【正文】 用 DS18B20 更具有優(yōu)越性，最后介紹本課題最重要的工具 Quartus II。最后將程序下載到 FPGA 芯片上，通過數(shù)碼顯示管顯示出預(yù)期的測量效果。溫度計等待一次革命，不管在性能還是在樣式上它都將發(fā)生質(zhì)的變化，于是數(shù)字溫度計的時代悄然來臨。可以毫不夸張的說，電子技術(shù)的應(yīng)用無處不在，電子技術(shù)正在不斷地改變我們的生活，改變著我們的世界。最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù) [2]。 美國 ALTERA 公司的可編程邏輯器件采用全 新的結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的技術(shù)，加上 QUARTUSⅡ 開發(fā)環(huán)境，更具有高性能，開發(fā)周期短等特點，十分方便進(jìn)行電子產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計 [1]。同時，廣泛運用現(xiàn)代計算機(jī)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。 課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 當(dāng)今電子產(chǎn)品正向功能多元化 ,體積最小化 ,功耗最低化的方向發(fā)展。 綜上所述， FPGA 是原型設(shè)計最理想的載體。因此，用 FPGA 設(shè)計能解決傳統(tǒng)設(shè)計中遇到的一些不可避免的難題。 FPGA 是 Xilinx 公司率先提出的概念，又名現(xiàn)場可編程門陣列，它是以山東 科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 緒論 2 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器件，作為一種半定制電 路， FPGA 彌補(bǔ)了定制電路的不足之處，并且在結(jié)構(gòu)上能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)所需要的主要功能，此外，使用 FPGA 設(shè)計產(chǎn)品也非常便利。這種設(shè)計方法的缺點是它并不能完成很復(fù)雜的功能，只能進(jìn)行一些簡單的運算和控制，并且設(shè)計的控制器性能也很一般。本系統(tǒng) 采用 FPGA 實現(xiàn)一個 數(shù)字溫度計 ， 采用 Verilog HDL 作為開發(fā) 語言 ，實現(xiàn)對溫度的測量。其二，線路上傳送的是數(shù)字信號，所受的干擾和損耗小，性能好。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，形成多點一 線 總線測控系統(tǒng)?，F(xiàn)代 集成溫度傳感器通常包含這些功能，并以其低廉的價格迅速 占據(jù)了市場。 傳統(tǒng)的 常用 溫度傳感器有 熱電偶 、電阻溫度計 RTD 和 NTC 熱敏電阻等。 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。這次設(shè)計相比于 傳統(tǒng)的數(shù)字溫度計 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。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。 摘要 本論文介紹了一個基于 FPGA 的數(shù)字溫度計電路的設(shè)計與實現(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，使用 FPGA 作為控制器，嚴(yán)格控制 DS18B20 的時序 ,在單總線上實現(xiàn)讀寫功能，完成測量數(shù)字溫度的功能。該系統(tǒng)軟件設(shè)計通過 Verilog HDL 語言進(jìn)行編譯。 關(guān)鍵詞 ：數(shù)字溫度計 ； FPGA ； Verilog HDL ； DS18B20 ABSTRACT This paper expounds a design and implementation of a digital thermometer circuit based on FPGA. The circuit adopts the digital temperature sensor DS18B20 collecting the environment temperature, bining with the characteristics of the sensor data interface, using FPGA as the controller, strict control over the timing of DS18B20, read and write functions on 1wire, plete the function of digital temperature measurement. Then measure the binary number into BCD code, and display it on the digital tube. The program design of the system is piled by Verilog HDL language. Compared to the traditional digital thermometer, it has many advantages such as simpler structure, strong antiinterference ability, low consumption, high reliability, short reaction time. Keywords： Digital thermometer, FPGA, Verilog HDL, DS18B20 山東 科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 目錄 目錄 1緒論 .............................................................................................. 1 課題研究意義 ............................................... 1 課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 ......................................... 2 課題的主要研究內(nèi)容 ......................................... 3 論文結(jié)構(gòu)安排 ............................................... 3 2 總體方案的論證 ........................................................................ 5 方案的選擇 ................................................ 5 方案論證與確立 ............................................ 7 Quartus II 介紹 ............................................ 7 3. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ....................................................................... 