基于FPGA的温度监控系统(7)

山东科技大学学士学位论文 系统的总体模块设计

2 原理分析

系统时钟信号进入分频模块clk引脚，经过分频后得到信号clk_1m和clk_1k输出。

输出的clk_1k的频率信号用于扫描数码管做动态显示，使人不会看到数码管的闪烁感；输出的clk_1m的频率信号用于产生1us 时钟，用于控制传感器读写时序。

分频模块用Verilog HDL语言描述，见附录B。 4.2.3 数制转换模块

利用数制转换模块将输入的16位二进制的温度数据转换为BCD码，如图4.3所示。

图4.3 数制转换模块

1 端口说明

data[15..0]：输入16位数据 bcd_out[11..0]：输出12位数据 2 原理分析

图4.3中，data[15..0]表示从DS18B20获取的16位数据，前4位表示温度的正负号，后12位表示数据，本次试验显示忽略了小数位和负号，只取整数位，那么只取data[10:4]这7位，便是温度的整数值。

bcd_out[11..0]的每四位储存一个数据，一共有3个数据，这三个数据分

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别代表着温度的个位、十位、百位，便于在下一个模块中便于将其转换成十进制显示出来。

数制转换模块用Verilog HDL语言描述，见附录B。 4.2.4显示模块

本次显示采用的动态显示。数码管动态显示接口是应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划\的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当FPGA输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于FPGA对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，缺点就是亮度稍低，但是它能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

从数制转换模块输出的BCD码转换成十进制数接入到显示模块中，将其译码为七段值，输出到共阳数码管上显示，模块如图4.4所示。

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图4.4 显示模块

1 端口说明

clk：输入clk_1k的时钟信号； rst：复位信号

data[11..0]：进制转换出的12位数据 seg[7..0]：段选信号； en[1..0]：位选信号。 2 原理分析

本次设计采集的温度忽略了百位，所以只需要显示温度的十位跟个位就可以了，调用两个数码管，其中一个数码管当作十位，另一个数码管则是个位，当十位的数码译码为“00100101”时，则说明十位数码管将显示数值“2”，当个位的数码管译码为“00001101”时，则说明个位显示“3”。因此个位和十位都是按照八段译码的原则将 0～9之间的数字显示出来。 该模块用Verilog HDL语言描述，见附录B。

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山东科技大学学士学位论文 整体编译结果与分析

5整体编译结果与分析

设计采用FPGA器件和DS18B20实现温度测量仪，FPGA电路板主要由FPGA器件、时钟电路、下载电路、电源电路、显示电路、指示灯和按键等构成。核心芯片采用ALTERA公司生产的Cyclone II系列EP2C5T144C8芯片。在设计温度传感器部分时，由于DS18B20进行精确转换时需要I/O引脚保持大电流供电，这样对FPGA芯片引脚造成很大压力，所以要使DS18B20的VDD引脚接外部电源。

5.1 整体编译

使用Quartus II进行课题验证时，首先要创建工程和编辑设计文件，做好编译前设计，最后再进行全程编译。 编译成功后的界面如图5.1所示。

图5.1 编译完成后Quartus II的界面

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山东科技大学学士学位论文 整体编译结果与分析

此界面左上角为工程管理界面，显示了工程的层次结构和其中结构模块耗用的逻辑宏单元；此栏下面是编译处理流程，包括数据网表建立、逻辑综合、适配、配置文件装配和时序分析；右栏是编译报告项目选项菜单，单击其中各项可以详细了解编译与分析结果；最下栏是编译处理信息。

如果工程中的文件有错误，错误提示将在processing栏里显示，只要双击错误提示，就可以在对应的Verilog HDL文件中看到错误，修改至完全正确即可。

5.2 程序的下载调试

选择下载FPGA芯片为EP2C5T144C8，在菜单中选择Pins项设定引脚，在弹出的窗口中设置好各个输入输出端与硬件相对应的引脚，如图5.2，并编译通过。

将FPGA的下载数据线一端连接FPGA电路板，一端接计算机USB口，在命令栏里Programmer项，在弹出的窗口中选择Hardware Setup，确认计算机已与开发板连接好后，点击Start开始下载运行。

图5.2 输出端与FPGA对应的引脚

连接好DS18B20温度传感器电路，即可测量室内温度，实物电路图如图5.3所示。由实测知，当前室温为28℃。

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