基于FPGA的温度检测系统设计.doc

湖北民族学院科技学院信息工程学院数字系统与Verilog设计报告题目：基于FPGA的温度检测系统设计姓名：学号：指导老师：2023/6/23摘要本文运用数字温度传感器DS18B20的数据接口和特点，阐述了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)控制DS18B20的方法。使用FPGA作为控制器，严格控制DS18B20的时序，在单总线上实现读写功能，完毕测量数字温度的功能。将测量的二进制数转换为BCD码，并通过数码管显示。系统设计使用Verilog语言。关键字：数字温度传感器，数字温度检测，FPGA，Verilog语言目录摘要I1引言12设计实现2.1FPGA简介22.2DS18B20的通讯协议22.2.2写时序32.2.3读时序32.3电源连接53模块设计3.1DS18b20驱动模块63.2温度数据解决模块73.3温度显示模块74整体模块连接95结束语10参考文献111引言温度是工业控制中重要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有解决能强、运营速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简朴方便，测量范围广，精度较高。FPGA(Field-ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的局限性，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺陷。随着温度检测理论和技术的不断更新,温度传感器的种类也越来越多，在微机系统中使用的传感器，必须是可以将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器根据其自身特性，都有它自己的应用领域。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，重要用于对测温比较准确的场合，或科研实验室使用，该设计运用数字温度传感器DS18B20的数据接口和特点。使用FPGA作为控制器，严格控制DS18B20的时序，在单总线上实现读写功能，完毕测量数字温度的功能。将测量的二进制数转换为BCD码，并通过数码管显示。随着人们生活水平的不断提高，FPGA控制无疑是人们追求的目的之一，它所给人带来的方便也是不可否认的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的规定越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。21世纪科学技术的发展日新月异，科技的进步带动了测量技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了巨大的变化，我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术也成为当今科技的主流之一，被广泛的应用于生产的各个领域。2设计实现2.1FPGA简介FPGA(Field-ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的局限性，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺陷。特点介绍：采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设立其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完毕后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA可以反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。2.2DS18B20的通讯协议根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完毕温度转换必须通过三个环节：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才干对DS18B20进行预定的操作。由于DS18B20是采用一根I/O总线读写数据,因此DS