基于fpga的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、湖北民族學(xué)院科技學(xué)院信息工程學(xué)院數(shù)字系統(tǒng)與Verilog設(shè)計(jì)報(bào)告題目：基于FPGA的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：2014/6/2310摘要本文利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)接口和特點(diǎn)，闡述了一種基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)控制DS18B20的方法。使用FPGA作為控制器，嚴(yán)格控制DS18B20的時(shí)序，在單總線上實(shí)現(xiàn)讀寫功能，完成測(cè)量數(shù)字溫度的功能。將測(cè)量的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼，并通過數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用Verilog語言。關(guān)鍵字：數(shù)字溫度傳感器，數(shù)字溫度檢測(cè)，F(xiàn)PGA，Verilog

2、語言10目錄摘要I1引言12設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)2.1FPGA簡(jiǎn)介22.2DS18B20的通訊協(xié)議22.2.2寫時(shí)序32.2.3讀時(shí)序32.3電源連接53模塊設(shè)計(jì)3.1DS18b20驅(qū)動(dòng)模塊63.2溫度數(shù)據(jù)處理模塊73.3溫度顯示模塊74整體模塊連接95結(jié)束語10參考文獻(xiàn)11101引言溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有處理能強(qiáng)、運(yùn)行速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用

3、在溫度測(cè)量與控制方面，控制簡(jiǎn)單方便，測(cè)量范圍廣，精度較高。FPGA(Field-ProgrammableGateArray)，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。隨著溫度檢測(cè)理論和技術(shù)的不斷更新,溫度傳感器的種類也越來越多，在微機(jī)系統(tǒng)中使用的傳感器，必須是能夠?qū)⒎请娏哭D(zhuǎn)換成電量的傳感器，目前常用的有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和半導(dǎo)體

4、集成傳感器等，每種傳感器根據(jù)其自身特性，都有它自己的應(yīng)用領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20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(shí)序，在單總線上實(shí)現(xiàn)讀寫功能，完成測(cè)量數(shù)字溫度的功能。將測(cè)量的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼，并通過數(shù)碼管顯示。隨著人們生活水平的不斷提高，F(xiàn)PGA控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否

5、定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技的進(jìn)步帶動(dòng)了測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時(shí)代，測(cè)量技術(shù)也成為當(dāng)今科技的主流之一，被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。102設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)2.1FPGA簡(jiǎn)介FPGA(Field-ProgrammableGateArray)，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PA

6、L、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)?！　√攸c(diǎn)介紹：1)采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路(專用集成電路)，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。3)FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。4)FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。5)FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以

7、與CMOS、TTL電平兼容?！　】梢哉f，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一?！　PGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時(shí)需要對(duì)片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。　　加電時(shí)，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當(dāng)需要修改

8、FPGA功能時(shí)，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。2.2DS18B20的通訊協(xié)議 根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。由于D