10 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ........................................ 10 數(shù)據(jù)處理模塊 .............................................. 15 數(shù)碼管顯示模塊 ............................................ 21 4 系統(tǒng)總體模塊設(shè)計 .................................................................. 24 Verilog HDL 語言介紹 ...................................... 24 軟件程序設(shè)計 .............................................. 25 5整體編譯結(jié)果與分析 ................................................................. 30 整體編譯 ................................................. 30 程序的下載調(diào)試 ............................................ 31 6 設(shè)計中遇到的問題 .................................................................... 33 山東 科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 目錄 7結(jié)束語 ........................................................................................ 34 參考文獻(xiàn) ....................................................................................... 35 附錄 ............................................................................................... 36 附錄 A 系統(tǒng)總體電路圖 .......................................... 37 附錄 B 系統(tǒng)總程序 ............................................. 37 附錄 C 外文翻譯 ............................................... 49 山東 科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 緒論 1 1緒論 課題研究意義 溫度是 生活中最基本的環(huán)境參數(shù) 。溫度 傳感器 的應(yīng)用涉及機(jī)械制造 、 工業(yè)過程控制 、 汽車電子產(chǎn)品 、 消費電子產(chǎn)品 和 專用設(shè)備等各個領(lǐng)域 。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。 Dallas Semiconductor 公司 推出的數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 采用 數(shù)字化一線總線計數(shù)具有很多的優(yōu)異特性。布線 施工方便 ，成本低廉。本課題 旨在 分析和設(shè)計數(shù)字化溫度 測控系統(tǒng)。 由于單片機(jī)設(shè)計的控制器生產(chǎn)成本較低，所以過去人們 通常使用這種方法來設(shè)計數(shù)字溫度計。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)險來擴(kuò)展外部硬件電路，顯然用這種傳統(tǒng)的方法設(shè)計數(shù)字溫度計，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)計方法來替代這種傳統(tǒng)的研究方法。首先用硬件描述語言設(shè)計電路，然后經(jīng)過布局仿真驗證實驗結(jié)果，最后燒入到 FPGA中進(jìn)行現(xiàn)場測試。利用 FPGA 設(shè)計產(chǎn)品能夠有效避免很多前期的風(fēng)險投資，并且在軟件階段就可以準(zhǔn)確評估出設(shè)計的正確性，從而極大的提高產(chǎn)品開發(fā)效率。本次課題使用 FPGA 設(shè)計數(shù)字溫度計是一種新穎的設(shè)計方法，它能解決使用 單片機(jī)這種傳統(tǒng)設(shè)計方法所帶來的能源供需以及電路復(fù)雜等問題，同時，對溫度測量的發(fā)展前景有著極其重要的現(xiàn)實研究意義。它與傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品在設(shè)計上的顯著區(qū)別是大量使用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?，使產(chǎn)品的性能提高，體積縮小，功耗降低。 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)。 EDA 技術(shù)以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述主要表達(dá)方式，以計算機(jī)、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式山東 科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 緒論 3 設(shè)計的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯，邏輯化簡，邏輯分割，邏輯映射，編程下載等工作。 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。近些年，隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對溫度計的要求也越來越高，不管在哪里，人們都想知道此刻的溫度和天氣狀況等一些信息，傳統(tǒng)的溫度計由于它的局限性以及不方便性，已不能滿足人們的需求。 課題的 主要研究內(nèi)容 首先在深入研究了數(shù)字溫度計的總體原理后，分析其系統(tǒng)的組成，做出了該系統(tǒng) 相應(yīng)的整體框架，然后利用 QUARTUSⅡ軟件進(jìn)行開發(fā)，用Verilog HDL 語言描述其數(shù)據(jù)采集 模塊、 數(shù)據(jù)處理 模塊、 BCD 譯碼模塊、動態(tài)掃描模塊等 各功能模塊的設(shè)計，并利用圖形編輯實現(xiàn)各模塊的頂層連接。 論文結(jié)構(gòu)安排 本論文各部分內(nèi)容如下： 第一部分對課題的背景及意義進(jìn)行研究，了解課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，最后概述了該課題的主要內(nèi)容和研究方法。 第三部分為 系統(tǒng)的硬件 設(shè)計 部分 ，詳細(xì)介紹了 溫度采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)碼顯示模塊 所用得到 硬件資源 ，并介紹了 其 在設(shè)計中的 功能 。 第五部分為整個設(shè)計的總體編譯、結(jié)果與分析。 山東 科技大學(xué)學(xué)士 學(xué)位 論文 總體方案的論證 5 2 總體方案的論證 方案的選擇 總 體方案比較 過去數(shù)字溫度計普遍采用單片機(jī)來實現(xiàn)，不過隨著可編程邏輯控制器