2 器件介绍
该系统采用的处理器核为32位ARM CortexM1,它是ARM与Actel合作开发,是首个专门针对FPGA应用而设计的ARM处理器。CortexM1处理器的运行速度高达68 MHz,可用4 353个逻辑单元(Tiles)来实现。CortexM1处理器采用三级流水线结构,其指令集使用了经典的Thumb-2指令集中一个子集,所以无需更改,即可利用现有的Thumb代码。配置的CortexM1处理器可以连接到先进高性能总线(AHB)上,使得设计工程师能够构建自己的子系统,并能轻易增添外设功能。
2.1 数据采集部分
传感器部分既可采用热敏电阻,也可采用集成的温度传感器。由于热敏电阻的精度、重复性、可靠性都比较差,为了配合开发板的需求,在此采用晶体管作为温度传感器。系统温度检测数据采集部分原理如图2所示。
这里温度传感器采用的是晶体管2N3904,它是双极型晶体管,在使用中要按照图2所示,将其集电极与基极连接起来使用。晶体管的温度将会影响PN结上电流与电压的关系,这是Fusion器件能够实现温度监控的理论基础。送到A/D转换器的电压VADC由下面的公式可以得出:
式中:n为晶体管的理想系数。设计中,2N3904的n=1.008,近似取1。C为模块中ADC的放大倍数,C=12.5;I,i为模块中用到的两个电流源,I=100μA,i=1OμA;k为波尔兹曼常量,k=1.3806×10-23J/K;q为质子的电量,q=1.602×10-19C,正因为采用的q,所以ADC测得温度值单位为开尔文(Kelvin);T为系统要测量的温度,此处为传感器所测量温度。
2.2 键盘控制和控制电路
因为系统在运行时可以与PC通信,故可直接使用PC机设定上、下限温度值,不需要额外设计键盘电路。但是由于条件有限,对于加热和冷却系统可采用简单的模拟方式实现,通过系统给定信号驱动继电器电路,完成加热和冷却效果,并且在超出范围后进行报警。