用到民用 、 pork从高端到低端的大多数电子设计领域的需求 。 草鱼 而可编程逻辑器件从出现至今只有短短二

24、十年的发展历史 ， 鲤鱼 有很多电子设计工程师和可编程逻辑器件产品的用户对这一器件的特性 、 pork优势 还不是非常了解 ， 鲤鱼 部分有经验的设计师依然习惯于用单片机等传统工具从事电路设计 ， 鲤鱼 这样就影响了电子产品的市场竞争力 ， 鲤鱼 也忽略了产品的升级空间 。草鱼 因此 ， 鲤鱼 十分有必要对 PLD 这一族器件进行全面细致的分析研究 ， 鲤鱼 从而更好地利用 PLD 的优势为电子设计服务 。 草鱼草鱼 研究的目的和意义 草鱼 当今社会随着科学技术的发展和信息技术的普及 ， 鲤鱼 无论是在科研生产还是日常生活中 ， 鲤鱼 计算机技术已经融入其中 ， 鲤鱼 特别是复杂可编程逻辑芯片

25、的应用已经渗透到生产 、 pork生活等各个方面 ， 鲤鱼 推动了社会的发展 ， 鲤鱼 尤其在实时控制 方面有很强的功能 。草鱼 通常 ， 鲤鱼 我们要实现这些功能可以用单片机来完成 ， 鲤鱼 但是用可编程逻辑 FPGA 同样2 可以实现 1。 草鱼草鱼 随着生活水平的不断提高 ， 鲤鱼 人们不仅对衣食住行有了更高的要求 ， 鲤鱼 同时在生活环境上也要求更舒适 。 草鱼 为了创造出适合人体舒适感的室内空气环境 ， 鲤鱼 空调就这样应运而生了 。 草鱼 而此次我要完成的空调控制器则是空调必不可少的一个重要组成部分 ， 鲤鱼 没有控制器空调就不能正常的运行 ， 鲤鱼 进而不能实现它的功能 。 草鱼

26、草鱼 基于经济的快速发展 ， 鲤鱼 电子产品的更新换代越来越快 ， 鲤鱼 产品的开发周期也越来越短 而且趋于灵活化 。 草鱼 数字系统产品应用于各个行业 ， 鲤鱼 不仅取决它的灵活性 ， 鲤鱼 更取决于它的实用性 ， 鲤鱼 在我们日常生活中就随处可见 。 草鱼草鱼 可编程逻辑器件（ PLD）和现场可编程门阵列（ FPGA）是新一代的数字逻辑器件 ， 鲤鱼 也是近年来集成电路中发展最快的品种之一 。 草鱼 这种器件具有速度快 、 pork集成度高 、 pork可靠性强 、 pork用户可重复编程或动态重构其逻辑功能等特点 。 草鱼 在 EDA（电子设计自动化）设计工具的支持下 ， 鲤鱼 它使数字

27、系统的设计变得非常灵活 ， 鲤鱼 且大大缩短系统研制的周期 ， 鲤鱼 减小系统的体积和所用芯片 的品种 ， 鲤鱼 目前在计算机 、 pork通信 、por k图像处理等多个领域已得到广泛应用 。 草鱼草鱼 国内外研究状况 草鱼 目前 ， 鲤鱼 国内外空调控制器的实现方法有很多种 ： pork草鱼 1.基于 ARM7 的空调控制器的实现 。 草鱼 这种方法的缺点是 PID 控制参数调整有一定的难度 ， 鲤鱼 并且应用程序不够完善 2。 草鱼草鱼 2.用单片机来实现 。 草鱼 单片机的接口性能比较良发好 ， 鲤鱼 容易实现人机接口 。 草鱼 但是由于单片机集成度通常较低 ， 鲤鱼 系统设计比较复杂

28、 3。 草鱼草鱼 3.基于嵌入式的 VRV 空调控制器的研究 4。 草鱼草鱼 4.利用 特殊用途的芯片实现 。 草鱼 这种方案的缺点是灵活性差 ， 鲤鱼 而且开发工具很不完善 5。 草鱼草鱼 5.用 FPGA 等可编程逻辑器件来设计空调控制器 。 草鱼 由于 FPGA 产品的迅速发展 ，鲤鱼 人们可以利用 Altera、 porkXilinx 等公司提供的产品 ， 鲤鱼 使用其相关开发工具和 Verilog 草鱼 HDL 等硬件开发语言 ， 鲤鱼 通过软件编程用硬件实现特定的功能 。 草鱼 这一方法由于具有通用性的特点并可以实现其他功能 ， 鲤鱼 因此目前都是有比较活跃的研究领域 。 草鱼草鱼 论文结构安排 草鱼 本文共分为五章 ， 鲤鱼 各章内容如下 ： pork草鱼 第 1 章为绪论 ， 鲤鱼 介绍了课题的背景 、 pork研究的目的和意义 ， 鲤鱼 以及国内外的研究状况 。草鱼草鱼