(完整版)基于FPGA的温度传感器课程设计

毕业论文FPGA温度测量设计摘要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。

温度测量仪是一种常用的检测仪器。

本文首先介绍了DS18B20的工作原理，利用数字温度传感器DS18B20的数据接口特点，展示了FPGA（Field-Programmable Gate Array，即现场可编程逻辑门阵列）的使用方法以及Verilog HDL （HDL:Hardware Discription Language）语言的编程，完成了基本温度测量功能。

给出了硬件电路和软件设计，此设备具有结构简单、转换速度快、精确性高，扩展性好等优点。

关键词：FPGA；DS18B20；测温；Verilog HDL语言Design of temperature measurement based on FPGAAbstractTenperture is one of the most basic environmental parameters, andit industry, agriculture, national defense,medical and other fields, temperature measurement and control was widely used.The temperature measuring instrument is a kind of common testing instrument.In this paper,first we introduces the work principle of DS18B20,andthe characteristics of data interface of digital temperature sensorDS18B20, demonstrated Language）programming language,accomplished the function of temperature measurement. Giventhe .The device .Key Words: FPGA;DS18B20;Temperature measurement;VerilogHDL language目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1绪论 (1)1.1题目背景意义 (1)1.2工作内容 (2)1.2.1技术指标和要求 (2)1.2.2设计的难点重点 (2)2系统方案设计 (4)2.1温度测量原理及方法 (4)2.2系统方案及方框图 (4)2.3FPGA技术 (5)2.4DS18B20温度传感器 (9)2.4.1DS18B20特性介绍 (9)2.4.2DS18B20测温原理 (11)2.4.3DS18B20供电方式 (12)2.4.4DS18B20时序 (13)2.4.5DS18B20操作命令 (15)2.5硬件设计 (17)2.5.1FPGA最小系统硬件原理图 (17)2.5.2DS18B20的连接 (18)2.5.3数码管显示电路 (18)2.5.4电源电路 (19)2.5.5时钟电路 (19)2.5.6复位电路 (20)2.6软件设计流程图 (20)3功能模块建立及仿真 (21)3.1QuartusⅡ及VHDL语言 (21)3.1.1QuartusⅡ介绍 (21)3.1.2Verilog HDL介绍 (16)3.1.3QuartusⅡ的使用 (19)3.2分频 (21)3.3温度信号采集 (22)3.4数码管显示 (23)3.5顶层原理图 (23)4下载调试及实际测量 (25)5设计遇到的问题及误差分析 (27)5.1设计遇到的问题及分析 (27)5.2误差分析 (27)6总结 (29)致谢 (30)参考文献 (31)毕业设计（论文）知识产权声明 (33)毕业设计（论文）独创性声明 (34)1绪论1.1题目背景意义温度是表征物体冷热程度的物理量，是国际单位制七个基本物理量之一，作为一种最基本的环境参数，与人民的日常生活有着密切关系。

基于fpga的智能温度控制系统的设计随着科技的发展，智能控制系统被广泛应用于工业领域和智能家居中，其中智能温度控制系统是其中的一种。

智能温度控制系统能够根据环境温度变化自动控制加热或制冷设备，从而保证环境温度始终在设定值范围内，提高生产效率和舒适度。

本文将介绍一种基于FPGA的智能温度控制系统设计方案。

1. 系统设计该系统由传感器、FPGA、驱动器以及显示器组成。

传感器用于检测环境温度变化，FPGA用于对传感器信号进行处理，驱动器用于控制加热或制冷设备，显示器用于显示系统状态。

系统设计流程如下：1.1 传感器传感器可以选择温度传感器、热敏电阻传感器或热电偶传感器等。

本系统选用温度传感器，将传感器输出的模拟信号转化为FPGA可读的数字信号，从而实现数字信号化。

1.2 数字信号化将模拟信号数字化是实现控制系统的关键所在。

数字信号化是通过模数转换器（ADC）将模拟信号转化为数字信号的过程。

本系统将模拟信号转化为12位数字信号。

1.3 FPGA处理FPGA芯片（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它能够快速地对数字信号进行处理。

FPGA芯片是本系统的核心处理器，它被用来对传感器信号进行处理，根据环境温度的变化决定加热还是制冷，从而保持环境温度在设定范围内。

具体的处理流程如下：（1）读取温度传感器数据。

（2）将传感器输出的模拟信号转变为数字信号。

（3）将数字信号与设定的环境温度范围进行比较，以决定是否需要进行加热或制冷。

（4）对加热或制冷设备进行控制。

1.4 驱动器设计由于加热或制冷设备的控制电源电平和FPGA的电平不一致，需要通过驱动器进行转换。

本系统使用驱动器将FPGA输出的信号转化成能够控制加热或制冷设备的继电器信号。

1.5 显示器设计本系统使用7段LED数码管作为显示器，用于显示当前环境温度以及系统状态。

系统状态包括温度过高、温度过低、正常等状态，以告知用户系统运行情况。

综合电子系统设计报告实验名称：基于FPGA的温控系统的设计班级：电子1202学号：姓名：＿＿指导教师：前言基于FPGA与温度传感器DS18B20设计实现了单回路水箱温度PID 控制系统。

软件主要包括PID控制算法及PWM波产生模块、DS18B20驱动模块、数码管显示驱动模块等3个模块。

仿真结果验证了设计的正确性。

实验结果说明，系统输出温度到达微小超调的稳定控制要求，表达了该设计方法的有效性和实用性。

基于微处理器的温度控制系统改变了传统模拟温度控制系统参数整定不灵活的问题。

但是常规微处理器无法防止在恶劣环境下程序跑飞的问题。

利用FPGA实现温度控制系统的设计，不仅可以提高系统的运算速度、减小系统的体积，还可以增强系统的可靠性，具有较强的应用前景。

本设计首先针对Altera公司的CycloneII系列FPGA芯片,基于QUARTUSII软件,采用verilogHDL编程设计了主要包括PID控制算法及PWM波产生模块、DS18B20驱动模块、数码管显示驱动模块等功能模块程序。

然后用Modelsim软件仿真验证了各模块的正确性。

最后以水箱为被控对象，以目前市场上性价比拟高的FPGA芯片EP2C8Q208C8为核心器件,结合温度传感器DS18B20、键盘、数码管以及固态继电器等器件设计实现了单回路水温PID控制系统。

