【正文】 數(shù)據(jù)來源：《FPGA與DS18B20組成的測溫系統(tǒng)的設(shè)計》 DS18B20的芯片結(jié)構(gòu)：DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝。該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。用戶也可通過1線端口對DS18B20進行操作，其步驟為：復(fù)位ROM功能命令存儲器功能命令執(zhí)行/數(shù)據(jù)。圖中還隱含著記數(shù)門，當(dāng)記數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行記數(shù)，進而完成溫度測量。[4] DS18B20測溫原理如圖44所示:斜率累加器計數(shù)器1低溫度系數(shù)振蕩器預(yù)置比較=0溫度寄存器計數(shù)器2=0高溫度系數(shù)振蕩器預(yù)置停止圖44 DS18B20測溫原理 本次設(shè)計使用的是Altera公司ACEX 1K系列的EP1K30TC1443。（3）系統(tǒng)級特點：；低功耗；雙向I/O性能達到250MHz；；內(nèi)置JTAG邊界掃描測試電路；；通過外部的配制器件、智能控制器或JTAG端口可實現(xiàn)在線重配置。 （1）嵌入式陣列由一系列的EAB組成，當(dāng)實現(xiàn)存儲功能時，每個EAB提供4096位；當(dāng)實現(xiàn)邏輯功能時，每個EAB可以提供100至600個門。一個LE由一個4輸入LUT、一個可編程觸發(fā)器和為實現(xiàn)進位及級聯(lián)功能的專用信號路徑組成。 （4）整個I/O引腳由I/O單元（IOE）驅(qū)動。7段LED數(shù)碼管則是在一定形狀的絕緣材料上，利用單只LED組合排列成的“8”字型，分別引出它們的電極，點亮相應(yīng)的筆段來顯示出09的數(shù)字。[8]LED的顯示方式分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的公共極，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。 系統(tǒng)總電路圖各模塊說明：TIM：定時時長設(shè)置模塊；TEMPCONDITIONER：控制模塊；FENPIN：分頻模塊；TIAOJIE：溫度設(shè)置模塊；SHOW: 測量所得溫度顯示模塊；SHOWT：設(shè)置的時長顯示模塊；SHOWDE：設(shè)置的溫度顯示模塊；系統(tǒng)總電路圖如圖45所示:圖45 系統(tǒng)總電路圖5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 溫度設(shè)置模塊溫度調(diào)節(jié)模塊的功能是根據(jù)生活需要對室內(nèi)溫度進行設(shè)置。 Res：復(fù)位；高電平復(fù)位。當(dāng)檢測到CLK的上升沿到來且RISE信號為高電平、同時此時的設(shè)置溫度小于30℃時，溫度輸出信號DOUT=RISE，并將該溫度值輸出給控制模塊和顯示模塊。USE 。 DOWN :IN INTEGER RANGE 30 DOWNTO 16。139。139。 END IF。 END PROCESS。當(dāng)檢測到CLK的上升沿到來且DOWN信號為20℃時，溫度輸出信號DOUT輸出20。其模塊圖如下： 圖53 定時模塊電路1) 端口說明key: 時間調(diào)節(jié)按鍵信號；clk: 時鐘信號；ena,enb,enc,ene: 計數(shù)器使能信號，高電平有效；a,b,c,d: 4路選擇器的數(shù)據(jù)源；y: 定時選擇輸出信號；led: 定時顯示信號，傳遞給后面的顯示模塊進行設(shè)置時間的顯示；2) 原理分析該模塊分兩部分來實現(xiàn)，前一部分是4個不同檔位的計數(shù)器，然后在通過4路選擇器進行選擇。當(dāng)sel為“00”時選擇c1。然后將定時值送給控制模塊和顯示模塊。 ENA :IN STD_LOGIC。 KEY :IN INTEGER RANGE 1 TO 4。ARCHITECTURE ONE OF TIM ISSIGNAL C1:STD_LOGIC。SIGNAL A:INTEGER。BEGIN P_A :PROCESS(CLK,ENA,ENB,ENC,ENE) VARIABLE QA,QB,QC,QE:INTEGER。 