发布时间 : 星期六 文章基于FPGA的温度监控系统 - 图文更新完毕开始阅读
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。Dallas Semiconductor 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，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。
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
1
山东科技大学学士学位论文 绪论
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器件，作为一种半定制电路，FPGA弥补了定制电路的不足之处，并且在结构上能够实现复杂系统所需要的主要功能，此外，使用FPGA设计产品也非常便利。首先用硬件描述语言设计电路，然后经过布局仿真验证实验结果，最后烧入到FPGA中进行现场测试。因此，用FPGA设计能解决传统设计中遇到的一些不可避免的难题。利用FPGA设计产品能够有效避免很多前期的风险投资，并且在软件阶段就可以准确评估出设计的正确性，从而极大的提高产品开发效率。
综上所述，FPGA是原型设计最理想的载体。本次课题使用FPGA设计数字温度计是一种新颖的设计方法，它能解决使用单片机这种传统设计方法所带来的能源供需以及电路复杂等问题，同时，对温度测量的发展前景有着极其重要的现实研究意义。
1.2课题相关技术的发展
当今电子产品正向功能多元化,体积最小化,功耗最低化的方向发展。它与传统的电子产品在设计上的显著区别是大量使用大规模可编程逻辑器件，使产品的性能提高，体积缩小，功耗降低。同时，广泛运用现代计算机技术，提高产品的自动化程度和竞争力，缩短研发周期。EDA技术正是为了适应现代电子技术的要求，吸收众多学科最新科技成果而形成的一门新技术。
美国ALTERA公司的可编程逻辑器件采用全新的结构和先进的技术，加上QUARTUSⅡ开发环境，更具有高性能，开发周期短等特点，十分方便进行电子产品的开发和设计[1]。
EDA技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式
2
山东科技大学学士学位论文 绪论
设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译，逻辑化简，逻辑分割，逻辑映射，
编程下载等工作。最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术[2]。
新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对温度计的要求也越来越高，不管在哪里，人们都想知道此刻的温度和天气状况等一些信息，传统的温度计由于它的局限性以及不方便性，已不能满足人们的需求。温度计等待一次革命，不管在性能还是在样式上它都将发生质的变化，于是数字温度计的时代悄然来临。
1.3课题的主要研究内容
首先在深入研究了数字温度计的总体原理后，分析其系统的组成，做出了该系统相应的整体框架，然后利用QUARTUSⅡ软件进行开发，用Verilog HDL语言描述其数据采集模块、数据处理模块、BCD译码模块、动态扫描模块等各功能模块的设计，并利用图形编辑实现各模块的顶层连接。最后将程序下载到FPGA芯片上，通过数码显示管显示出预期的测量效果。
1.4论文结构安排
本论文各部分内容如下：
第一部分对课题的背景及意义进行研究，了解课题相关技术的发展，最后概述了该课题的主要内容和研究方法。
第二部分通过与单片机设计方案进行比较，得到用FPGA设计本课题更加合理的结论，再将AD590与DS18B20温度传感器进行简单比较后，得出用DS18B20更具有优越性，最后介绍本课题最重要的工具Quartus II。
第三部分为系统的硬件设计部分，详细介绍了温度采集模块，数据处理模块，数码显示模块所用得到硬件资源，并介绍了其在设计中的功能。
3
山东科技大学学士学位论文 绪论
第四部分为系统软件设计部分，将整个课题按性质分为各个小模块，用 Verilog HDL语言进行设计。
第五部分为整个设计的总体编译、结果与分析。 最后对整个课题进行总结，研究其不足之处。
4