在控制温度为30~90℃的实验条件下，误差小于1℃,系统输出温度到达微小超调的稳定控制要求。

关键词：FPGA DS18B20 PID PWM波一、方案设计1、方案设计比拟温度传感器模块设计方案一：采用热敏电阻pt100。

这种电阻输出的是模拟量，所以硬件构造较复杂,需要用到桥式电路将采集到的温度转化为电压输出，而且为了实现AD转化，还要加放大电路。

另外，这种测温系统难以实现多点测温，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。

方案二：采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。

湖南文理学院课程设计报告课程名称：通信系统课程设计专业班级：通信1101班学号（06位）学生姓名：指导教师：***完成时间：2014年11 月21 日报告成绩：基于FPGA的智能温度控制的设计目录1.设计题目 (1)2.设计要求 (1)3.设计作用与目的 (1)4.所用设备（仪器）和软件 (2)5.系统设计方案 (2)5.1 系统总体设计 (2)5.2 工作原理 (3)5.2.1 温度控制系统特性研究 (3)6.智能温度控制器系统硬件设计 (4)6.1 系统方案设计 (4)6.1.1 FPGA与DAC0832结合的目的 (4)6.1.2 系统需求分析 (4)6.1.3系统需求分析 (5)6.2系统结构 (6)6.2.1调试/配置电路 (6)7.智能温度控制系统软件设计 (8)7.1 软件总体设计 (8)7.1.1 设定定义 (8)7.1.2 VHDL实现 (8)7.2 软件程序设计 (9)7.2.1 分频模块 (9)7.2.2 键盘模块 (10)7.2.3 ADC0809 控制模块 (12)7.2.4 三模块连接在一块 (13)7.3 本章小结 (15)8.实验调试结果 (15)8.1 实验条件 (15)8.2 实验结果及分析 (15)8.3 本章小结 (17)9.设计中的问题及解决方法 (18)10.设计心得 (18)11.参考文献 (18)12.附录 (18)1.设计题目基于FPGA的智能温度控制的设计2.设计要求通过前向温度采集电路，采集当前孵化器内部的温度信号，将采集到的模拟信号通过ADC0809模数转换芯片，转变为FPGA可控的数字信号，FPGA芯片根据输入的当前实际温度，控制输出合理的数字信号，再由DAC0832转换为模拟信号，输入到后向加热执行电路，以此来完成对整个孵化器的温度控制。

整个系统中，带有温度传感器的前向温度采集电路作为系统的反馈环节，实时反映当前环境的具体温度。

3.设计作用与目的在空间生命科学试验中，生命培养模拟地面环境要求，主要研究宇空间因素，如失重、宇宙辐射、真空、高温（或低温）等对生命过程的影响。

基于FPGA智能温度传感器监控报警系统的设计概述本文将详细介绍基于FPGA智能温度传感器监控报警系统的设计。

该系统由FPGA、温度传感器和报警器等组成，可以实时采集环境温度数据并进行处理，同时还可以根据设定的报警阈值进行温度报警。

该系统具有实时性、准确性和灵敏度高等优点，在工业、仓储等领域有广泛应用价值。

设计方案系统硬件设计智能温度传感器智能温度传感器采用DS18B20数字温度传感器，其精度高、体积小、响应速度快、使用方便等优点，能够满足系统的需要。

传感器输出数字量信号，可通过FPGA进行处理并转化为模拟量信号。

FPGAFPGA是本系统的核心部件，负责实现数字信号处理和温度阈值报警功能。

我们选用Xilinx Spartan-6系列FPGA，其具有高速、低功耗、可编程等特点，同时还有丰富的外设资源可以扩展。

报警器为了保证报警的及时和可靠性，我们使用了声光报警器，其能够在温度超出设定阈值时及时报警。

系统软件设计VHDL设计我们采用了VHDL语言对系统进行设计，通过其高级抽象、可移植性强等特点，实现了可适应性强、代码简洁的设计。

其中，数字信号处理主要包含数据的采集、过滤和频率变换等部分；温度阈值报警主要包含数据的计算和闸门控制等。

界面设计为了让用户更加便捷地使用该系统，我们设计了简洁明了的界面，包括温度值显示、报警阈值设置和报警状态等。

系统实现硬件实现按照上述设计方案，我们完成了硬件电路的设计，其中智能温度传感器采用了标准接口，与FPGA连接顺畅稳定。

报警器也能有良好的响应效果。

软件实现通过VHDL语言，我们完成了数字信号处理和温度报警部分的代码编写，在模拟器中进行了仿真和调试，并进行了综合和布局。

最终在FPGA平台上进行了验证，并与界面进行了充分交互。

结果分析经过系统实现，我们完成了一个基于FPGA智能温度传感器监控报警系统的设计。

在实际测试中，该系统具有所需的准确性、灵敏度和实时性等特点，能够实时采集环境温度并进行温度阈值报警。

FPGA课程设计论文学生姓名周悦学号20091321018院系电子与信息工程学院专业电子科学与技术指导教师李敏二Ｏ一二年5月28 日基于FPGA的温度传感器系统设计１引言温度是一种最基本的环境参数,人们的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。

测量温度的关键是温度传感器,温度传感器的发展经历了三个发展阶段:传统的分立式温度传感器;模拟集成温度传感器;智能集成温度传感器。

目前,国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式,从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。

本文将介绍采用智能集成温度传感器DS18B20,并以FPGA为控制器的温度测量装置的硬件组成和软件设计，用液晶来实现温度显示。

２电路分析系统框图如下：第一部分：DS18B20温度传感器美国 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 "一线总线"接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。

全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

现在，新一代的 DS18B20 体积更小、更经济、更灵活。

使你可以充分发挥“一线总线”的优点。

DS18B20 的主要特性：（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电（2）独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯（3）DS18B20 支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测（4）DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内（5）温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃（6）可编程的分辨率为 9～12位，对应的可分辨温度分别为 0.5℃、0.25℃、0.125℃和 0.0625℃，可实现高精度测温（7）在 9 位分辨率时最多在93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快（8）测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

