基于FPGA的温度采集系统设计+源程序+电路图(2)
附录E 18B20扩展电路原理图 47
1 绪论
1.1 研究背景与意义
温度是我们日常生活接触最多的物理量之一；温度是一种最基本的环境参数而且与我们的生活密切相关[1]。温度也是工业设计和生产的重要参数之一，决定产品的质量和性能。因此，准确的测量温度变得至关重要，研究测量温度的方法和设备具有重要意义。
随着科技发展，传感器逐渐进入到我们的生活当中，利用传感器使我们的生活变得舒适方便成为许多公司、科研机构的目标。传感器可以将物理信号、化学信号、生物信号等转换为电信号，因此利用传感器测量温度也是非常可行的办法。18B20是非常常见的温度传感器，具有精度高、体积小、价格便宜、链接方便等特点，本系统即选用18B20作为温度传感器。
FPGA，即现场可编程逻辑门阵列，它是在GAL、CPLD 、PAL等可编程逻辑器件的基础上发展而来的。它是一种半定制电路，综合了定制电路和原有可编程门电路的优点。
本系统即结合传感器和FPGA，使用FPGA作为主控芯片，读取传感器测量出的数值，并通过数码管显示，具有功耗低、安全可靠、体积小、价格低、升级和文护方便等优点。
1.2 研究现状
温度测量方法有很多，每种方法都有自己的原理和依据，不同方法都有自己的优点和缺点。常用测量温度的方法分为接触式和非接触式。具体分类如图1.2.1所示。
图1.2.1 温度测量方法示意图
1.3 本课题所做的工作
本课题完成了一个基FPGA的温度采集系统的构建，实现了一个对温度高速、精确采集的系统。本系统将FPGA作为主处理器,由自己编写的FPGA模块辅以适当的硬件资源完成整个系统[2]。主要完成了以下几点工作。
1.3.1 硬件系统的创建
首先，研究ALTERA的DE2 Development and Education Board开发板，了解其电路连接逻辑，学习使用与本系统有关的模块，如数码管显示、按键等。其次，在深入了解此开发板的基础上对其进行扩展，通过扩展引脚增加18B20温度传感器模块。为之后的软件设计搭建硬件平台。
1.3.2 Verilog HDL程序编写与调试
Verilog HDL与C语言非常相似，在学过C语言的基础上学习Verilog HDL就容易许多。在Quartus II软件上使用Verilog HDL语言编写各模块程序，主要包括温度采集模块、时钟分频模块、数据显示模块，并通过modelsim进行仿真，实现各模块的预定功能。将各模块代码生成为元件，并在原理图文件中进行连接，最终实现系统的功能，达到设计要求。
1.3.3 程序下载与硬件调试
通过DE2 Development and Education Board自带下载器，使用USB数据线进行程序下载，观察程序运行结果，分析原因，对硬件、软件进行相应的更改和优化，最终实现设计功能。
1.4 本课题系统设计的流程
本课题所做整个系统的设计流程分为2个大的步骤，依次是硬件系统的构建，软件程序的编写。每一个环节都需要进行功能测试并对出现的问题加以修改，测试无误后方可进入下一个步骤。设计流程图如图1.4.1所示。
1.4.1 设计流程图
1.5 论文结构安排
本论文的内容安排如下：
第一章绪论主要讲述了本课题的研究背景和现状，本课题所做工作，系统设计流程。
第二章介绍了本系统所用到的主要器件，有Altera Cyclone II系列 FPGA、18B20温度传感器。
第三章介绍设计所用软件——Quartus II，主要介绍其功能和使用说明。