基于FPGA的數字溫度測量儀設計與實現

摘要：溫度測量儀是一種常用的檢測儀器，文章中利用FPGA器件和DS18B20傳感器設計實現了一種數字溫度測量儀，用于室溫的檢測。該測量儀具有結構簡單、抗干擾能力強、精確性高、轉換速度快、擴展性好等優點。
關鍵詞：溫度測量；現場可編程邏輯門陣列；DS18B20；VHDL語言

0 引言
溫度作為一種最基本的環境參數，與人民的生活有著密切關系。溫度的測量和控制在工業、農業、國防、醫療等各個領域中應用普遍。溫度測量儀是利用物質各種物理性質隨溫度變化的規律，把溫度轉換為電量并顯示的一種儀器，有著廣泛的適用范圍。
本文利用FPGA器件與DS18B20溫度傳感器設計實現了一種數字溫度測量儀，用于檢測室溫。與其它系統相比較，此測量儀具有結構簡單、抗干擾能力強、精確性高、轉換速度快、擴展性好等優點。

1 軟件程序設計
根據系統的設計要求，將程序部分設計分為5個模塊，包括分頻模塊、DS18B20通信模塊、控制模塊、數制轉換模塊、顯示模塊，如圖1所示。利用VHDL語言在QuartusII開發平臺上完成程序設計。

1．1 分頻模塊
分頻模塊是FPGA設計項目中的基本模塊之一。針對50MHz的時鐘頻率進行分頻產生1MHz頻率信號，分頻模塊如圖2所示。

系統提時鐘信號進入分頻模塊clock引腳，經過分頻后得到信號從clk 1m輸出。分頻模塊仿真結果如圖3所示。
由圖3可知，輸入端的50MHz時鐘信號被50分頻后得到輸出端的1MHz信號。
1．2 DS18B20通信模塊
圖4中時鐘clock為輸入端口，DS18820數據總線口dq[0．．0]為雙向端口，使能端enable為輸出端口，led[11．．1]為測試時的指示端口，在實際操作中無需接出。

DS18B20采用一根I／O總線讀寫數據，因此它對讀寫數據位有嚴格的時序要求，如圖5所示。

從分頻模塊的clk_1m輸出1MHz到通信模塊的clock作為時鐘信號；根據DS18B20所遵循的初始化時序、讀時序、寫時序等通信協議將程序完成；將獲取的12位的溫度信號傳送給下一個模塊。