1．编写的程序（一）功能模块：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;--实体--entity at24c08 isport(clk : in std_logic; --时钟信号rst : in std_logic; --复位信号scl : out std_logic; --i2c时钟线sda : inout std_logic; --i2c数据线urv_1 : in std_logic; --上限值1urv_2 : in std_logic; --上限值2sel : out std_logic_vector(3 downto 0);seg : out std_logic_vector(7 downto 0);beep : out std_logic --蜂鸣器输出信号线);end at24c08;--结构体--architecture arch_at24c08 of at24c08 issignal clk_sslow : std_logic;signal counter : std_logic_vector(23 downto 0);signal readdata_reg_buf : std_logic_vector(15 downto 0);signal readdata_ten : integer range 0 to 24564;signal readdata_std : std_logic_vector(15 downto 0);signal qian : std_logic_vector(3 downto 0);signal bai : std_logic_vector(3 downto 0);signal shi : std_logic_vector(3 downto 0);signal ge : std_logic_vector(3 downto 0);signal qian_0 : integer range 0 to 10;signal bai_0 : integer range 0 to 10;signal shi_0 : integer range 0 to 10;signal ge_0 : integer range 0 to 10;--数码管部分信号signal sel_0 : std_logic_vector(3 downto 0);signal seg_0 : std_logic_vector(7 downto 0);signal count : std_logic_vector(13 downto 0);signal clk_slow : std_logic;signal scan_num : std_logic_vector(1 downto 0);signal seg_data_buf : std_logic_vector(3 downto 0);--i2c部分信号signal sda_buf : std_logic; --i2c输入/输出数据寄存器signal link : std_logic; --sda输入输出方向寄存器signal readdata_reg : std_logic_vector(15 downto 0);--i2c读回的数据寄存器signal sda_0 : std_logic; --与sda端口连接信号signal scl_0 : std_logic; --与scl端口连接信号--按键消抖部分信号signal delay_cnt : std_logic_vector(19 downto 0); --消抖延时计数器signal start_delay : std_logic; --按键延时开始--分频部分信号signal clk_div : std_logic_vector(12 downto 0); --分频计数器，5000分频，10khz--蜂鸣器部分信号signal beep_en : std_logic; --蜂鸣器使能信号signal beep_buf : std_logic; --与beep端口连接的信号--时钟部分信号signal level_high : std_logic; --高电平中间值，1249 signal level_low : std_logic; --低电平中间值，3749 signal level_hig_edge : std_logic; --上升沿，4999signal level_low_edge : std_logic; --下降沿，2499--状态机部分信号signal main_state : std_logic_vector(1 downto 0); --状态机主状态signal i2c_state : std_logic_vector(2 downto 0); --i2c状态signal i2c_per_state : std_logic_vector(3 downto 0); --i2c每一步状态--分频部分常量constant div_parameter : std_logic_vector(12 downto 0):="1001110001000";--分频系数，500--状态机部分常量--操作状态常量constant read_init : std_logic_vector(2 downto 0) :="000";--EEPORM 初始化constant read_high : std_logic_vector(2 downto 0) :="001";--读高位数据状态constant read_low : std_logic_vector(2 downto 0) :="010";--读低位数据状态--i2c每一步状态常量constant start : std_logic_vector(3 downto 0) :="0000";--开始位constant first : std_logic_vector(3 downto 0) :="0001";--数据第一位constant second : std_logic_vector(3 downto 0) :="0010";--数据第二位constant third : std_logic_vector(3 downto 0) :="0011";--数据第三位constant fourth : std_logic_vector(3 downto 0) :="0100";--数据第四位constant fifth : std_logic_vector(3 downto 0) :="0101";--数据第五位constant sixth : std_logic_vector(3 downto 0) :="0110";--数据第六位constant seventh : std_logic_vector(3 downto 0) :="0111";--数据第七位constant eighth : std_logic_vector(3 downto 0) :="1000";--数据第八位constant ack : std_logic_vector(3 downto 0) :="1001";--应答位constant stop : std_logic_vector(3 downto 0) :="1010";--停止位--结构体开始beginscl <= scl_0;seg <= seg_0;sda_0 <= sda_buf when (link)='1' else 'Z';sda <= sda_0;sel <= sel_0;beep <= beep_buf;--按键消抖key : process(clk,rst)beginif(not rst='1') thendelay_cnt <= (others => '0');elsif (clk'event and clk='1') thenif start_delay='1' thenif(delay_cnt /= "11110100001001000000") then --20ms延时delay_cnt <= delay_cnt+'1';elsedelay_cnt <= (others => '0');end if;end if;end if;end process key;--分频部分div : process(rst,clk)beginif(not rst='1') thenclk_div <= "0000000000000";level_high <= '0';level_low <= '0';level_hig_edge <= '0';level_low_edge <= '0';elsif(clk'event and clk='1') thenif(clk_div /= div_parameter-'1') then clk_div <= clk_div+'1';elseclk_div <= "0000000000000";end if;if(level_high='1') thenlevel_high <= '0';elseif(clk_div="10011100001") thenlevel_high <= '1';end if;end if;if(level_low_edge='1') thenlevel_low_edge <= '0';elseif(clk_div="100111000011") thenlevel_low_edge <= '1';end if;end if;if(level_low='1') thenlevel_low <= '0';elseif(clk_div="111010100101") thenlevel_low <= '1';end if;end if;if(level_hig_edge='1') thenlevel_hig_edge <= '0';elseif(clk_div="1001110000111") thenlevel_hig_edge <= '1';end if;end if;end if;end process div;--EEPROM操作部分state : process(clk,rst)beginif(not rst='1') thenstart_delay <= '0';scl_0 <= '1';sda_buf <= '1';link <= '0';readdata_reg <= "0000000000000000";main_state <= "00";i2c_state <= read_init;i2c_per_state <= start;elsif(clk'event and clk='1') thencase main_state is--初始化EEPROMwhen "00" =>--等待读写要求scl_0 <= '1';sda_buf <= '1';link <= '0';i2c_state <= read_init;i2c_per_state <= start;main_state <= "10";--读取EEPRO数据when "10" =>if(level_hig_edge='1') thenscl_0 <= '1';elseif(level_low_edge='1') thenscl_0 <= '0';end if;end if;case i2c_state iswhen read_init => --读命令地址case i2c_per_state iswhen start =>if(level_high='1') thensda_buf <= '0';link <= '1';end if;if((level_low and link)='1') thenlink <= '1';sda_buf <= '1';i2c_per_state <= first;end if;when first =>if(level_low='1') thensda_buf <= '0';i2c_per_state <= second;end if;when second =>if(level_low='1') thensda_buf <= '0';link <= '1';i2c_per_state <= third;end if;when third =>if(level_low='1') thensda_buf <= '1';link <= '1';i2c_per_state <= fourth;end if;when fourth =>if(level_low='1') thensda_buf <= '0';link <= '1';i2c_per_state <= fifth;end if;when fifth =>if(level_low='1') thensda_buf <= '0';link <= '1';i2c_per_state <= sixth;end if;when sixth =>if(level_low='1') thensda_buf <= '0';i2c_per_state <= seventh;end if;when seventh =>if(level_low='1') thensda_buf <= '1';link <= '1';i2c_per_state <= eighth;end if;when eighth =>if(level_low='1') thenlink <= '0';i2c_per_state <= ack;end if;when ack =>if(level_hig_edge='1') thensda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenif(sda_buf='1') thenmain_state <= "00";end if;end if;if(level_low='1') thenlink <= '0';i2c_state <= read_high;i2c_per_state <= first;end if;when others => null;end case;when read_high => --读回数据case i2c_per_state iswhen first =>if(level_hig_edge='1') thensda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(15 downto 9) <= readdata_reg(14 downto 8);readdata_reg(8) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= second;end if;when second =>if(level_hig_edge='1') thensda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(15 downto 9) <= readdata_reg(14 downto 8);readdata_reg(8) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= third;end if;when third =>if(level_hig_edge='1') thensda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(15 downto 9) <= readdata_reg(14 downto 8);readdata_reg(8) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= fourth;end if;when fourth =>if(level_hig_edge='1') thensda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(15 downto 9) <= readdata_reg(14 downto 8);readdata_reg(8) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= fifth;end if;when fifth =>if(level_hig_edge='1') thensda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(15 downto 9) <= readdata_reg(14 downto 