基于FPGA的数字温度测量仪设计与实现

2012-08-13 00:11:30来源: 电子设计工程
   

摘要:温度测量仪是一种常用的检测仪器,文章中利用FPGA器件和DS18B20传感器设计实现了一种数字温度测量仪,用于室温的检测。该测量仪具有结构简单、抗干扰能力强、精确性高、转换速度快、扩展性好等优点。
关键词:温度测量;现场可编程逻辑门阵列;DS18B20;VHDL语言

0 引言
    温度作为一种最基本的环境参数,与人民的生活有着密切关系。温度的测量和控制在工业、农业、国防、医疗等各个领域中应用普遍。温度测量仪是利用物质各种物理性质随温度变化的规律,把温度转换为电量并显示的一种仪器,有着广泛的适用范围。
    本文利用FPGA器件与DS18B20温度传感器设计实现了一种数字温度测量仪,用于检测室温。与其它系统相比较,此测量仪具有结构简单、抗干扰能力强、精确性高、转换速度快、扩展性好等优点。

1 软件程序设计
    根据系统的设计要求,将程序部分设计分为5个模块,包括分频模块、DS18B20通信模块、控制模块、数制转换模块、显示模块,如图1所示。利用VHDL语言在QuartusII开发平台上完成程序设计。

a.JPG


1.1 分频模块
    分频模块是FPGA设计项目中的基本模块之一。针对50MHz的时钟频率进行分频产生1MHz频率信号,分频模块如图2所示。

b.JPG


    系统提时钟信号进入分频模块clock引脚,经过分频后得到信号从clk 1m输出。分频模块仿真结果如图3所示。
    由图3可知,输入端的50MHz时钟信号被50分频后得到输出端的1MHz信号。
1.2 DS18B20通信模块
    图4中时钟clock为输入端口,DS18820数据总线口dq[0..0]为双向端口,使能端enable为输出端口,led[11..1]为测试时的指示端口,在实际操作中无需接出。

c.JPG


    DS18B20采用一根I/O总线读写数据,因此它对读写数据位有严格的时序要求,如图5所示。

g.JPG


    从分频模块的clk_1m输出1MHz到通信模块的clock作为时钟信号;根据DS18B20所遵循的初始化时序、读时序、写时序等通信协议将程序完成;将获取的12位的温度信号传送给下一个模块。

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关键字:FPGA  数字温度测量仪

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0813/article_3097.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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