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。
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。
温度测量方法也有很多，基本分为两大类，接触式和非接触式。
接触式测温方法包括膨胀式测温、电量式测温、接触式光电，热色测温等几类。
接触测温法在测量时需要与被测物体或介质充分接触，一般测量的是被测对象和传感器的平衡温度，测量时会对被测温度有影响。
非接触式测温方法不需要与被测对象接触，因而不会有干扰，动态特性很好，但会受到被测对象表面状态或测量介质的影响。
电量式测温方法主要利用材料的电势，电阻或其他电性能与温度的单值关系进行温度测量，包括热电偶温度测量、热电阻和热敏电阻的温度测量、集成芯片温度测量等。
随着电子技术的发展，可以将感温元件和相关电子线路集成在一个小芯片上，构成一个小型化，一体化及多功能化的专用集成电路芯片，输出信号可以是电压、频率、或总线数字信号，使用非常方便，适用于便携式设备，有着广泛的适用范围。
FPGA(Filed-Programmable Gate Array)即现场可编程逻辑门阵列，是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件基础上进一步发展的产物，它是作为专用集成电路领域中的一种半制定电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
与单片机或其他技术相比较而言,FPGA芯片内部集成了很多有用的模块，其运行速度快,编程较为简单,适用场合多,拓展性强，降低了设计难度。
DS18B20温度传感器接线方便，封装多样，具有体积小、使用方便、耐磨耐碰等优点，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域，是各种温度测量场合的首选产品。
在本文中，利用FPGA器件与DS18B20温度传感器设计实现了一种数字温度测量仪，检测室温，与其它系统相比较，此测量仪具有结构简单、抗干扰能力强、精确性高、转换速度快、扩展性好等优点。
通过本设计可以对FPGA技术加深印象,在今后的设计与开发工作中将大有用处。
1.2工作内容1.2.1技术指标和要求在本次设计中，我们需要用DS18B20测量实时温度，用四位共阳数码管来显示，要求达到以下几个要求技术指标：测量范围：15~25℃，分辨率：0.5℃，显示位数：4位显示带小数点工作要求：1.了解温度测量系统设计不同方案，确定方框图；2.掌握数字传感器及FPGA芯片功能，划出硬件原理图；3.根据模块划分设计系统软件，学习VHDL或Verilog语言，并在QuartusⅡ环境下仿真，观察正确性；4.完成电路硬件组装及调试1.2.2设计的难点重点1.软件设计部分重点是流程图的设计与各模块编程，难点在于编程的实现以及DS18B20温度传感器与FPGA芯片之间的通信；2.硬件部分要深入理解DS18B20器件，难点在于各个电路单元单路设计和各单元电路的连接；3.整个设计重点在于熟练的掌握DS18B20的工作原理和应用QuartusⅡ软件。
2系统方案设计2.1温度测量原理及方法温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量仪是利用物质各种物理性质随温度变化的规律，把温度转换为电量并显示的一种仪器，温度的测量和控制已经发展为重要的课题，在工程应用和科学研究等很多场合都十分需要，比如大型饲养场，蔬菜大棚等等。
温度的测量方法有最基本的两种，接触式和非接触式，非接触式又称为辐射测温。
大多数情况下，我们都采用接触式测量方法，利用温度传感器或相关器件，比如基于AT89C51单片机的温度测量和基于ARM 的温度测量系统等等，经过比较，决定采用FPGA技术和温度传感器DS18B20组成的系统来实现测量温度的功能。
后面将对其进行阐述。
2.2系统方案及方框图鉴于使用FPGA，开发板上没有温度传感器，所以需要添加传感器DS18B20，而DS18B20有两种传输途径，一种是无线传输，一种是有线传输。
对于无线传输，优点是测量更加灵活方便，不局限于线的长度，缺点是必须增加外部设备，增加了设计的难度，所以我们采用第二种，有线传输方式，在实现功能的同事设备简单，难度降低。
DS18B20是将采集到的无难度信号转换为9到12位的串行数据，而数码管显示是通过8位并行数据，所以需要对采集到的串行数据进行转化处理送到数码管来显示。
FPGA工作频率是1MHz，开发板上时钟信号是50MHz，所以需要通过编程来实现分频，经过考虑，画出系统方框图（图1）图2.1 系统方案设计分频：将50MHz的时钟频率进行分频产生1MHz频率信号，为FPGA 器提供正常工作频率。
温度信号采集：从外界获得温度信号，发送给FPGA控制模块；FPGA控制：根据DS18B20所遵循的初始化时序、读时序、写时序等通信协议对DS18B20传感器进行初始化和访问，将从DS18B20读取的二进制温度信息进行处理送给数码管；显示模块：从FPGA控制模块获得输出数据，将其译为七段值，在共阳数码管上显示采集到的温度信息。
2.3FPGA技术FPGA（Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列），它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
是美国Xilinx公司于1984年首先开发的一种通用型用户可编程器件。
FPGA既具有门阵列器件的高集成度和通用性，又有可编程逻辑器件用户可编程的灵活性。
它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半制定电路出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的特点。
以硬件描述语言（VHDL或Verilog）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速烧至FPGA上进行测试，是现在IC设计验证的技术主流。
这些可编程元件可以被用来实现一些基本的逻辑电路（比如AND、OR、NOT、XOR）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，这些可编程的元件里也包含记忆元件若触发器或者其他更完整的记忆块。
传统上FPGA只能实现相对较小的逻辑电路，随着工艺技术的提高，FPGA的容量和性能也不断提高，如今FPGA已经被用于实现大的逻辑电路甚至整个系统。
这些大的系统相对于传统上一直作为FPGA市场目标的小逻辑分支电路有着很大的不同。
其中一个最重要的不同就是这些大的系统中包含存储器。
所以，要有效的在FPGA中实现存储器，结构的支持至关重要。
FPGA一般来说比专用集成芯片的速度要慢，无法完成复杂设计，但是功耗低。
他们也有很多优点，比如可以快速成品，可以修改程序或者改正程序中的错误，而且造价十分便宜。
FPGA从诞生以来，经历了从配角到主角的过程，从初期开发应用到限量生产应用再到大批量生产应用的发展历程。