8);readdata_reg(8) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= sixth;end if;when sixth =>if(level_hig_edge='1') thensda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(15 downto 9) <= readdata_reg(14 downto 8);readdata_reg(8) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= seventh;end if;when seventh =>if(level_hig_edge='1') thensda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(15 downto 9) <= readdata_reg(14 downto 8);readdata_reg(8) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= eighth;end if;when eighth =>if(level_hig_edge='1') thensda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(15 downto 9) <= readdata_reg(14 downto 8);readdata_reg(8) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= ack;end if;when ack =>if(level_high='1') thenlink <= '1';sda_buf <= '0';i2c_per_state <= first;i2c_state <= read_low;end if;when others => null;end case;when read_low =>case i2c_per_state iswhen first =>if(level_hig_edge='1') thenlink <= '0';sda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(7 downto 1) <= readdata_reg(6 downto 0);readdata_reg(0) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= second;end if;when second =>if(level_hig_edge='1') thenlink <= '0';sda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(7 downto 1) <= readdata_reg(6 downto 0);readdata_reg(0) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= third;end if;when third =>if(level_hig_edge='1') thenlink <= '0';sda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(7 downto 1) <= readdata_reg(6 downto 0);readdata_reg(0) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= fourth;end if;when fourth =>if(level_hig_edge='1') thenlink <= '0';sda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(7 downto 1) <= readdata_reg(6 downto 0);readdata_reg(0) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= fifth;end if;when fifth =>if(level_hig_edge='1') thenlink <= '0';sda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(7 downto 1) <= readdata_reg(6 downto 0);readdata_reg(0) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= sixth;end if;when sixth =>if(level_hig_edge='1') thenlink <= '0';sda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(7 downto 1) <= readdata_reg(6 downto 0);readdata_reg(0) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= seventh;end if;when seventh =>if(level_hig_edge='1') thenlink <= '0';sda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(7 downto 1) <= readdata_reg(6 downto 0);readdata_reg(0) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= eighth;end if;when eighth =>if(level_hig_edge='1') thenlink <= '0';sda_buf <= sda;end if;if(level_high='1') thenreaddata_reg(7 downto 1) <= readdata_reg(6 downto 0);readdata_reg(0) <= sda;end if;if(level_low='1') theni2c_per_state <= ack;end if;when ack =>if(level_high='1') thenlink <= '1';sda_buf <= '1'; --非应答位-- i2c_per_state <= stop;end if;if(level_low='1') thenlink <= '1';sda_buf <= '0';i2c_per_state <= stop;end if;when stop =>if(level_high='1') thenlink <= '1';sda_buf <= '1'; --停止位end if;if(level_low='1') thenmain_state <= "00";end if;when others => null;end case;when others => null;end case;when others => null;end case;end if;end process state;--数据处理部分anly1 : process(readdata_reg_buf)beginreaddata_ten <= conv_integer(readdata_reg_buf)*12;qian_0 <= readdata_ten/1000;bai_0 <= (readdata_ten/100) rem 10;shi_0 <= (readdata_ten/10) rem 10;ge_0 <= readdata_ten rem 10;end process anly1;anly2 : process(qian_0,bai_0,shi_0,ge_0)beginqian <= conv_std_logic_vector(qian_0,4);bai <= conv_std_logic_vector(bai_0,4);shi <= conv_std_logic_vector(shi_0,4);ge <= conv_std_logic_vector(ge_0,4);end process anly2;--数码管显示部分scan : process(rst,clk)beginif(not rst='1') thencount <= (others => '0');clk_slow <= '0';elsif(clk'event and clk='1') thenif(count="11111011011111") thencount <= (others => '0');clk_slow <= not clk_slow;elsecount <= count + '1';end if;end if;end process scan;seg1 : process(clk_slow,rst)beginif(not rst='1') thenscan_num <= "00";elsif(clk_slow'event and clk_slow='1') thenif(scan_num="11") thenscan_num <= "00";elsescan_num <= scan_num + '1';end if;end if;end process seg1;seg2 : process(seg_data_buf)begincase seg_data_buf iswhen "1111" => seg_0 <= "10001110";when "1110" => seg_0 <= "10000110"; when "1101" => seg_0 <= "10100001";when "1100" => seg_0 <= "11000110";when "1011" => seg_0 <= "10000011";when "1010" => seg_0 <= "10011000";when "1001" => seg_0 <= "10010000";when "1000" => seg_0 <= "10000000"; when "0111" => seg_0 <= "11111000"; when "0110" => seg_0 <= "10000010"; when "0101" => seg_0 <= "10010010"; when "0100" => seg_0 <= "10011001"; when "0011" => seg_0 <= "10110000"; when "0010" => seg_0 <= "10100100"; when "0001" => seg_0 <= "11111001"; when "0000" => seg_0 <= "11000000"; when others => seg_0 <= "11111111";end case;end process seg2;seg0 : process(scan_num)begincase scan_num iswhen "00" =>sel_0 <= "1110";seg_data_buf <= ge;when "01" =>sel_0 <= "1101";seg_data_buf <= shi;when "10" =>sel_0 <= "1011";seg_data_buf <= bai;when "11" =>sel_0 <= "0111";seg_data_buf <= qian;when others => null;end case;end process seg0;--数据缓存部分ss : process(clk,rst)beginif(not rst='1') thenclk_sslow <= '0';counter <= (others => '0');elsif(clk'event and clk='1') thenif(counter /= "111111111111111111111110") then counter <= counter + '1';elsecounter <= (others => '0');clk_sslow <= not clk_sslow;end if;end if;end process ss;buf : process(clk_sslow)beginif(clk_sslow'event and clk_sslow='1') thenreaddata_reg_buf <= readdata_reg;elsereaddata_reg_buf <= readdata_reg_buf;end if;end process buf;--蜂鸣器报警部分bep : process(clk,rst)variable count : integer range 0 to 50000; --1KHz方波beginif(not rst='1') thencount := 0;beep_en <= '0';elsif(clk'event and clk='1') thenif(beep_en='1') thencount := count+1;if(count>50000) thencount := 0;beep_buf <= not beep_buf;end if;elseif(not urv_1='1') thenif(readdata_reg>"0000000000000011") thenbeep_en <= '1';end if;elsif(not urv_2='1') thenif(readdata_reg>"1111111111100000") thenbeep_en <= '1';end if;end if;end if;end if;end process bep;end arch_at24c08;（二）测试模块：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity tb is--null;end tb;architecture behv_tb of tb iscomponent at24c08port(clk : in std_logic; --时钟信号rst : in std_logic; --复位信号scl : out std_logic; --i2c时钟线sda : inout std_logic; --i2c数据线urv_1 : in std_logic; --上限值1urv_2 : in std_logic; --上限值2sel : out std_logic_vector(3 downto 0);seg : out std_logic_vector(7 downto 0);beep : out std_logic --蜂鸣器输出信号线);end component;constant clockperiod : time := 20ns;signal clk_tb : std_logic := '0';signal rst_tb : std_logic;signal scl_tb : std_logic;signal sda_tb : std_logic;signal urv_1_tb : std_logic;signal urv_2_tb : std_logic;signal sel_tb : std_logic_vector(3 downto 0);signal seg_tb : std_logic_vector(7 downto 0);signal beep_tb : std_logic;beginmyuit : at24c08 port map(clk => clk_tb,rst => rst_tb,scl => scl_tb,sda => sda_tb,urv_1 => urv_1_tb,urv_2 => urv_2_tb,sel => sel_tb,seg => seg_tb,beep => beep_tb);process(clk_tb)beginclk_tb <= not clk_tb after clockperiod/2;end process;rst_tb <= ‘0',‘1' after 1000ns;end behv_tb;。

