基于fpga的数字温度计电路的设计与实现

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1、摘要本论文介绍了一个基于FPGA的数字温度计电路的设计与实现。该电路采用数字温度传感器DS18B20采集外界环境温度，同时结合该传感器的数据接口和特点，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。再将采集的二进制数转换为BCD码,并通过数码管显示。该系统软件设计通过VerilogHDL语言进行编译。这次设计相比于传统的数字温度计具有结构简单，抗干扰能力强，功耗小，可靠性高，反应时间短等优点。关键词：数字温度计；FPGA；VerilogHDL；DS18B20ABSTRACTThispaperexpoundsadesi

2、gnandimplementationofadigitalthermometercircuitbasedonFPGA.ThecircuitadoptsthedigitaltemperaturesensorDS18B20collectingtheenvironmenttemperature,combiningwiththecharacteristicsofthesensordatainterface,usingFPGAasthecontroller,strictcontroloverthetimingofDS18B20,readandwritefunctionson1-wi

3、re,completethefunctionofdigitaltemperaturemeasurement.ThenmeasurethebinarynumberintoBCDcode,anddisplayitonthedigitaltube.TheprogramdesignofthesystemiscompiledbyVerilogHDLlanguage.Comparedtothetraditionaldigitalthermometer,ithasmanyadvantagessuchassimplerstructure,stronganti-interferenceab

4、ility,lowconsumption,highreliability,shortreactiontime.Keywords：Digitalthermometer,FPGA,VerilogHDL,DS18B20山东科技大学学士学位论文目录目录1绪论11.1课题研究意义11.2课题相关技术的发展21.3课题的主要研究内容31.4论文结构安排32总体方案的论证52.1方案的选择52.2方案论证与确立72.3QuartusII介绍73.系统的硬件设计103.1系统的总体结构设计103.2数据处理模块153.3数码管显示模块214系统总体模块设计244.1VerilogHDL语

5、言介绍244.2软件程序设计255整体编译结果与分析315.1整体编译315.2程序的下载调试326设计中遇到的问题34山东科技大学学士学位论文目录7结束语35参考文献36附录37附录A系统总体电路图38附录B系统总程序38附录C外文翻译50山东科技大学学士学位论文绪论1绪论1.1课题研究意义温度是生活中最基本的环境参数。温度的监测与控制，对于生物的生存与生长，工业生产发展都有着非同一般的意义。温度传感器的应用涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、消费电子产品和专用设备等各个领域。传统的常用温度传感器有热电偶、电阻温度计RTD和NTC热敏电阻等。但信号调理，模数转换及

6、恒温器等功能全都会增加成本。现代集成温度传感器通常包含这些功能，并以其低廉的价格迅速占据了市场。DallasSemiconductor公司推出的数字式温度传感器DS18B20采用数字化一线总线计数具有很多的优异特性。其一，它将控制线、地址线、数据线合成一根导线，允许在同一根导线上挂接多个控制对象，形成多点一线总线测控系统。布线施工方便，成本低廉。其二，线路上传送的是数字信号，所受的干扰和损耗小，性能好。本课题旨在分析和设计数字化温度测控系统。本系统采用FPGA实现一个数字温度计，采用Verilog HDL作为开发语言，实现对温度的测量。由于单片机设计的控制器生产成本较低，

7、所以过去人们通常使用这种方法来设计数字温度计。这种设计方法的缺点是它并不能完成很复杂的功能，只能进行一些简单的运算和控制，并且设计的控制器性能也很一般。因此，在这种情况下，研究人员要是想进一步的提升技术，就不得不冒着牺牲机器性能的风险来扩展外部硬件电路，显然用这种传统的方法设计数字温度计，既具有局限性又具有一定的难度，所以我们要寻找一种新的设计方法来替代这种传统的研究方法。63山东科技大学学士学位论文绪论FPGA是Xilinx公司率先提出的概念，又名现场可编程门阵列，它是以PAL等可编程器件为基础发展起来的一种高密度可编程逻辑