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毕业设计 基于CPLD的数字式微波电子治疗仪—数字控制部分 共58页，18950字
1绪论
1.1 概述
数字式微波电子治疗仪是利用微波能量局部加热，治疗多种疾病的一种新型医疗仪器，其应用范围十分广泛，疗效显著，无副作用。单片机控制的微波治疗仪，已为国内外许多医疗机构所采用，大量临床应用取得了满意的效果。
在此次的毕业设计中，我们采用一种数字集成电路的半成品—CPLD复杂的可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device），作为设计的主要硬件器件；同时结合CPLD的硬件描述语言进行编程，以实现设计系统所要求的功能。CPLD编程方便、集成度高、速度快、价格低；CPLD在医疗、电子、DSP数字信号处理等领域，有极其广泛的应用。设计中我们选用Altera公司的一种嵌入式可编程逻辑器件—FLEX 10K系列芯片，它在单个芯片中进行了系统的集成。KLEX10K系列芯片的具体性能，将在下文中介绍。
本次设计的主要任务是用VHDL硬件描述语言，对FLEX 10K系列芯片进行编程，以实现一系列的功能控制。系统所要实现的功能包括时间的设置，计时，显示；功率的设置，输出，显示；治疗理疗的切换；工作指示灯的设置；报警功能的设置等。其功率输出部分的输出信号送到DAC0832数/模转换器，再由双LF353进行电流电压的转换，转换电压输出送到下面的晶闸管控制电路部分，对输出微波功率进行控制。FLEX 10K芯片的输入/输出端口可由用户自行定义，使用灵活方便。 本次设计主要包括两个方面：1、硬件电路的设计，2、软件程序的设计。硬件电路设计部分我们选用了FLEX 10K系列芯片，DAC0832电流型数/模转换器，LF353双电路JFET输入运算放大器，LED七段显示数码管等元器件，各器件的功能以及各器件之间的硬件连接方式将在下文中介绍。软件编程部分，主要是用VHDL硬件描述语言进行程序的编写，VHDL的编程语法及编程思想，也将在下文中介绍。编写的程序可以在MAX+PLUSⅡ支持的仿真环境下进行仿真。
1.2 微波的概念
本次设计的课题是有关于微波治疗的设计，在概述了整个控制系统之后，应该对微波的概念有一定的了解：微波也是无线电波，但它是一个比普通无线电波的波长更短（频率更高）的波段，故名微波。对于电磁波谱，按照从波长较长（频率较低）到波长越来越短（频率越高）的次序可排列为：普通无线电波（从超长波到超短波）、微波、红外线、可见光、x射线和γ射线。可见，微波波段的低频端与普通无线电波中超短波的高频端（波长为1cm，频率为300MHZ）相毗邻，而高频端则与红外线的低频端（波长为1mm,频率为300GHZ）,或波长为0.1mm,频率为3000GHZ相衔接。
微波的特点与应用
（1）微波与普通无线电波相比，仅是波长或是频率不同而已。但是，正是这一区别，才使微波除了与普通无线电波具有共同点之外，还有其本身的一些特点。其主要特点如下：
（2）微波在其传播过程中，若所遇物体的几何尺寸大小或与波长相比拟时，就会产生反射，波长越短，传播特性越与几何光学相似（如近于直线传播的特性）。
（3）普通无线电波会被高空的电离层所吸收或被反射回来，而微波则能够穿过电离层至外层空间。电视广播，卫星通信，宇宙航行，射电天文学，以及受控热核反映中的等离子体的参数测量等，都是利用了微波的这一特性才得以实现的：而且，还可以设想，利用微波还可以将太空中太阳能发电站的电能传送到地面，以供应用。
（4）微波的频率很高，因此可利用的频带较宽，信息容量大，从而使微波通信得到了广泛的应用和发展。
（5）微波的频率很高，振荡周期很短，因此，低频范围（普通无线电波段）内所使用的元器件，对于微波已不在适用，而必须研制适用于微波的元器件。
（6）微波可以深入到某些物质的内部，并与分子和原子产生相互作用，利用这一特性可以探测物质的内部结构。
某些物质吸收微波后会产生热效应，因此可利用微波作为加热和烘干的手段，其特点是，微波的穿透性强，可深入物质内部，加热速度快而均匀，从而在工农业和食品业等部门得到了广泛的应用。除此之外，微波的热效应和非热效应在化学，生物学等领域的应用前景也是十分广阔的。
仪器采用国际上最常用的微波，其频率约为2450兆赫，与皮肤、脂肪、肌肉产生的热相近。在人体上其作用深度约3-5厘米，对局部作用一定时间后，深5厘米处的温度可升到40℃，它产生的热效应具有效率高，穿透力强，这是红外、短波、超短波的致热所无法比拟的，它的穿透力可透过脂肪层到肌肉层，因此利用微波能量可以活血、消炎、止痛。能量聚集时可使蛋白组织在几秒内凝固、血管收缩封闭，对各种炎症、多种妇科疾病、肛肠疾病、消化疾病具有显著疗效。对胃癌
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2硬件器件的选择及介绍
2.1CPLD的选择及简介
在本次设计课题中的核心器件，我们选用了CPLD。CPLD是复杂的(Complex)PLD，专指那些集成规摸大于1000门以上的可编程逻辑器件。这里所谓的“门”是等效门，每个门相当于4个晶体管。
2.1.1 CPLD的结构
CPLD的集成度在千门/每片以上，其基本结构与GAL(通用逻辑阵列)并无本质的区别，依然是由与阵列，或阵列，输入缓冲电路，输出宏单元组成。在CPLD中，通常将整个逻辑分为几个区。每个区相当于一个大的GAL或数个GAL的组合，再用总线实现各区之间的逻辑互连，而且靠编程将某组电路连在总线上，实现它们的互连(此时其他的设备便不能使用此总线)，且连好以后就不会改变，除非将编程的内容擦去重编。另外，CPLD还具有SPLD所不同的功能，如下:
（1）I/O单元的设置
CPLD的集成规摸很大，不可能将每个宏单元都连到引脚上，必定有一部分宏单元处于隐埋状态。单在设计时，任何一个宏单元都可作为输出和输入而与外界相连，因此在CPLD中各宏单元与引脚便不能固定。为此，在芯片中设置了若干I/O单元，他们可直接与引脚相连，然后通过另一组总线连到所需的宏单元上。
（2）多时钟驱动
在CPLD中普遍设有多个时钟输入端，并可以利用芯片中产生的乘积项作为时钟。
2.1.2 CPLD的编程工艺
CPLD中使用的方式有EPROM工艺，E2ROM工艺和Flash工艺。
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