基于FPGA的温度传感报警系统设计一、引言温度传感器在许多领域中被广泛使用，用于监测环境或设备的温度变化。

为了及时发现温度异常并采取相应措施，设计一个基于FPGA的温度传感报警系统具有重要意义。

本文将介绍如何利用FPGA实现温度传感器数据采集、处理和报警功能的设计方案。

二、系统结构基于FPGA的温度传感报警系统通常包括温度传感器模块、FPGA开发板、显示模块和报警器。

温度传感器用于采集环境温度数据，将数据传输给FPGA开发板；FPGA开发板负责接收并处理传感器数据，根据预设阈值判断是否触发报警；当温度超过设定阈值时，FPGA会触发报警器进行提示。

三、设计原理1. 数据采集：FPGA通过接口与温度传感器通信，获取实时温度数据。

2. 数据处理：FPGA对采集到的温度数据进行处理，与预设阈值比较，判断是否触发报警。

3. 报警功能：当温度超过设定阈值时，FPGA触发相应报警装置，如LED灯闪烁、蜂鸣器响声等。

四、软件实现1. Verilog/VHDL编程：使用Verilog或VHDL语言编写FPGA的逻辑设计，包括数据采集、阈值比较和报警逻辑。

2. 开发工具：选择适合的FPGA开发工具，如Xilinx ISE、Quartus II 等，进行逻辑综合、布局布线和下载等操作。

3. 调试验证：通过仿真和实验验证系统设计的正确性和稳定性。

五、性能分析通过对基于FPGA的温度传感报警系统进行性能分析，可以评估系统的响应速度、准确性和稳定性等指标。

同时，还可以分析系统的功耗、资源利用情况和可靠性等方面，为系统优化提供依据。

六、总结基于FPGA的温度传感报警系统设计结合了硬件设计和软件编程技朧，具有广泛的应用前景。

通过合理设计系统结构和软硬件实现，可以实现对温度异常的及时监测和报警提示，保障设备和环境的安全。

希望本文的介绍能够为读者深入理解基于FPGA的温度传感报警系统设计提供参考和启发，促进相关领域的技术创新和应用。

基于FPGA的智能温度控制系统是一种集成了数字逻辑、模拟电路和控制算法的智能化设备，通过对温度传感器采集的数据进行实时处理和分析，实现对温度控制设备的智能控制。

本文将介绍基于FPGA的智能温度控制系统的设计方案，并详细阐述系统的原理、结构和实施步骤。

一、设计原理基于FPGA的智能温度控制系统的设计原理主要包括数据采集、数字信号处理和控制策略实施三个方面。

系统通过温度传感器采集环境中的温度数据，经过FPGA进行数字信号处理和控制算法的运算，最终控制温度调节设备的工作状态，以实现温度的精准控制。

二、系统结构1. 传感器模块：包括温度传感器、模拟信号采集电路等，用于采集环境温度数据并转换为数字信号。

2. FPGA芯片：作为系统的核心处理器，负责接收传感器数据、进行数字信号处理和实施控制算法。

3. 数字模拟转换模块：将采集到的模拟信号转换为FPGA可处理的数字信号。

4. 控制执行模块：通过数字信号输出控制温度调节设备，如加热器或制冷器。

5. 显示模块：用于显示当前温度、设定温度和系统状态等信息。

三、系统功能1. 温度采集：实时采集环境温度数据，并进行数字化处理。

2. 控制策略：根据设定的温度范围和控制算法，实现对温度调节设备的精准控制。

3. 实时监测：实时显示环境温度、设定温度和控制设备状态，并可以通过外部接口进行数据传输。

4. 报警功能：当环境温度超出设定范围时，系统能够发出报警信号。

四、实施步骤1. 传感器接入：将温度传感器连接至FPGA的模拟输入引脚，通过模数转换电路将模拟信号转换为数字信号。

2. FPGA程序设计：编写FPGA程序，包括数字信号处理、控制算法和外部接口的设计。

3. 硬件连接：按照设计需求，将FPGA芯片、传感器模块、控制执行模块和显示模块等连接至一块PCB板上。

4. 系统调试：将控制系统连接至温度调节设备，进行系统调试和测试，验证系统功能和稳定性。

5. 性能优化：根据测试结果对控制算法和硬件电路进行优化，提高系统的响应速度和稳定性。

设计要求:设计一个基于FPGA/CPLD的数字式温度计温度传感器采用DS18b20结果用数码管显示，精度0.5度整个系统组成介绍：1. DS18b20驱动模块DSl820数字温度计提供12位(二进制)温度读数指示器件的温度信息经过单线接口送入DSl820或从DSl820送出因此从主机CPU到DSl820仅需一条线(和地线)DSl820的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源因为每一个DSl820在出厂时已经给定了唯一的序号因此任意多个DSl820可以存放在同一条单线总线上这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件DSl820的测量范围从-55度到+125度增量值为0.5度可在1 s(典型值)内把温度变换成数字量。

