基于fpga的溫度監(jiān)控系統(tǒng)

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1、摘要本論文介紹了一個基于FPGA的數(shù)字溫度計(jì)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該電路采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集外界環(huán)境溫度，同時結(jié)合該傳感器的數(shù)據(jù)接口和特點(diǎn)，使用FPGA作為控制器，嚴(yán)格控制DS18B20的時序,在單總線上實(shí)現(xiàn)讀寫功能，完成測量數(shù)字溫度的功能。再將采集的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼,并通過數(shù)碼管顯示。該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)通過VerilogHDL語言進(jìn)行編譯。這次設(shè)計(jì)相比于傳統(tǒng)的數(shù)字溫度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，可靠性高，反應(yīng)時間短等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度計(jì)；FPGA；VerilogHDL；DS18B20ABSTRACTThispap

2、erexpoundsadesignandimplementationofadigitalthermometercircuitbasedonFPGA.ThecircuitadoptsthedigitaltemperaturesensorDS18B20collectingtheenvironmenttemperature,combiningwiththecharacteristicsofthesensordatainterface,usingFPGAasthecontroller,strictcontroloverthetimingofDS18B

3、20,readandwritefunctionson1-wire,completethefunctionofdigitaltemperaturemeasurement.ThenmeasurethebinarynumberintoBCDcode,anddisplayitonthedigitaltube.TheprogramdesignofthesystemiscompiledbyVerilogHDLlanguage.Comparedtothetraditionaldigitalthermometer,ithasmanyadvantagessuc

4、hassimplerstructure,stronganti-interferenceability,lowconsumption,highreliability,shortreactiontime.Keywords：Digitalthermometer,FPGA,VerilogHDL,DS18B20山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文目錄目錄1緒論11.1課題研究意義11.2課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展21.3課題的主要研究內(nèi)容31.4論文結(jié)構(gòu)安排32總體方案的論證52.1方案的選擇52.2方案論證與確立72.3QuartusII介紹73.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)103.

5、1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)103.2數(shù)據(jù)處理模塊153.3數(shù)碼管顯示模塊214系統(tǒng)總體模塊設(shè)計(jì)244.1VerilogHDL語言介紹244.2軟件程序設(shè)計(jì)255整體編譯結(jié)果與分析315.1整體編譯315.2程序的下載調(diào)試326設(shè)計(jì)中遇到的問題34山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文目錄7結(jié)束語35參考文獻(xiàn)36附錄37附錄A系統(tǒng)總體電路圖38附錄B系統(tǒng)總程序38附錄C外文翻譯50山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文緒論1緒論1.1課題研究意義溫度是生活中最基本的環(huán)境參數(shù)。溫度的監(jiān)測與控制，對于生物的生存與生長，工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展都有著非同一般的意義。溫度傳感器的應(yīng)用涉及機(jī)械制造、

6、工業(yè)過程控制、汽車電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和專用設(shè)備等各個領(lǐng)域。傳統(tǒng)的常用溫度傳感器有熱電偶、電阻溫度計(jì)RTD和NTC熱敏電阻等。但信號調(diào)理，模數(shù)轉(zhuǎn)換及恒溫器等功能全都會增加成本?，F(xiàn)代集成溫度傳感器通常包含這些功能，并以其低廉的價(jià)格迅速占據(jù)了市場。DallasSemiconductor公司推出的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20采用數(shù)字化一線總線計(jì)數(shù)具有很多的優(yōu)異特性。其一，它將控制線、地址線、數(shù)據(jù)線合成一根導(dǎo)線，允許在同一根導(dǎo)線上掛接多個控制對象，形成多點(diǎn)一線總線測控系統(tǒng)。布線施工方便，成本低廉。其二，線路上傳送的是數(shù)字信號，所受的干擾和損耗小，

7、性能好。本課題旨在分析和設(shè)計(jì)數(shù)字化溫度測控系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用FPGA實(shí)現(xiàn)一個數(shù)字溫度計(jì)，采用Verilog?HDL作為開發(fā)語言，實(shí)現(xiàn)對溫度的測量。由于單片機(jī)設(shè)計(jì)的控制器生產(chǎn)成本較低，所以過去人們通常使用這種方法來設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn)是它并不能完成很復(fù)雜的功能，只能進(jìn)行一些簡單的運(yùn)算和控制，并且設(shè)計(jì)的控制器性能也很一般。因此，在這種情況下，研究人員要是想進(jìn)一步的提升技術(shù)，就不得不冒著犧牲機(jī)器性能的風(fēng)險(xiǎn)來擴(kuò)展外部硬件電路，顯然用這種傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)，既具有局限性又具有一定的難度，所以我們要尋找一種新的設(shè)計(jì)方法來替代這種傳統(tǒng)的研

8、究方法。63山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文緒論FPGA是Xilinx公司率先提出的概念，又名現(xiàn)場可編程門陣列，它是以PAL等可編程器件為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種高密度可編程邏輯