1、导言
当时国内外温控设备以单路操控居多，只能操控一路加热没备。在国内，能够对高温设备一起多路温度监控体系的研制仍是相对滞后，大多数设备都是经过RS232接口或许其他有线接口与上位机通讯，而无线的监控部分很少触及。这儿提出的规划办法在现有技能基础上斗胆立异，具有挑战性。硬件电路的规划选用FPGA编程的办法完结，电路更改便利，用FPGA的办法完结整个体系的主动操控，降低成本，进步精度，并运用ZigBee短距离无线传输协议完结无线长途操控。
2、FPGA硬件规划与完结
2．1 概述
FPGA的规划运用的是ACTEL公司的Libero IDE集成开发环境。FPGA的内部电路由A／D转化模块、PWM模块、10路PWM操控信号挑选模块、PS2模块、50 Hz时钟信号发生模块、报警电路模块（FPGA完结）、LCD显现模块和Core805l模块等构成。图1给出体系电路框图。这些硬件模块建立组成整个操控体系，其间Core 8051模块是整个FPGA内部电路的中心，一切的数据经过8051进行处理并显现。
2．2 电路模块的规划与完结
（1）A／D转化模块ACTEL FPGA中的A／D转化模块将模仿到的数字转化嵌入在FPGA中，经过软件装备来完结不同A／D转化的精度。分散炉温控体系规划中，模仿信号输入没定为20路，分别是10路经过扩大后的温度传感器电压信号和10路手动操控输入的电压信号。该模块选用分时采样的办法，对20路的模仿信号做A／D转化，将转化的成果、通道号和有用信号输送给8051的I／O端口，然后在软件中再读取所需求的通道转化的数字信号。
（2）毛刺滤除模块用逻辑分析仪测验A／D转化后的输出成果时，发现转化有用信号DATAVAIJD有毛刺，为确保8051信号输入的准确性，对有用信号有必要处理，确保正确地收集到MD的转化成果，防止信号收集过错。由于DATAVALID的频率为2 MHz，用高频率10 MHz的时钟信号能够滤除毛刺。该模块的规划思维是让时钟信号为10 MHz的高频信号，经过D触发器滤除毛刺。
（3）PS2模块依据PS2的通讯协议，将输入的串行数据转化为并行数据和一位转化有用的使能信号。将这些信号传输到805l，并运转软件程序处理，完结整个体系的设定数据输入，即各个通道参数的设定。由于高频时钟所发生的有用信号，其脉冲信号十分窄，在硬件电路设计时将这个信号加宽到PS2模块作业时钟周期的12倍，这样在8051程序的履行中，可收集到这个有用信号。PS2模块在体系中的衔接如图2所示。
（4）10路PWM操控信号挑选模块PWM模块中的复位操控信号PWMRST用于操控该通道是否敞开，将这个复位信号输送到相应的PWM通道，完结该通道的通断操控。操控信号PWMDATA用来操控占空比的数据，将这个操控数据输送到相应的PWM模块。
（5）PWM模块宽度可调脉冲模块（简称PWM），用来操控可控硅的通断。该模块的输入信号包含50Hz的时钟信号和脉冲占空比操控信号，将其传输给PWM模块，然后操控输出信号的占空比，来调理加载在电炉丝两头的电压在一个时钟周期内的通断比，到达调理电炉丝加热功率的意图。该模块是一个带复位的PWM。复位信号可用作端口封闭的信号，可直接操控通道是否加热。
（6）报警电路模块报警电路模块包含：声响报警和发光二极管指示两部分。其操控信号都是由805l软核给出，操控指令一路直接输出到LED，另一路则衔接到50 Hz信号的选通端，当805l给出报警数据时，LED为高电平，红灯亮，一起选通50 Hz的信号输出到蜂鸣器端，完结报警。
（7）50 Hz时钟信号发生模块PWM模块需求50 Hz的作业时钟，模块经过分频的办法发生所需的时钟，选用计数器分频的办法，将2 MHz的输入信号作为计数脉冲信号，输出脉冲是计数器的最高位，完结分频。该电路简略，占用的资源也比较少。
（8）LCD显现模块 体系规划选用640×480点阵的LCD显现屏，用MAX—EPM3128ACT CPLD做成的操控板替代LCD操控器，16个地址口、8个数据口和4个操控口的操控板与外围处理器相衔接。由于不需从LCD的屏幕读取数据，4个操控口只用到了指令／数据挑选操控信号CMD和写信号WR。在显现中对LCD的操作便是对一个RAM的读写，将显现的点阵信息写入到相应的RAM地址中即可。内部有两块相同的RAM模块，可对不同部分的RAM操作，这样能够添加LCD的改写频率，显存数据可替换读写，还能够边写边显现。LCD操控器的数据／指令的挑选信号便是CMD信号。图3给出LCD接口与FPGA的衔接原理图。
（9）ZigBee无线传输电路选用根据MCl3192射频收发器作为ZigBee无线传输模块。模块内嵌的软件协议支撑免磕碰串行通讯的功用，使多点TTL/2RS232／RS485数据流通明的传输，互不影响。从8051的串口输出端发送数据给无线传输模块。在8051串行数据输入端接纳发送成功或失利的反应信号。805l发送和接纳的都是TTL电平信号。另一端ZigBee模块直接与PC机的RS232串口相衔接，用来接纳从8051中发送的数据。图4给出模块间的衔接框图。
（10）实例化Core8051模块该操控体系的体系软件用805l编程完结，ACTEL公司供给的8051软核是该操控体系的中心，体系规划是直接调用该软核，然后实例化8051软核。软件中温度操控算法选用增量式PID算法编写，完结了高精度的温度操控。图5给出FPGA内部的805l模块与内部存储器之间的接口框图。图6给出Core8051与程序存储器之间的衔接框图。图7给出Core8051与A／D转化器之间的衔接框图。
3、 结语
分散炉温度主动监控体系的研讨不只能够广泛应用于半导体制作职业中的干燥设备、分散炉、热处理设备，也能够移植应用于纺织、化工等其它职业的温度操控体系。分散炉温控体系规划选用Fusion FPGA完结，电路更改便利，移植性强，与原体系比较，将多路A／D转化、Core8051内核、PWM等模块放到一个芯片内部，大大降低成本；选用PID算法操控，进步了精度；完结了多路温度操控及无线传输功用。该体系已应用于集成电路工艺实验室的分散炉温度操控体系，操控精度较前进步30％，完结了整个体系的数字化进程，取得了杰出的有用作用。
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