DS18B20的通讯协议根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

DS18B20的通讯协议根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

DS18B20的温度数据采集流程图接口时序及流程控制适合利用状态机来实现module ds18b20(iCLK, iRESET, oWIRE, oFLAG, oDA TA );//INPUT AND OUTPUT PORTinput iCLK,iRESET;output reg[11:0] oDA TA;//只取温度寄存器的低12位output reg oFLAG;//数据输出有效标志inout reg oWIRE;//define the stateparameter do_reset = 6'b000001,//500us低电平release_bus = 6'b000010,//4us的高电平wait_presence = 6'b000100;parameter write = 6'b001000,wait_conver = 6'b010000,read = 6'b100000;//parameter for settingparameter Skip_Word = 8'b11001100, //cchTconvert_Word = 8'b01000100,//44hTempreg_Word = 8'b10111110; //beh//regreg[63:0] counter;reg[7:0] byte_counter;reg[5:0] nstate;reg[7:0] temp_word;//控制字的临时寄存器reg[7:0] addr;//控制寄存器的指针,0为Skip_Word,1为Tconvert_Word,2为Tempreg_Wordreg[15:0] Temp_buffer;//温度寄存器//reg change_addr;always @(posedge iCLK)beginif(~iRESET)beginnstate <= do_reset;byte_counter <= 0;counter <= 0;oFLAG <= 0;oDATA <= 0;//写Skip_Word后，指针指向Tconvert_Wordtemp_word <= Skip_Word;addr <= 1;Temp_buffer<=0;oWIRE <=0;endelsecase(nstate)do_reset : beginoFLAG <= 0;//重新置位，进行下次数据采集if(counter == 499)//500us的低电平beginnstate <= wait_presence;//等待回应counter <= 0; //释放总线oWIRE <=1;endelsebegin counter <= counter + 1;oWIRE <=0;endendwait_presence: beginif(counter == 400) //等待400us后，拉高（释放）总线beginnstate <= release_bus; //释放总线counter <= 0;//释放总线oWIRE <=1;end…………….2. 温度数据处理模块得到的12bit的温度数据信息，可相应进行各种处理，如多次到平均等，另外，需将其由二进制转换为BCD码。

module temper(input clk,input rst_n,inout one_wire,output [15:0] temperature);// 分频器20MHz->1MHz 开始reg [3:0] cnt;reg clk_1us;always @ (posedge clk, negedge rst_n)if (!rst_n)cnt <= 0;elseif (cnt == 9)begin cnt <= 0;clk_1us<= ~ clk_1us;endelsecnt <= cnt + 4'd1;// 1MHz 时钟//延时模块的使用reg [19:0] cnt_1us;reg cnt_1us_clear;always @ (posedge clk_1us)if (cnt_1us_clear)cnt_1us <= 0;elsecnt_1us <= cnt_1us + 1'b1;// DS18B20状态机开始// 格雷码parameter S00 = 5'h00;parameter S0 = 5'h01;parameter S1 = 5'h03;parameter S2 = 5'h02;parameter S3 = 5'h06;parameter S4 = 5'h07;parameter S5 = 5'h05;parameter S6 = 5'h04;parameter S7 = 5'h0C;parameter WRITE0 = 5'h0D;parameter WRITE1 = 5'h0F;parameter WRITE00 = 5'h0E;parameter WRITE01 = 5'h0A;parameter READ0 = 5'h0B;parameter READ1 = 5'h09;parameter READ2 = 5'h08;parameter READ3 = 5'h18;reg [4:0] state; // 状态寄存器//-------------------------------------reg one_wire_buf; // One-Wire总线缓存寄存器reg [15:0] temperature_buf; // 采集到的温度值缓存器reg [5:0] step; // 子状态寄存器0~50reg [3:0] bit_valid; // 有效位always @(posedge clk_1us, negedge rst_n)beginif (!rst_n)beginone_wire_buf <= 1'bZ;step <= 0;state <= S00;endelsebegincase (state)S00 : begintemperature_buf <= 16'h001F;state <= S0;endS0 : begin // 初始化cnt_1us_clear <= 1;one_wire_buf <= 0;state <= S1;endS1 : begincnt_1us_clear <= 0;if (cnt_1us == 500) // 延时500usbegincnt_1us_clear <= 1;one_wire_buf <= 1'bZ; // 释放总线state <= S2;endendS2 : begincnt_1us_clear <= 0;if (cnt_1us == 100) // 等待100usbegincnt_1us_clear <= 1;state <= S3;endendS3 : if (~one_wire) // 若18b20拉低总线,初始化成功state <= S4;else if (one_wire) // 否则,初始化不成功,返回S0state <= S0;S4 : begincnt_1us_clear <= 0;if (cnt_1us == 400) // 再延时400usbegincnt_1us_clear <= 1;state <= S5;endendS5 : begin // 写数据if (step == 0) // 0xCCbeginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 1)beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 2)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= WRITE01;endelse if (step == 3)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= WRITE01;endelse if (step == 4)beginstep <= step + 1'b1;endelse if (step == 5)beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 6)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= WRITE01; endelse if (step == 7)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= WRITE01; endelse if (step == 8) // 0x44 beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 9)beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 10)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= WRITE01; endelse if (step == 11)beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 12)beginstep <= step + 1'b1;endelse if (step == 13)beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 14)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= WRITE01;endelse if (step == 15)beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;end// 第一次写完,750ms后,跳回S0 else if (step == 16)beginone_wire_buf <= 1'bZ;step <= step + 1'b1; state <= S6;endelse if (step == 17) // 0xCC beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 18)beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 19)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= WRITE01; endbeginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE01;one_wire_buf <= 0;endelse if (step == 21)beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 22)beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 23)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= WRITE01; endelse if (step == 24)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= WRITE01; endelse if (step == 25) // 0xBE beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 26)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= WRITE01; endelse if (step == 27)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= WRITE01;endelse if (step == 28)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= WRITE01;endelse if (step == 29)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= WRITE01;endelse if (step == 30)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= WRITE01;endelse if (step == 31)beginstep <= step + 1'b1;state <= WRITE0;endelse if (step == 32)beginone_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= WRITE01;end// 第二次写完,跳到S7,直接开始读数据else if (step == 33)beginstep <= step + 1'b1;state <= S7;endendS6 : begincnt_1us_clear <= 0;if (cnt_1us == 750000 | one_wire) // 延时750msbegincnt_1us_clear <= 1;state <= S0; // 跳回S0,再次初始化endendS7 : begin // 读数据if (step == 34)beginbit_valid <= 0;one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= READ0;endelse if (step == 35)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1;one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= READ0;endelse if (step == 36)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1;one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= READ0;endelse if (step == 37)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1;one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= READ0;endelse if (step == 38)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1;one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= READ0;endelse if (step == 39)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1;one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= READ0;endelse if (step == 40)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1; one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= READ0;endelse if (step == 41)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1; one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= READ0;endelse if (step == 42)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1; one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= READ0;endelse if (step == 43)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1; one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= READ0;endelse if (step == 44)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1; one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= READ0;endelse if (step == 45)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1; one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1; state <= READ0;endelse if (step == 46)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1;one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= READ0;endelse if (step == 47)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1;one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= READ0;endelse if (step == 48)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1;one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= READ0;endelse if (step == 49)beginbit_valid <= bit_valid + 1'b1;one_wire_buf <= 0;step <= step + 1'b1;state <= READ0;endelse if (step == 50)beginstep <= 0;state <= S0;endend// 写0.1WRITE0 :begincnt_1us_clear <= 0;one_wire_buf <= 0; // 输出0if (cnt_1us == 80) // 延时80usbeginone_wire_buf <= 1'bZ; // 释放总线，自动拉高state <= WRITE00;endendWRITE00 : // 空状态state <= S5;WRITE01 : // 空状态state <= WRITE1;WRITE1 :begincnt_1us_clear <= 0;one_wire_buf <= 1'bZ; // 输出1 释放总线，自动拉高if (cnt_1us == 80) // 延时80usbegincnt_1us_clear <= 1;state <= S5;endend// 读0READ0 : state <= READ1; // 空延时状态READ1 :begincnt_1us_clear <= 0;one_wire_buf <= 1'bZ; // 释放总线if (cnt_1us == 10) // 再延时10usbegincnt_1us_clear <= 1;state <= READ2;endendREAD2 : // 读取数据begintemperature_buf[bit_valid] <= one_wire;state <= READ3;endREAD3 :begincnt_1us_clear <= 0;if (cnt_1us == 55) // 再延时55usbegincnt_1us_clear <= 1;endend// 读状态机default : state <= S00;endcaseendendassign one_wire = one_wire_buf; // 注意双向口的使用(cichuzhuyaoyongyushurushuju)// DS18B20状态机结束// 对采集到的温度进行处理开始wire [15:0] t_buf = temperature_buf & 16'h07FF;assign temperature[3:0] = (t_buf[3:0] * 10) >> 4; // 小数点后一位assign temperature[7:4] = (t_buf[7:4] >= 10) ? (t_buf[7:4] - 10) : t_buf[7:4]; // 个位assign temperature[11:8] = (t_buf[7:4] >= 10) ? (t_buf[11:8] + 1) : t_buf[11:8]; // 十位endmodule。

