基于fpga的温度检测系统设计.doc

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基于fpga的温度检测系统设计

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: 2014/6/23 摘 要 本文利用数字温度传感器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,完成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 I 1 引 言 1 2 设计实现 2.1 FPGA简介 2 2.2 DS18B20的通讯协议 2 2.2.2 写时序 3 2.2.3 读时序 3 2.3 电源连接 5 3 模块设计 3.1 DS18b20驱动模块 6 3.2 温度数据处理模块 7 3.3 温度显示模块 7 4 整体模块连接 9 5 结束语 10 参考文献 11 1 引 言 温度是工业控制中主要的被控参数之一,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。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点,应用在温度测量与控制方面,控制简单方便,测量范围广,精度较高。 FPGA(Field-Programmable Gate Array),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不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 , 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,必须是能够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,主要用于对测温比较准确的场所,或科研实验室使用,该设计利用数字温度传感器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,完成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标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数字温度计就是一个典型的例子,但人们对它的要求越来越高,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 2.1 FPGA简介 FPGA(Field-Programmable Gate Array),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不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。   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中的程序来设置其工作状态的,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,配置完成后,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能够反复使用。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,

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