1. 成果形貌

       1.1 团体计划思路

       利用SOPC强大的IP核和容易配置的上风简化计划流程。充分发挥NiosⅡ强大的并行处理惩罚本领。该体系重要涉及多个下位机与FPGA的通讯题目。通过SOPC计划技能可以很容易的布局多个UART接口，低落体系的计划本钱。在Quartus中可以用VHDL／Verilog语言写入总线复用模块，办理SRAM、SDRAM、FLASH之间存在的总线辩论题目。

       表现和操纵部分的硬件重要在Altera的CycloneⅡEPSC35板上由SOPC Builder配置实现。传感检测和信号处理惩罚部分则通过体系扩展来实现。分外是放大和A／D转换部分，必须由专门的模块来处理惩罚。

       1.2 体系的重要成果

       旋风预热器仿真重要实现对水泥反转展转窑模型在模仿事景况态下的参数检测和控制。由传感器征求的数据颠末放大和修正送入A／D转换芯片，转换后的数据送入作为下位机的AT89S52系列单片机中，通过串口通讯的方法将数据流送入作为上位机的DE2开辟板中，利用NiosⅡ软核的VGA视频表现成果将征求的数据表现为状态曲线。

       同时，利用FPGA快速反响的好处，实现对下位机部分的控制，从而对模型的模仿事景况态举行调解和监控。整个旋风筒模型由透明的有机玻璃构成，具有很强的抚玩性。LED灯的提示和LCD的数字表现越发进步了团体的实用性。由于体系的各个单位之间存在独立性，因此，本体系可以做为讲授上的演示模型。传感器的用法，A／D的用法，放大的原理以及通讯和FPGA的利用都可以独立的用来作为讲授模型。在旋风筒模型上预留了各成120度的三维丈量孔，装入传感器后可以同时在X、Y、Z三维场中检测，实现同一参数的三维丈量。因此，该体系在科研方面也具有很大的实用性。

       2. 体系模块概述

       本体系重要由检测单位、信号放大修正单位、串口通讯单位、表现单位构成。各个部分通过单片机和FPGA之间的通讯接洽在一起。构成一个完备的集检测、通讯、表现、控制为一体的体系。本体系只丈量模仿事变下一维场中的状态参数。风机的控制利用专用的晶闸管智能控制模块，直接由0～5V电压控制输出0～220V的风机电源电压。

       方案的硬件计划框图如图1所示。

       3. 模块成果形貌

       3.1 表现单位

       整个处理惩罚进程便是对四路传感器所征求的及时数据举行分时表现。通过按键操纵VGA，让四路参数状态的曲线可以分屏表现。表现屏采取平凡的PC机表现器，表现像素为480640。当第一起数据流畅过串口通讯送入上位机后，软核处理惩罚器将该组数据流敏捷举行寄存，按键操纵VGA表现函数选择屏数并调用这部分数据在表现屏上依次点亮映射的像素点，从而可以将整个数据流所映射的状态曲线动态的表如今屏幕上，到达可视化的监控结果。

       在第一屏举行画线表现的同时，处理惩罚器将连续对各路参数的数据流举行吸取温和存。按键操纵进入第二屏后，开始对第二个参数状态举行画线和及时数值形貌，四路状态曲线全部画完结束返回。 在这个进程中，处理惩罚器同时调用字符液晶表现和数码管的表现函数，对当前数据的均匀值和瞬时价举行正确的数值形貌。LED用于提示当前分屏表现的屏数，即提示如今征求的参数范例。按键用于控制风机转速。表现单位的体系软件计划框图如图2

       3.2 检测单位

       由于传感器的输出电压变革都是在毫伏级，因此必须由稳固的放大和滤波电路将征求信号举行放大和修正，到达可以餍足数据传输的电平请求和线性请求。颠末放大的信号送入A／D转换芯片中，将模仿信号转换成数字信号后再由单片机送入NiosⅡ中。

       旋风筒模仿事变时，分别由传感器将温度、风机转速、气压、气体流量等参数值举行征求。温度采取高精度的铂热敏电阻丈量。气压和氛围流量采取由Honeywell公司生产的专用检测传感器举行丈量。风机转速通过单片机对光电开关开合孕育产生的脉冲举行计数从而予以确定。传感器将征求的信号通过放大修正单位的处理惩罚后直接送给单片机。四路信号采取同时征求，分时发送的方法发送给上位机。在NiosⅡ对第一起送入的数据开始举行表现处理惩罚，同时将第二路数据送入。

       3.3 通讯单位

       采取串口多机通讯的方法。在多路数据发送要领上，可以选择485通讯的方法。多路下位机同时挂在485的通讯输出端，分时的发送数据。但是这种方法要是有发送速率上的请求则有很大的弊端，发送速率会比较慢。本体系充分发挥CycloneⅡ处理惩罚器可以定制多个UART的强大成果，实现上位机对多路数据的同时吸取和处理惩罚。在速率上要比485的方法要快。从而实现对模仿环境的敏捷监控。下位机采取AT89S52系列单片机，同样支持串行通讯。由于通讯间隔比较近，为了克制资源的浪费，不发起采取RS232或485的串行通讯方法。在以后的体系扩展上可以将232通讯添加进去。

       检测和通讯单位的体系软件计划流程如图3

       4. 软件计划

       4.1 基于Nios IDE的软件计划

       由SOPC Builder构建成的硬件体系起首必须下载到FPGA中，在FPGA上天生映射外设的引脚，然后才华够通过IDE烧步伐给外设，使外设可以正常的运行。也便是说对主步伐部分必须要在IDE模式下举行调试，这是整个进程中以为服从比较低的地方，每次修改的步伐都必须通过再次运行Run As Hardware重新编译才华写入硬件中，导致调试进度很慢。步伐可以在SRAM或SDRAM上运行。

       为了包管断电后数据不丢失，采取FLASH Programmer把数据写入FLASH，然后把CPU的ResetAddress地点指向FLASH。通电后体系会主动对FPGA举行配置，并运行内部步伐。该部分的步伐重要是设置多个串口通讯的时序以及VGA表现的内容。步伐流程图如图4所示。

       5. 结果阐发

       颠末检测和调试，体系的团体成果完全可以正常实现。体系采取Nios软核连合可编程逻辑阵列对旋风预热器的仿真模型的模仿事景况态举行检测和控制。实现了多线程的串口通讯和VGA的表现，充分发挥了FPGA快速相应的实用性特点和支持CPU操纵的强大成果。利用SOPC Builder可以方便的对体系的扩展部分和自定义部分举行添加和删除，根据必要开辟本身的IP核优化体系。充分利用SOPC的特点来收缩计划和开辟周期。

       利用SOPC Builder配置了四个串口来完成这一请求，而这一特别用法倒是别的处理惩罚器如单片机，ARAM等无法实现的。