郑州轻工业学院可编程数字系统课程设计题目：基于FPGA的数字温度计的设计成绩：学生姓名：专业班级：学号：院（系）：电子信息工程学院指导教师：完成时间：年月日基于FPGA的数字温度计的设计摘要微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，而EDA技术的出现则是给现代工业控制以及日常生活带来了极大的方便，大规模可编程逻辑器件FPGA以成本低、周期短、可靠性高等特点，给设计人员进行产品开发方面带来了诸多方便。

本系统设计的数字温度表正是应用FPGA来实现数字温度表的各种相关功能。

本文主要介绍采用EDA技术自上而下的设计思路，从硬件和软件两个方面阐述了如何通过FPGA器件实现数字温度表系统功能，有效的克服了传统的数字温度计的缺点。

基于FPGA在Quartus II 9.0软件下应用VHDL语言编写程序,采用ALTRA公司Cyclone系列的EP2C5T144芯片进行了计算机仿真，并给出了相应的仿真结果。

此系统利用温度传感器AD590采集温度信号，产生的温度信号经过调零、放大处理后，利用A/D转换器ADC0804将模拟信号转换成数字信号，将数字信号送入EPF10K10LC84-4进行处理，最后送入显示电路，由数码管显示温度值。

该温度表具有结构简单，抗干扰能力强，功耗小，可靠性高，速度快反应时间短等优点。

关键词：数字温度表 CPLD／FPGA 温度传感器 A/D转换器目录摘要 (Ⅰ)1.前言 (1)1．1背景介绍 (1)1．2 数字测温系统 (1)2. 系统描述 (2)2．1可编程逻辑器件FPGA (2)2．2 FPGA结构原理与特点 (2)2．3温度传感器AD590的介绍 (3)2．4 A/D转换器ADC0804 (4)2．5硬件描述语言VHDL (6)2．6数字开发工具QuartusⅡ (6)2．7 QuartusⅡ开发系统的特点 (6)2．8 QuartusⅡ的设计流程 (7)3．系统设计方案 (8)3．1数字温度表的工作原理 (8)3．2功能模块的设计 (8)3．2．1测温模块 (8)3．2．2温度信号处理模块 (9)3．2．3模数转换模块 (10)3．2．4进制转换模块 (13)3．2．5动态扫描模块 (14)3．3系统综合 (16)4．系统的仿真分析及器件下载 (17)4．1系统的仿真分析 (17)4．2系统的器件下载 (19)5. 结论 (20)心得与体会 (21)参考文献 (22)附录 (23)1. 前言1．1背景介绍检测是控制的基础和前提，而检测的精度必须高于控制的精确度，否则无从实现控制的精度要求。

毕业论文FPGA温度测量设计摘要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。

温度测量仪是一种常用的检测仪器。

本文首先介绍了DS18B20的工作原理，利用数字温度传感器DS18B20的数据接口特点，展示了FPGA（Field-Programmable Gate Array，即现场可编程逻辑门阵列）的使用方法以及Verilog HDL（HDL:Hardware Discription Language）语言的编程，完成了基本温度测量功能。

