【正文】 發(fā)器 TH、TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 32 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 31 DS18B20 外形及引腳排列 圖 DS18B20 外形及引腳排列 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由 4 部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的引腳 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。這種輸入方式最后所能達到的工作速度和芯片利用率也 主要取決于綜合軟件。 電路原理圖方式描述比較直觀和高效，對綜合軟件的要求不高。用這種方式描述的項目最后所能達到的性能與設(shè)計人員的水平、經(jīng)驗以及綜合軟件有很大的關(guān)系。 CPLD/FPGA 軟件設(shè)計可分為兩大塊：編程語言和編程工具。根據(jù)適配后的仿真模型，可以進行適配后 時序仿真，因為已經(jīng)得到器件的實際硬件特性（如時延特性），所以仿真結(jié)果能比較精確的預(yù)期未來芯片的實際性能。 （ 6） 利用產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)表文件進行適配前的時序仿真，仿真過程不涉及具體器件的硬件特性，是較為粗略的。這一步驟適用于大型設(shè)計，因為對于大型設(shè)計來說，在綜合前對源代碼仿真，就可以大大減少設(shè)計重復(fù)的次數(shù)和時間。 （ 2） 輸入 VHDL 代碼，這是設(shè)計中最為普遍的輸入方式。目前這種高層次的設(shè)計方法已被廣泛采用。 （ 3） 可編程互連資源 IR。緩沖器的輸出分成兩路：一路可以直接送到 MUX，另一路經(jīng)延時幾納秒（或者不延時）送到輸入通路 D 觸發(fā)器，再送到數(shù)據(jù)選擇器。 IOB 提供了器件引腳和內(nèi)部邏輯陣列之間的連接。 CLB 中的邏輯函數(shù)發(fā)生器 F 和 G 均為查找表結(jié)構(gòu)，其工作原理類似于 ROM。這個函數(shù)發(fā)生器能實現(xiàn) 3輸入變量的各種組合函數(shù)。 CLB 中 3 個邏輯函數(shù)發(fā)生器分別是 G、 F和 H，相應(yīng)的輸出是 G’、 F’和 H’。這 3 種可編程電路是：可編程邏輯模塊、輸入 /輸出模塊（ IOBI/O Block）和互連資源。使用 CPLA/FPGA 開發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè) 計時間，減少 PCB 面積，提高系統(tǒng)的可靠性。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 第 2 章 FPGA 的簡介 FPGA 的概述 FPGA 是現(xiàn)場可編程門陣列（ Field Programmable Gate Array）的簡稱，與之相應(yīng)的CPLD 是復(fù)雜可編程邏輯器件（ Complex Programmable Logic Device）的簡稱，兩者的功能基本相同，只是實現(xiàn)原理略有不同，所以有時可以忽略這兩者的區(qū)別，統(tǒng)稱為可編程邏輯器件或 CPLD/PGFA。 （ 8） 應(yīng)用廣。 （ 6） 可進行遠距離測量。 （ 4） 電路簡單。 （ 2） 測量的精度高。 課題研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計主要研究的是基于 FPGA 的數(shù)字溫度控制器 ，要求溫度采集準確精確 ， 并且能夠自行設(shè)定閾值溫度 。 課題 研究的必要性 隨著社會的不斷發(fā)展， 新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮，電子 技術(shù)的發(fā)展更是日新月異。 EDA 技術(shù)正是為了適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)的要求，吸收眾多學(xué)科最新科技成果而形成的一門新技術(shù)。隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，越來越多的生產(chǎn)部門和生產(chǎn)環(huán)節(jié)對溫度控制精度的可靠性和穩(wěn)定性等有了更高的要求，而且隨著人們?nèi)粘Ｉ畹牟粩嗵岣撸?傳統(tǒng)的溫度控制器 越來越不能滿足人們生活中的需要 并且傳統(tǒng)溫度控制器的精度也已經(jīng)不能滿足 對溫度要求較為苛刻的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。本設(shè)計 采用 EDA 技術(shù) 自上而下的設(shè)計思路， 對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃分 為 溫度采集模塊、溫度顯示模塊、 輸入數(shù)據(jù)對比模塊， 輸出 控制 模塊。 本設(shè)計克服了傳統(tǒng) 數(shù)字 溫度計 精度低 的缺點， 并且除了傳統(tǒng)溫度計的測量溫度 功能 外還具有 一定的 控制功能，能更好的對 所測量的 溫度進行處理 ， 控制模塊的 加入 讓其比傳統(tǒng)溫度計具有更強的實用性 。 關(guān)鍵字 ： 溫度控制 ； FPGA； VHDL； 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 II Abstract Designed by this paper is a multifunctional digital temperature controller based on FPGA. This design overes the drawback of traditional digital thermometer low accuracy, and in addition to the traditional thermometer temperature function also has the certain control function, can better handle and on the measured temperature control module to join its than traditional thermometer has stronger practicability. This design adopts the topdown design EDA technology, the structure of system is divided into temperature acquisition module, display module, the input data contrast module, output control module. Under the Quartus II software circuit design and simulation using VHDL language, according to the result of simulation. The scheme can achieve a better temperature measurement function and can carry on the effective control of temperature. KeyＷ ords: Temperature control FPGA VHDL 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 III 目 錄 第 1 章 緒論 ............................................................... 