基于FPGA的具有數字顯示的水溫測控系統

摘要：電壓、電流、溫度等模擬量的監測在工業生活中都有很廣泛的應用，通過監測到的數據，可以對其進行及時調整，為人們的生產生活帶來了便利與保證。系統主電路采用Actel公司提供的Fusion系列FPGA，用以實現溫度控制。由于加熱和制冷部分的條件限制，只采用模擬的方式。電路可實現溫度的顯示，設置上、下限溫度，超出范圍報警以及與PC機通信的功能。系統測量精度和控制精度良好。同時，基于FPGA的硬件系統設計方法操作簡單，開發成本較低，已成為當今世界上嵌入式系統硬件開發的主流方法之一。
關鍵詞：Fusion；內部的溫度監控模塊；ADC模塊；OLED顯示

測控技術自古以來就是人類生活和生產的重要組成部分。隨著科技的發展，測控技術已進入了全新的時代。近年來。電子技術的快速發展，使得計算機廣泛用于自動檢測和自動控制系統中，以致電壓、電流、溫度等的監測越來越重要，現在利用數字系統處理模擬信號的情況也越來越多，但數字系統所處理的信號都是不連續的數字信號，而待測的電壓、電流、溫度等都是模擬量，這就需要將監測到的模擬信號轉換成數字信號，最終由系統進行處理。Actel公司出產的新型FPGAFusion系列解決了數／模轉換及上電不可運行等一系列難題。Actel公司宣布推出全新的Fusion融合技術，為解決混合式信號的方案帶來真正可編程功能的嶄新技術。融合技術率先將混合信號的模擬功能、FLASH內存和FPGA結構集成于單片可編程系統芯片中。融合技術將可編程邏輯的優勢帶進應用領域中，而這些應用領域直至目前只能采用分立模擬元件和混合信號ASIC供應商提供的器件。與此同時，當融合技術與Actel的ARM7和以8051為基礎的軟MCU內核共用時，可作為終極的軟處理器平臺。這項新技術能發揮Actel以FLASH為基礎FPGA的獨特優勢，包括高絕緣性、三井結構和支持高壓晶體管的能力，以滿足混合信號系統設計的嚴格要求。

1 方案選擇
該系統若根據要求可有多種實現方案。
方案一 該方案是傳統的一位式模擬控制方案。選用模擬電路，用電位器設定給定值，當反饋的溫度值與設定值比較后，決定加熱或不回熱。但它使系統受環境的影響大，不能實現復雜的控制算法，不能用數碼顯示，不能用鍵盤設定。
方案二 該方案是傳統的二位式模擬控制方案。其基本思想與方案一相同，但由于采用上、下限比較電路，所以控制精度提高。這種方法還是模擬控制方式，因此也不能實現復雜的控制算法，而使控制精度做得較高，此外仍不能用數碼顯示和鍵盤設定。
方案三 該方案采用CortexM1 FPGA系統來實現。系統硬件用單芯片完成多方面功能，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實現各種控制算法和邏輯控制，還可實現數碼顯示和鍵盤設定等多種功能，系統電路框圖如圖1所示。

方案一和方案二是傳統的模擬控制方式，而模擬控制系統難以實現復雜的控制規律，控制方案的修改也較麻煩。方案三是采用以CortexM1為控制核心的控制系統，尤其對溫度控制，它能達到模擬控制達不到的控制效果，且可實現顯示、鍵盤設定等多種功能，又易于擴展，大大提高了系統的智能化，也使得系統所測結果精度大大提高。故選擇方案三。