THEN IF ENA=39。139。 END IF。139。 ELSE IF QB=1799 THEN QB:=0。 END IF。 THEN IF QC1799 THEN QC:=QC+1。C3=39。 END IF。C4=39。039。 END IF。 WHEN 2 = SEL:= 01 。 END CASE。LED=10。LED=20。 END。 圖55 FPGA控制器電路1) 端口說明 clk1,clk：時鐘信號。 heat: 溫度控制信號，高電平有效，驅(qū)動空調(diào)機加熱。然后輸出信號傳遞給第二部分。 溫度比較模塊USE 。 TEMPERTURE_D :IN INTEGER RANGE 30 DOWNTO 16。 ARCHITECTURE ONE OF WENDU IS BEGIN PROCESS(CLK1,EN,TEMPERTURE_IN,TEMPERTURE_D) BEGIN IF CLK139。139。039。039。139。 END PROCESS。 USE 。 HEAT :OUT STD_LOGIC。EVENT AND CLK=39。 THEN HEAT = 39。 END IF。039。 IF (HIGHT=39。) THEN HEAT = 39。 END IF。該模塊中的控制器模塊的時序仿真波形如圖57所示： 圖57 控制器模塊時序仿真波形 當(dāng)CLK的上升沿到來，當(dāng)LOWT為高電平的時候:控制信號輸出端口HEAT和COOL賦值‘1’和‘0’；當(dāng)HIGHT為高電平的時候:控制信號輸出端口HEAT和COOL賦值‘0’和‘1’。 ENTITY TEMPCONDITIONER ISPORT(CLK :IN STD_LOGIC。 HEAT :OUT STD_LOGIC。SIGNAL COLD :STD_LOGIC。EVENT AND CLK=39。 THEN IF TEMPERTURE_IN TEMPERTURE_D THEN COLD = 39。HIGHT =39。 ELSIF TEMPERTURE_IN = TEMPERTURE_D THEN COLD = 39。HIGHT =39。 ELSE COLD = 39。HIGHT =39。 END IF。P_B:PROCESS(CLK,HIGHT,LOWT) BEGIN IF CLK39。139。039。 THEN HEAT = 39。 END IF。039。039。END。 圖59 顯示模塊電路1）端口說明 A：輸入要顯示的數(shù)據(jù)，以5位2進制數(shù)表示； B：輸出驅(qū)動數(shù)碼管1，為數(shù)碼管1顯示數(shù)字的七段譯碼； C：輸出驅(qū)動數(shù)碼管2，為數(shù)碼管2顯示數(shù)據(jù)的七段譯碼； 2)原理分析本設(shè)計的顯示模塊根據(jù)設(shè)計的具體要求靈活地設(shè)計，因為顯示的溫度和時間小于32，所以都采用一種驅(qū)動譯碼器設(shè)計。當(dāng)溫度為個位數(shù)（0～9）的時候，十位數(shù)碼管譯碼為“0111111” ，十位數(shù)碼管顯示為“0”，個位按照七段譯碼分別用七段數(shù)碼管顯示出來將0～9顯示出來；同理當(dāng)溫度范圍為10℃～19℃時，輸出端口C譯碼為“0000110” ，十位數(shù)碼管顯示為“1” ，個位跟上面一樣；當(dāng)溫度范圍為20℃～29℃時，輸出端口C譯碼為“1011011”，十位數(shù)碼管顯示為“2”個位跟前面的情況一樣 ；當(dāng)溫度為30℃時，輸出端口C譯碼為“1001111”，十位數(shù)碼管顯示為“3” ，個位為“0111111”,顯示“0” 。在此選擇傳感器測量所得溫度的顯示模塊用VHDL語言描述：LIBRARY IEEE。 C:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0))。 WHEN 00001 = B=0000110。 WHEN 00011 = B=1001111。 WHEN 00101 = B=1101101。 WHEN 00111 = B=0000111。 WHEN 01001 = B=1101111。 WHEN 01011 = B=0000110。 WHEN 01101 = B=1001111。 WHEN 01111 = B=1101101。 WHEN 10001 = B=0000111。 WHEN 10011 = B=1101111。 WHEN 10101 = B=0000110。 