给出了硬件电路和软件设计，此设备具有结构简单、转换速度快、精确性高，扩展性好等优点。

关键词：FPGA；DS18B20；测温；Verilog HDL语言Design of temperature measurement based on FPGAAbstractTenperture is one of the most basic environmental parameters, and it industry, agriculture, national defense,medical and other fields, temperature measurement and control was widely used.The temperature measuring instrument is a kind of common testing instrument.In this paper,first we introduces the work principle of DS18B20,and the characteristics of data interface of digital temperature sensor DS18B20, demonstrated Language）programming language,accomplished the function of temperature measurement. Given the .The device .Key Words: FPGA;DS18B20;Temperature measurement;Verilog HDL language目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1绪论 (1)1.1题目背景意义 (1)1.2工作内容 (2)1.2.1技术指标和要求 (2)1.2.2设计的难点重点 (2)2系统方案设计 (3)2.1温度测量原理及方法 (3)2.2系统方案及方框图 (3)2.3FPGA技术 (4)2.4DS18B20温度传感器 (6)2.4.1DS18B20特性介绍 (6)2.4.2DS18B20测温原理 (7)2.4.3DS18B20供电方式 (8)2.4.4DS18B20时序 (9)2.4.5DS18B20操作命令 (10)2.5硬件设计 (11)2.5.1FPGA最小系统硬件原理图 (11)2.5.2DS18B20的连接 (12)2.5.3数码管显示电路 (12)2.5.4电源电路 (12)2.5.5时钟电路 (13)2.5.6复位电路 (13)2.6软件设计流程图 (13)3功能模块建立及仿真 (14)3.1QuartusⅡ及VHDL语言 (14)3.1.1QuartusⅡ介绍 (14)3.1.2Verilog HDL介绍 (16)3.1.3QuartusⅡ的使用 (17)3.2分频 (19)3.3温度信号采集 (20)3.4数码管显示 (20)3.5顶层原理图 (21)4下载调试及实际测量 (22)5设计遇到的问题及误差分析 (23)5.1设计遇到的问题及分析 (23)5.2误差分析 (23)6总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)毕业设计（论文）知识产权声明 (27)毕业设计（论文）独创性声明 (28)1绪论1.1题目背景意义温度是表征物体冷热程度的物理量，是国际单位制七个基本物理量之一，作为一种最基本的环境参数，与人民的日常生活有着密切关系。

基于FPGA的智能温度控制系统的设计智能温度控制系统是一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的系统，旨在实现对温度的精确控制和自动调节。

随着科技的进步和人们对舒适生活的不断追求，温度控制在日常生活和工业生产中变得越来越重要。

传统的温度控制方法常常需要人工干预和手动调节，效率低下且容易产生误差。

因此，开发一种智能温度控制系统来解决这些问题变得至关重要。

本文的目的是设计一种基于FPGA的智能温度控制系统，通过使用FPGA的高度可编程性和强大的实时处理能力，实现对温度的准确测量、控制和调节。

同时，系统将具备智能化的特点，能够根据预设的温度范围和环境条件，自动调节温度并保持在合适的水平。

通过该系统的应用，可以提高温度控制的精确性和效率，提供更加舒适和节能的环境。

本文的框架将按照以下顺序展开：首先，介绍智能温度控制系统的基本原理和架构；然后，详细阐述FPGA在温度控制系统中的应用；接着，说明设计过程中的关键问题和解决方法；最后，对系统进行性能测试和实验验证，并对结果进行分析和讨论。

通过这些内容的阐述，旨在为读者提供有关基于FPGA的智能温度控制系统设计的全面参考，为今后的研究和应用奠定基础。

本文所提出的基于FPGA的智能温度控制系统设计具有一定的创新性和实用性，有望在温度控制领域产生积极的影响。

本文详细描述了基于FPGA的智能温度控制系统的设计过程，包括硬件和软件设计。

硬件设计硬件设计是构建基于FPGA的智能温度控制系统的关键步骤。

以下是硬件设计的主要内容：温度传感器：选择合适的温度传感器，例如热敏电阻或数字温度传感器。

将温度传感器与FPGA连接，以实时获取温度数据。

温度控制器：设计一个可调节的温度控制系统，可以根据测量到的温度对输出进行调整。

使用FPGA内部逻辑和外部元件（如开关和继电器）来实现温度控制功能。

显示界面：设计一个用户友好的显示界面，用于显示当前的温度和控制系统的状态。

可以使用液晶显示屏或LED显示器等显示设备。

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。

该电路采纳数字温度传感器DS18B20搜集外界环境温度，同时结合该传感器的数据接口和特点，利用FPGA作为操纵器，严格操纵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。

再将搜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 Verilog HDL 语言进行编译。

这次设计相较于传统的数字温度计具有结构简单，抗干扰能力强，功耗小，靠得住性高，反映时刻短等优势。

关键词：数字温度计；FPGA ；Verilog HDL ；DS18B20ABSTRACTThis paper expounds a design and implementation of a digital thermometer circuit based on FPGA. The circuit adopts the digital temperature sensor DS18B20 collecting the environment temperature, combining with the characteristics of the sensor data interface, using FPGA as the controller, strict control over the timing of DS18B20, read and write functions on 1-wire, complete the function of digital temperature measurement. Then measure the binary number into BCD code, and display it on the digital tube. The program design of the system is compiled by Verilog HDL language. Compared to the traditional digital thermometer, it has many advantages such as simpler structure, strong anti-interference ability, low consumption, high reliability, short reaction time.Keywords：Digital thermometer, FPGA, Verilog HDL, DS18B20目录1绪论 .................................................................. 错误!未定义书签。

《基于FPGA的光纤环形衰荡腔温度传感系统设计》篇一一、引言随着科技的发展，光纤传感器在众多领域的应用日益广泛。

其中，光纤环形衰荡腔（Fiber Ring Resonator，FRR）作为一种高效、稳定的光纤传感器件，具有广泛的测量和感知能力。

然而，由于环境因素如温度变化的影响，其性能会受到影响。

因此，设计一个基于FPGA（Field Programmable Gate Array）的光纤环形衰荡腔温度传感系统显得尤为重要。

本文将详细介绍该系统的设计思路、实现方法和应用前景。

二、系统设计概述本系统以FPGA为核心控制器，结合光纤环形衰荡腔传感器，实现对温度的实时监测和精确控制。

系统主要由FPGA控制器、光纤环形衰荡腔传感器、数据采集与处理模块、显示与输出模块等部分组成。

通过FPGA控制传感器的工作模式，实现温度的实时测量与显示。

三、系统设计原理（一）光纤环形衰荡腔原理光纤环形衰荡腔由一环形光纤光路组成，通过引入特定的波长信号到光路中，并利用光纤中的非线性效应（如光克尔效应）产生共振，从而实现对外界环境（如温度）的感知。

（二）FPGA控制原理FPGA作为一种可编程逻辑器件，可以实现对光纤环形衰荡腔的精确控制。

通过编程设置FPGA的工作模式，实现对传感器数据的实时采集、处理和传输。

同时，FPGA还可以根据实际需求进行升级和优化，提高系统的性能和稳定性。

四、系统实现方法（一）硬件设计硬件部分主要包括FPGA控制器、光纤环形衰荡腔传感器、数据采集与处理模块等。

其中，FPGA控制器选用高性能、低功耗的型号，确保系统的稳定性和可靠性；光纤环形衰荡腔传感器选用高灵敏度、高稳定性的器件，确保测量的准确性；数据采集与处理模块负责对传感器数据进行实时采集和处理。

（二）软件设计软件部分主要包括FPGA编程和上位机软件设计。

FPGA编程实现对光纤环形衰荡腔的精确控制和对数据的实时处理；上位机软件则负责与FPGA进行通信，实现对数据的显示和存储等功能。