基于FPGA的热压罐的温度和压力控制系统的设计研究

摘要

热压罐在用于金属非金属以及复合材料制品中，温度和压力对这一过程有至关重要的影响。同时由于热压罐体积的限制、温度升降、压力精度等参数要求，选择芯片级温度控制器、芯片级压力控制器变的尤为重要。
　　 基于FPGA的热压罐的温度和压力控制系统包括二大系统:温度控制系统和压力控制系统。温度控制系统包括温度采集模块、温度控制模块、lcd驱动模块等。压力控制模块包括压力采集模块、压力控制模块、电机驱动模块等。
　　 温度控制系统中采用的数字温度传感器是DSB18B20，压力控制系统中采用的压气传感器为BMP085。本设计采用FPGA实现智能化的温度和压气控制器，根据verilog算法具有并行运算的特点，采用FPGA实现并行结构的压力和温度控制器。这样不仅能够提高运行速度，还可以解决通常温度和压力传感器的结构复杂、控制性能差的缺点。
　　 本系统采用Verilog HDL语言定制生成控制模块、温度采集模块、压力采集模块的各个IP。在Qsy上搭建系统架构，并且编写各个IP的驱动底层驱动程序实现软硬件结合。使用modelsim和Visual Studio对各个程序模块进行仿真和测试。通过串口模块和上位机进行通讯进一步实现在用户操作界面上进行在线修改、温度采样、压气采样、数据保存等功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景研究及意义

1．1．1 课题概述

1．1．2 课题研究的背景及意义

1．2 FPGA的现状和发展趋势

1．3 智能温度和压力控制器的国内外发展现状

1．3．1 智能温度和压力控制器的国内发展现状

1．3．2 智能温度控制器的国外发展现状

1．4 本论文完成的研究工作

第2章 智能温度和原理控制系统的硬件设计

2．1 系统总体方案设计

2．1．1 FPGA与BMP085及DS18B20相结合的设计

2．1．2 系统主芯片的选择

2．1．3 系统的需求分析

2．2 硬件结构

2．2．1 高速同步DDR2-SDRAM

2．2．2 FPGA的配置方案

2．2．3 时钟分配与复位电路

2．2．4 USB 2．0接口电路

2．2．5 系统电源电路

2．2．5 气压传感器BMP085接口电路

2．2．6 数字温度传感器DS18B20接口电路

2．2．7 温度控制硬件电路

2．2．8 单端扩展连接器

2．3 本章小结

第3章 温度与压力控制系统的软件模块设计

3．1 软件总体设计

3．2 软件分模块设计

3．2．1 SOPC系统框架设计

3．2．2 Avalon总线的介绍

3．2．3 CY7C68013模块的IP定制

3．2．4 LCD1602驱动IP模块定制

3．2．5 DS18B20模块IP定制

3．2．6 半导体制冷模块tec1_4903模块的IP定制

3．2．7 定制步进电机驱动芯片DRV8811IP模块

3．2．8 IIC模块的IP的定制

3．3 本章小结

第4章 系统的硬件测试与软件调试

4．1 FPGA的硬件测试

4．1．1 对SRAM和SDRAM的测试

4．1．2 对USB CY7C68013的测试

4．2 Nios外设软件部分的调试

4．2．1 电机控制芯片DRV8811的Nios软件调试

4．2．2 半导体制冷片tec1_4903的Nios软件调试

4．2．3 压气传感器BMP085的Nios软件调试

4．3 上位机界面设计

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