1 課題背景及國內(nèi)外研究概況 ............................................. 1 課題相關(guān)技術(shù)發(fā)展 ..................................................... 1 課題研究的必要性 ..................................................... 1 課題研究的主要內(nèi)容 ................................................... 2 課題所設(shè)計的溫度控制器的優(yōu)點 ......................................... 2 第 2 章 FPGA 的簡介 ........................................................ 3 FPGA 的概述 ........................................................... 3 FPGA 的基本結(jié)構(gòu) ....................................................... 3 FPGA 系統(tǒng)設(shè)計流程 ..................................................... 5 FPGA 開發(fā)編程原理 ..................................................... 6 第 3 章 DS18B20 溫度傳感器簡介 ............................................. 8 傳統(tǒng)溫度采集器件的簡述 ............................................... 8 DS18B20 的引腳 ........................................................ 8 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ...................................................... 8 DS18B20 的時序 ....................................................... 10 DS18B20 的工 作原理 ................................................... 11 DS18B20 的性能特點 ................................................... 12 DS18B20 使用過程中的注意事項 ......................................... 12 第 4 章 QUARTERS II軟件簡介 ............................................... 13 QUARTUS II軟件概況 ................................................... 13 軟件界面簡介 ........................................................ 13 QUARTUSII的設(shè)計 流程 ................................................. 14 第 5 章 溫度控制器的設(shè)計總流程 ............................................ 17 溫度控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ................................................ 17 DS18B20 溫度采集模塊的驅(qū)動 設(shè)計 ....................................... 17 FPGA 溫度顯示模塊的設(shè)計 .............................................. 19 FPGA 數(shù)據(jù)比較模塊的設(shè)計 .............................................. 19 FLEX 10K 開發(fā)箱上 的下載 .............................................. 20 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 IV 第 6 章 結(jié)論 .............................................................. 22 附 錄 .................................................................... 23 附錄 1 .................................................................. 23 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 1 基于 FPGA 的多功能溫度控制器 設(shè)計 第 1 章 緒論 課題背景及國內(nèi)外研究概況 溫度控制無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，而在當今，我國農(nóng)村鍋爐取暖，農(nóng)業(yè)大棚，養(yǎng)雞場內(nèi)等多數(shù)都沒有實用的溫度控制系統(tǒng)，還有部分廠礦 ，企業(yè)還一直沿用簡單的溫度設(shè)備和紙質(zhì)數(shù)據(jù)記錄儀，無法實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù) 的 實時測量與控制。 同時廣泛運用 了 現(xiàn)代計算機技術(shù)，提高產(chǎn)品的自動化程度和競爭力，縮短研發(fā)周期。最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)。溫度控制器需要 一 次革命，不管是在性能還是在樣式上都將發(fā)生質(zhì)的變化，于是數(shù)字溫度控制器 的時代悄然來臨了。數(shù)顯溫度計讀數(shù)特別快 , 因為只要將顯示器上的數(shù)字讀出即可 , 不用估讀 , 節(jié)省時間。數(shù)顯溫度計的熱容量小 ,達到熱平衡所需的時間短 , 對待測物體的溫度影響小。比一 般的溫度計測量溫度的區(qū)域?qū)?。與計算機聯(lián)網(wǎng) , 可進行自動測溫、自動控溫測量?？筛鶕?jù)實際