WHEN 10111 = B=1001111。 WHEN 11001 = B=1101101。 WHEN 11011 = B=0000111。 WHEN 11101 = B=1101111。 WHEN 11111 = B=0000110。 END PROCESS。Clk_out1：分頻后的輸出時鐘。 ENTITY FENPIN ISPORT(CLK :IN STD_LOGIC。ARCHITECTURE ONE OF FENPIN ISBEGIN PROCESS(CLK,EN) VARIABLE COUNT:INTEGER RANGE 0 TO 20000000。 THEN IF EN=39。 END IF。039。 END IF。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位信號RESI為高電平時，默認為22℃。 雖然我的設(shè)計基本實現(xiàn)了我計劃的功能，但是還是有很多的不足，比如說在定時模 塊上再加以細化，改善成1分鐘，將更適合生活所用。 致 謝 在本人的論文寫作過程中，董素鴿老師給予了大力的幫助和指導(dǎo)，在此深表感謝！同時也感謝其他幫助和指導(dǎo)過我的老師和同學(xué)。在此十分感謝董老師的細心指導(dǎo)，才能讓我順利完成畢業(yè)論文。 溫度設(shè)置USE 。 DOWN :IN INTEGER RANGE 30 DOWNTO 16。EVENT AND RES =39。EVENT AND CLK = 39。 IF DOWN16 THEN DOUT = DOUT1。 END IF。 定時設(shè)置USE 。 ENC :IN STD_LOGIC。 LED :OUT INTEGER RANGE 0 TO 25)。SIGNAL C3:STD_LOGIC。SIGNAL C:INTEGER。EVENT AND CLK=39。 THEN IF QA1799 THEN QA:=QA+1。C1=39。 END IF。C2=39。039。 IF ENC=39。139。 THEN IF QC1799 THEN QC:=QC+1。 END IF。 ELSE IF QB=1799 THEN QB:=0。139。 END IF。139。 THEN IF ENA=39。BEGIN P_A :PROCESS(CLK,ENA,ENB,ENC,ENE) VARIABLE QA,QB,QC,QE:INTEGER。SIGNAL A:INTEGER。ARCHITECTURE ONE OF TIM ISSIGNAL C1:STD_LOGIC。 KEY :IN INTEGER RANGE 1 TO 4。 ENA :IN STD_LOGIC。END。 IF (RISE30) AND (DOWN16) THEN DOUT=22。 THEN IF RISE30 THEN DOUT = DOUT+1。 THEN DOUT = 22。END。 RES :IN STD_LOGIC。最后，再次感謝董老師和幫助我完成設(shè)計的同學(xué)。在整個過程中她給了我很大的幫助，在論文題目制定時，她首先肯定了我的題目大方向，同時又幫我具體分析使我最后選擇基于FPGA的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計這個具體目標(biāo)，特別是我在編寫調(diào)試程序時，對于我程序編譯的錯誤，董老師給了我很多幫助。各種系統(tǒng)的適用條件，各種元器件的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種程序的實用算法，我都是隨著設(shè)計的深入學(xué)會應(yīng)用的?？? 結(jié) 本設(shè)計以EP1K30TC1443芯片和DS18B20傳感器為硬件設(shè)計平臺，很好的對溫度數(shù)據(jù)進行了采集，比較，處理等功能，同時也具有很好的移植性，能應(yīng)與用于現(xiàn)今大部分系統(tǒng)與場所。END。 END CASE。139。 THEN IF COUNT=1999999 THEN COUNT := 0。EVENT AND CLK=39。 CLK_OUT1:OUT STD_LOGIC)。分頻模塊用VHDL語言描述：LIBRARY IEEE。3）顯示模塊的時序仿真波形如圖所示：圖510顯示模塊時序仿真波形 輸入信號A為五位二進制信號，即23，譯碼之后，輸出信號B顯示2，輸出信號C顯示3。 WHEN OTHERS = NULL。 W