基于fpga的温度传感器系统

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1、湖北科技学院计算机学院《FPGA原理及应用》课程设计课设题目：温度传感器系统院系：计算机科学与技术专业：物联网工程学生姓名：学号：学生姓名：学号：学生姓名：学号：学生姓名：学号：指导教师：2014年12月21目录一课程设计目的1二课程设计题目描述和要求12.1课程设计题目描述12.2温度传感器检测标准及技术1三课程设计报告内容23.1设计方案23.2设计方案论证2四硬件各部分工作原理24.1FPGA芯片简介24.2标准温度测量模块64.3RS-232串口通信模块74.4LCD1602液晶显示7五系

2、统电路原理框图9六软件设计96.1软件原理框图96.2时序分析10七误差分析11八程序设计118.1主要代码118.2液晶显示程序17九总结20十参考文献2121一课程设计目的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

3、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。二课程设计题目描述和要求2.1课程设计题目描述这次基于FPGA温度监测系统设计的课程设计由总体框架构成下，各个部分模块的拼接与联系，在Quartus软件的基础上实现温度监测的功能。首先硬件由DS18B20温度传感器，1602液晶，发光二极管，按键等组成；软件部分由二分频电路，键盘电路和弹跳消除电路组成；最后将硬件和软

4、件合理的结合形成温度监测系统。该实验采用由总到分再到总的实验模式，在总体思路下各硬件电路的实现以及软件电路的辅助之后再总的合并，即完成该课程设计。其中软件的形成需要我们熟悉掌握Quartus软件，由原理图—程序编写—程序编译—程序修改—再次编译—管脚定义—程序下载—程序加载—硬件测试的过程。2.2温度传感器检测标准及技术1、测量准确度：0.01级;分辨率0.1uV和0.1mΩ；2、扫描开关寄生电势：≤0.4μV；3、温度范围：水槽：(室温+5~95)℃油槽：(95~300)℃低温恒温槽：(-80~

5、100)℃高温炉：(300~1200)℃；4、控温稳定度：优于0.01℃/10min(油槽、水槽、低温恒温槽);0.2℃/min(管式检定炉)；5、总不确定度：热电偶检定，测量不确定度优于0.7℃，重复性误差<0.25℃;热电阻检定测量不确定度优于50mk，重复性误差<10mk；216、工作电源：AC220V±10%，50Hz，并有良好保护接地；三课程设计报告内容3.1设计方案（1）查阅相关文献资料，熟悉所选FPGA芯片及温度传感器（2）总体设计方案规划 （3）系统硬件设计，熟悉AD转换原理及过程

6、，温度传感器与FPGA芯片的硬件接口实现及温度显示。 （4）系统软件设计，包括温度的AD转换及显示的软件实现，用VHDL语言编程 。（5）设计心得体会及总结 。3.2设计方案论证有许多客观需求促进了FPGA芯片的设计改进。首先，便携式的嵌入式系统往往需要电池供电。为降低功耗，FPGA芯片已被特殊设计成较小的核，从而延长了电池的使用时间。 高的代码密度是嵌入式系统的又一个重要需求。由于成本问题和物理尺寸的限制，嵌入式系统的存储器是很有限的。所以，高的代码密度对于那些只限于在板存储器的应用是非常有帮助

7、的。 另外，嵌入式系统通常都是价格敏感的，因此一般都使用速度不高、成本较低的存储器。 FPGA芯片不是一个纯粹的RISC体系结构，这是为了使它能够更好的适应其主要应用领域－－嵌入式系统。在某种意义上，甚至可以认为FPGA芯片的成功，正是因为它没有在RISC的概念上沉入太深。现在系统的关键并不在于单纯的处理器速度，而在于有效的系统性能和功耗。 在本系统的设计过程中，根据嵌入式系统的基本设计思想，系统采用了模块化的设计方法，并且根据系统的功能要求和技术指标，系统遵循自上而下、由大到小、由粗到细的设计思

8、想，按照系统的功能层次，在设计中把硬件和软件分成若干功能模块分别设计和调试，然后全部连接起来统调。四硬件各部分工作原理4.1FPGA芯片简介目前以硬件描述语言（Verilog或21VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例