基于FPGA智能窗控制系统 3.4.3 TC35i硬件原理图（见附录）
3.5 显示器模块
液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到广泛的应用。目前字符型液晶显示模块已经是单片机等应用设计中最常用的信息显示器件。LCD12864实物图如图3-8所示。
带中文字库的LCD12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体 中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64， 内置8192个16×16点汉字，和128个16×8点ASCII字符 集．利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点 阵的汉字。也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。LCD12864引脚图如图3-9 所示
图3-8 LCD12864实物图
LCD12864181716151413121110987654321-VoutRSTDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0ER/WRSV0VCCGNDCS2CS1 图3-9 LCD12864引脚图
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基于FPGA智能窗控制系统 1.LCD12864基本特性低电源电压（VDD：+3.0~+5.5 V ) 2.显示分辨率：128×64点
3.内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字（简繁体可选） 4.内置128个16×8点阵字符
5.2MHZ时钟频率
6.显示方式：STN、半透正显 7.驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS 8.视角方向：6 点
9.背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED 的1/5—1/10 10.通讯方式：串行、并口可选
11.内置DC-DC 转换电路，无需外加负压 12.无需片选信号，简化软件设计
13.工作温度: 0℃ - +55℃ ,存储温度: -20℃~+60℃
3.6 电机设备
本文采用两相混合式步进电机作为机械部分的驱动装置，步进电机以其结构简单、可靠性高、不累积误差、无需反馈就可构成开环系统、容易控制等优点，成为数控系统的最佳执行元件之一而得到广泛应用。混合式步进电机的分辨率较高，绕组电感较小，效率高，转矩高，震动小等特点。步进电机实物图如图3-10所示
L298N是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路。 L298N实物图如图3-11所示。与L293D的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。同时L298N具有体积小，控制方便的特点。因此采用此模块定会使您的电机控制自如，可以应对需要大功率直流电机。同时，我们提供带有光耦隔离的驱动模块，利用这个模块可以把单片机电源与直流电机电源隔离开，从而可以避免直流电机对单片机的干扰，适合要求较高的控制及AD采样场合。步进电机驱动电路图如图3-12所示。
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基于FPGA智能窗控制系统 图3-10 步进电机实物图
图3-11 L298N实物图
+5v+5vC40.1uF9571012611115IN1IN2IN3IN4ENAENBVCC4VSOUT1OUT2OUT3OUT4GND8L298C5U2231314+88.80.1uFD5DIODED6DIODED7DIODED8DIODESENSASENSBR410D1DIODED2DIODED3DIODED4DIODER510 图3-12 步进电机驱动电路图
3.7 窗户机械模型模块
3.7.1 自动开关窗任务分析
智能窗的传动任务是由动力源通过传动机构带动窗扇在滑移槽内来回滑动，任务简单，但要求精确度较高。齿轮齿条传动较为准确、可靠，并且机械效率高。因此，本文选定齿轮齿条传动能满足智能窗传动任务的要求。传动形式见图3-13。
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基于FPGA智能窗控制系统
图3-13 齿轮齿条传动
3.7.2 齿轮齿条参数选择
由于此传动所带负载不是很大，故齿轮齿条参数选取较为宽松，根据具体需要确定其主要参数为：
齿轮： m=1.5 Z=20
d=m z=30mm β=20°
P=π m=3.14×1．5=4.7mm
齿条: m=1.5
β=20°
P=π m=3.14×1.5=4.7mm
3.7.3 自动开关窗机械模型
窗户开关模块主要运用了机械设计中的齿轮传动原理。在自动开关上，主要运用了步进电机和齿轮的结合以及齿轮和齿条的结合。主要工作原理如图3-14：
图3-14 智能窗模型效果图
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基于FPGA智能窗控制系统 4 软件设计
4.1 FPGA的开发环境与工具
FPGA（Field Programmable Gate Array）， 即现场可编程门阵列。它是专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路。既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数量有限的缺点。FPGA 器件的集成度很高，并且方便易用，因而在很多领域已经得到广泛应用。
FPGA部分的实现，利用“自顶向下”的设计方法，采用VHDL硬件描述语言进行底层模块设计，并采用原理图描述方案进行顶层电路设计。在Quartus II软件环境下对设计项 目进行编译和时序仿真，最后可将程序下载到FPGA器件中硬件测试。
4.1.1 Quartus II 开发软件
Quartus II 软件是Altera公司的第四代EDA工具开发软件。具有一个完整高效的设计环境。Quartus II 提供了方便的设计输入方式、快速的编译和直接易懂的器件编程。能够支持逻辑门数在数百万门以上的逻辑器件的开发，并且为第三方工具提供无缝接口，即Quartus II 可以利用第三方的综合工具，如Lenardo、Spectrum、Synplify Pro、FPGA Compiler II ，并能直接调动这些工具。同样的，II 也支持第三方仿真工具，如ModelSim。此外，Quartus II 可与MATLAB的Slimulink和DSP Bulider 结合，是开发的DSP硬件系统的关键EDA工具；Quartus II 与SOPC( System On a Programmable Chip)系统。
Altera 公司的Quartus II 软件提供了可编程片上系统设计(SOPC)的一个综合开发环境。Quartus II 集成开发环境包括的内容有：系统级设计，嵌入式软件开发，可编程逻辑器件（PLD）设计，综合，布局和布线，验证和仿真。Quartus II 软件的优点是适合设计团队基于模块的层次化设计方法。Quartus II 设计软件为设计者提供了一个完整的多平台开发环境。它的开发流程如图4-1所示。
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