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(jìn)行了優(yōu)化設(shè)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(diào)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(diào)試特性．包括基本的JTAG的運(yùn)行控制(運(yùn)行、停止、單步、存儲器等)、硬件斷點(diǎn)、數(shù)據(jù)觸發(fā)、片內(nèi)和片外跟蹤、嵌入式邏輯分析儀。這些強(qiáng)大的工具可以在開發(fā)階段使用，調(diào)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(nèi)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(jié)合使用，設(shè)計師可以方便地針對特定的應(yīng)用創(chuàng)建一個在處理器、外設(shè)、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(nèi)處理器和外圍設(shè)備連接成可編程片上系統(tǒng)(SOPC)而設(shè)計的簡單總線結(jié)構(gòu)，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(shè)和一個從外設(shè)之間進(jìn)行單個字節(jié)、半字或字的傳輸。當(dāng)一次傳輸結(jié)束后，不論新的傳輸過程是否還是在同樣的外設(shè)之間進(jìn)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(shè)，允許單個總線事務(wù)中在外設(shè)之間傳輸多個數(shù)據(jù)單元。這一多主設(shè)備結(jié)構(gòu)為構(gòu)建SOPC系統(tǒng)提供了極大的靈活性，并且能適應(yīng)高帶寬的外設(shè)。
2．3 外圍設(shè)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(shè)備。這些外圍設(shè)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(jī)硬件設(shè)計，從而縮短了設(shè)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(chǎn)的具有PC總線接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式相對濕度和溫度傳感器。該傳感器采用獨(dú)特的CMOSens TM技術(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點(diǎn)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/163697.htm
3 系統(tǒng)下位機(jī)的軟件設(shè)計
系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計是在NIOS IDE開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行的，在SOPC Builder生成的軟件基礎(chǔ)上，利用C／C++語言編寫源程序，然后經(jīng)過編譯、連接、調(diào)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(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。系統(tǒng)下位機(jī)軟件主要包括初始化、數(shù)據(jù)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(diǎn)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(zhuǎn)向Jw(降溫處理程序)，并發(fā)出報警信號；若T5℃，則程序轉(zhuǎn)向SW(升溫處理程序)。并發(fā)出報警信號；若30℃>T>5℃，則程序轉(zhuǎn)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(jié)論
本系統(tǒng)利用SOPC技術(shù)，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(nèi)部．并利用可編程邏輯的靈活性和NIOS II的強(qiáng)大處理能力，方便地實(shí)現(xiàn)了溫濕度自動控制的功能。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能還是相對比較簡單的，由于FPGA內(nèi)部還有大量的邏輯資源可以利用．因此可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的功能。
實(shí)際結(jié)果表明：基于SOPC的溫濕度自動控制系統(tǒng)運(yùn)行正常、數(shù)據(jù)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?nèi)魏瓮鈬娐返那闆r下對系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件升級，大大延長了系統(tǒng)的壽命周期，這一點(diǎn)也是相對于其它控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，采用SOPC方案進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，正符合當(dāng)今科技的發(fā)展方向。
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