题    目：基于NIOSⅡ的自动温控系统

         Auto-Temperature-Control System Base on NIOSⅡ

学    校：北方工业大学

专    业：通信工程

参 赛 者：赵晗彤 邹明国 韩旭

指导教师：刘红

摘    要

本产品采用NiosⅡ软核嵌入式处理器控制，使用高精度数字温控传感器测量温度，实现数码显示、全自动温度控制和洒水控制、实时电子时钟等功能。温度中心值、精度值、洒水时间和洒水间隔时间可在一定范围内任意设置，系统安全可靠，操作简单易行，可广泛应用于工、农业及人们日常生活中，具有广阔的市场前景。本文从产品功能、设计原理和具体实现等方面进行了介绍。

关键词：NiosⅡ，温控传感器，实现

Abstract

This product employs NiosⅡ soft core embedded processor, uses high precision digital temperature-control sensor to measure temperature, achieve digital tube display, auto temperature control and sprinkling control, and real-time digital clock function, ect. The center value and precision of the temperature, sprinkling time and sprinkling interval can be set at will in certain range. This system is safe and reliable, easy to operate. it can be widely used in industry, agriculture and daily life, it has wide  market foreground. This article introduces product function, designing theory and realizing and so on.

   Keywords: NiosⅡ ,temperature-control sensor, realizing

第一章      引   言

1.1开发背景简介

Altera公司在可编程系统级芯片(SOPC)领域中处于前沿和领先的地位，其2003年度的年收入高达8.272亿美元.其产品向全世界近14,000家客户提供超值的可编程解决方案。 Altera®大学计划为全球范围内的大专院校提供先进的开发软件、可编程逻辑器件、开发工具以及完整的设计套件,有效地补充了现有的数字逻辑设计教学.所提供的软件和硬件平台适合于各种设计课程的使用，包括入门级的逻辑设计和高级的计算构架。

NiosⅡ处理器能从外设和存储器接口库中进行选择，将处理器、外设、存储器和I/O接口集成在单片FPGA中，定制自己设计的系统，并且对各种外围设备的实现提供了强大的支持平台；SOPC Builder系统开发工具可以自动生成组件以及联接组件的总线，所有软件开发任务编辑、构建、程序调试都能够在(IDE)下完成，从而简化了开发过程，降低了系统成本、复杂性以及功耗，并且通过移植到Altera的结构化ASIC中，实现低成本、大批量产品。具有可配置，长生命周期、低成本、高性能等优点，是世界上最通用的处理器。

SOPC（System on a programmable Chip,片上可编程系统）是Altera公司提出的一种灵活、高效的SOC解决方案。它将处理器、存储器、I/O接口、LVDS、CDR等系统设计需要的功能模块集成到一个PLD器件上，构建一个可编程的片上系统。它是可编程系统，具有灵活的设计方式，软硬件可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。可编程器件内还有小容量高速RAM资源。由于市场上有丰富的IPCore资源可供灵活选择，用户可以构成各种不同的系统，如单处理器、多处理器。有些可编程器件内还可以包含可编程模拟电路。除了系统使用的资源外，可编程器件内还有足够的可编程逻辑资源，用于实现其它附加逻辑。

本学期作者选修了“微机应用系统”课程，通过学习及上机实践对嵌入式系统有了全面的了解和一定程度的掌握，结合教学，做了大量的市场调研，我们的参赛作品选用的就是Altera公司的NiosII软核嵌入式处理器。

1.2产品描述

本设计采用NiosⅡ软核嵌入式处理器，通过按键选择功能设置，18B20将外界温度信号直接转换成串行数字信号传给NIOS处理器处理，NiosⅡ处理器把接收到的温度数据与设置的中心温度相比较，如果外界温度低于中心设置温度一定幅度，则将连接加热器的电路导通，从而起到升温作用，当温度高于中心设置温度的一定幅度时，连接洒水器的电路导通，从而起到降温的作用，时间与温度可以通过LED每隔一分钟显示一次。

1.3市场前景

    在现代生活生产中，自动控制有着举足轻重的作用。采用自动控制，能够大大减少人力，节省了时间，提高了生产效率，降低了生产成本。随着高科技农业的飞速发展，人们对健康食品的需求越来越大。本设计的产品能够实现自动温度控制和洒水功能，在许多家用、工业生产、农业生产领域有着广泛的应用，如自动温控孵化器、自动温控烤箱、自动温控洒水豆芽机控制器和超市蔬菜保鲜等安全卫生，并且有着很高的稳定性和精确性，不仅节省了人力资源，更避免了由于人为的疏忽造成的损失，大大提高了产品质量和生产效率，具有广阔的市场前景。

1.4 产品特色

    本产品是在SOPC上开发的，采用NiosⅡ软核嵌入式处理器为控制中心,可以根据用户的需求灵活地进行设计。与以单片机为处理器的系统相比，功能更为强大，操作更为简单灵活。由于NiosⅡ处理器可以重新设计下载，所以产品升级、功能扩展易于实现。还可以根据不同的实际应用进行功能添加，增强了产品的应用领域，可方便地根据用户的需求为用户量身订制产品。

第二章  开发方法

本设计以NiosⅡ处理器为核心，采用软、硬件结合的方法进行开发。

2.1硬件开发方法 

●用SOPC Builder系统综合软件来选取合适的CPU、存储器及外围器件，并定制它们的功能。

●使用QuartusⅡ软件选取Cyclone系列,并对SOPC Builder生成的HDL设计文件进行布局布线；再使用QuartusⅡ选取EP1C3T144C8并对NiosⅡ系统上的各种I/O分配管脚，另外还要根据要求进行硬件编译选项或时序约束的设置。在编译的过程中，QuartusⅡ从HDL源文件综合生成一个适合目标器件的网表。最后，生成配置文件。

●使用QuartusⅡ编程器和Altera下载电缆，将配置文件下载到开发板上。当校验完当前硬件设计后，还可再次将新的配置下载到开发板上的非易失存储器里。

2.2软件开发方法

●在用SOPC Builder系统集成软件进行硬件设计的同时，就可以开始编写独立于器件的C软件。

●SOPC Builder为每个新创建的NiosⅡ CPU 生成一个定制软件开发包（SDK）。SDK为用户提供软件开发的基础，SDK内有与外设相关的子程序被编译后生成的编译库

●使用NiosⅡ SDK对软件进行编译、调试。

●将硬件设计下载到开发板上后，就可以将软件下载到开发板上并在硬件上运行