基于FPGA的数字温度测量仪设计与实现

摘要：温度测量仪是一种常用的检测仪器，文章中利用FPGA器件和DS18B20传感器设计实现了一种数字温度测量仪，用于室温的检测。该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。
关键词：温度测量；现场可编程逻辑门阵列；DS18B20；VHDL语言

0 引言
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，有着广泛的适用范围。
本文利用FPGA器件与DS18B20温度传感器设计实现了一种数字温度测量仪，用于检测室温。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。

1 软件程序设计
根据系统的设计要求，将程序部分设计分为5个模块，包括分频模块、DS18B20通信模块、控制模块、数制转换模块、显示模块，如图1所示。利用VHDL语言在QuartusII开发平台上完成程序设计。

1．1 分频模块
分频模块是FPGA设计项目中的基本模块之一。针对50MHz的时钟频率进行分频产生1MHz频率信号，分频模块如图2所示。

系统提时钟信号进入分频模块clock引脚，经过分频后得到信号从clk 1m输出。分频模块仿真结果如图3所示。
由图3可知，输入端的50MHz时钟信号被50分频后得到输出端的1MHz信号。
1．2 DS18B20通信模块
图4中时钟clock为输入端口，DS18820数据总线口dq[0．．0]为双向端口，使能端enable为输出端口，led[11．．1]为测试时的指示端口，在实际操作中无需接出。

DS18B20采用一根I／O总线读写数据，因此它对读写数据位有严格的时序要求，如图5所示。

从分频模块的clk_1m输出1MHz到通信模块的clock作为时钟信号；根据DS18B20所遵循的初始化时序、读时序、写时序等通信协议将程序完成；将获取的12位的温度信号传送给下一个模块。