數(shù)字溫度器件控制電路設(shè)計

11/15課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：工作單位： 題目:數(shù)字溫度器件控制電路設(shè)計一、初始條件計算機(jī)；OfficeWord軟件；QuartusⅡ軟件二、內(nèi)容與要求1、數(shù)量掌握QuartusⅡ軟件使用及使用VHDL語言編程。2、題目要求：查閱DALLAS公司數(shù)字溫度傳感器DS18B20的使用方法和工作時序，設(shè)計一個狀 態(tài)機(jī)，控制并處理來自DS18B20的數(shù)據(jù)，將測得的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上。3、 查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按《武漢理工大學(xué)課程設(shè)計工作規(guī)范》要求撰寫設(shè)計 報告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時間安排：1、2012年12月17日集中，作課程設(shè)計的任務(wù)布置。2、2012年12月18日至2012年12月21日，進(jìn)行課程設(shè)計，軟件編程、 仿真和調(diào)試。3、2012年12月22日，機(jī)房檢查仿真結(jié)果，驗證設(shè)計的可行性和正確性。4、2012年12月23日，熟悉實驗平臺和試驗箱。5、2012年12月24日至2012年12月26日，進(jìn)行設(shè)計的硬件調(diào)試。6、2012年12月27日至2012年12月28日，實驗室檢查設(shè)計成果，現(xiàn)場演示硬件實物，提交設(shè)計說明書及答辯。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日摘要本設(shè)計是基于FPGA和DS18B20的數(shù)字溫度器件控制電路。程序在QuartusII軟件下應(yīng)用VHDL語言和verilog語言編寫，兩者語言格式的文件互相調(diào)用。程序中主要使用了狀態(tài)機(jī)對DS18B20進(jìn)行了時序控制，通過一些命令字從DS18B20獲得溫度值。最后將數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管顯示電路進(jìn)行顯示，從而可以實時地觀察到溫度變化。關(guān)鍵字：數(shù)字溫度器件控制電路；EDA；FPGA；VHDL；QuartusII；EP1C3T144C8。1系統(tǒng)方案設(shè)計1.1設(shè)計要求查閱DALLAS公司數(shù)字溫度傳感器DS18B20的使用方法和工作時序，設(shè)計一個狀態(tài)機(jī)，控制并處理來自DS18B20的數(shù)據(jù)，將測得的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上。1.2方案選定按照題目要求最終選定方案是中使用DS18B20作為數(shù)字溫度檢測器件，選用EP1C3T144C8芯片，用FPGA生成顯示譯碼電路和DS18B20的狀態(tài)機(jī)，用數(shù)碼管作為顯示器件，最后將數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上。系統(tǒng)整體框圖如圖1.1所示。圖1.1系統(tǒng)整體框圖2單元模塊分析與設(shè)計2.1DS18B20狀態(tài)機(jī)設(shè)計DS18B20狀態(tài)機(jī)是本設(shè)計中最核心的模塊，通過狀態(tài)機(jī)可以對DS18B20數(shù)字溫度計進(jìn)行讀寫操作，獲得溫度數(shù)據(jù)，所以設(shè)計出良好的狀態(tài)機(jī)對于本課設(shè)具有重要意義。根據(jù)題目要求，設(shè)計的DS18B20狀態(tài)機(jī)模塊如圖2.1.1所示。圖2.1.1DS18B20狀態(tài)機(jī)模塊從圖中可以看到DS18B20狀態(tài)機(jī)模塊有一個時鐘輸入引腳clk，復(fù)位引腳ret_n，雙向單線引腳own_wire和溫度數(shù)據(jù)輸出總線temperature，與外部連接簡單合理。狀態(tài)機(jī)的設(shè)計主要是參考DS18B20的工作時序和控制命令字要求，通過查閱資料，DS18B20的一般控制操作流程如圖2.1.2所示。圖2.1.2DS18B20控制流程圖參考上圖，使用硬件描述語言進(jìn)行狀態(tài)機(jī)編寫，由于自己以前已經(jīng)使用verilog寫過DS18B20的狀態(tài)機(jī)程序，而且因為此狀態(tài)機(jī)比較復(fù)雜，故為減少重復(fù)工作，此處選擇了verilog語言編寫狀態(tài)機(jī)。狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)數(shù)是由狀態(tài)個數(shù)的需要而定，其中DEAD和WRITE的狀態(tài)操作是需要重復(fù)進(jìn)行的，因為在程序中有很多數(shù)據(jù)要寫入和讀出。另外，狀態(tài)機(jī)中有子狀態(tài)機(jī)，step為其子狀態(tài)，以實現(xiàn)嵌套循環(huán)。編寫完程序后進(jìn)行RTL仿真，可以看到狀態(tài)機(jī)的視圖，但是因為此狀態(tài)機(jī)過多無法看到狀態(tài)機(jī)內(nèi)部狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。狀態(tài)機(jī)視圖如圖2.1.3所示。圖2.1.3狀態(tài)機(jī)視圖2.2顯示譯碼電路設(shè)計顯示譯碼電路是用來將狀態(tài)機(jī)從DS18B20獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼后送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示，主要由分頻器、計數(shù)器、分頻器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成，由于試驗箱上已經(jīng)有三八譯碼器，故在FPGA中不需要設(shè)計譯碼器。而分頻器實際上也是計數(shù)器，當(dāng)數(shù)據(jù)計數(shù)到一定值的時候翻轉(zhuǎn)輸出信號即可實現(xiàn)分頻功能。將計數(shù)器的輸出送到譯碼器的輸入即可實現(xiàn)動態(tài)掃描，然后再通過一定的數(shù)據(jù)選擇電路，最后就可以實現(xiàn)顯示譯碼電路。此處使用VHDL語言編寫程序可以簡單地實現(xiàn)顯示譯碼模塊。編寫完程序后觀察RTL視圖，可以清楚的看到顯示譯碼模塊的結(jié)構(gòu)。如圖2.2.1所示。圖2.2.1顯示譯碼模塊從上圖可以知道顯示譯碼模塊有一個時鐘輸入引腳i_CLK，復(fù)位引腳i_RST_N，熄滅位總線i_Turn_Off，小數(shù)點選擇總線i_DP，段選碼輸出總線o_SEG和位選碼輸出總線o_SEL。其中熄滅位用來選擇哪個數(shù)碼管不亮，小數(shù)點選擇總線用來選擇哪個數(shù)碼管顯示小數(shù)點，段選碼輸出總線用來輸出段選碼，位選碼輸出總線連接到三八譯碼器輸入。通過觀察此模塊RTL視圖，可是看到此模塊內(nèi)部主要是一些數(shù)據(jù)選擇器，加法器和觸發(fā)器，結(jié)構(gòu)簡單，RTL視圖如圖2.2.2所示。圖2.2.2顯示譯碼模塊RTL視圖3整體功能實現(xiàn)3.1軟件程序整體實現(xiàn)根據(jù)結(jié)構(gòu)框圖和之前的模塊程序在頂層文件中進(jìn)行元件例化，并綜合編寫出頂層程序，最后將程序調(diào)試編譯和仿真，完成軟件調(diào)試。在計算機(jī)上可以看到系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖3.1.1所示。圖3.3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖從上圖可以清楚地看出整個系統(tǒng)的構(gòu)成，上圖和系統(tǒng)框圖很類型，從而可以簡單地判斷設(shè)計整體上是符合系統(tǒng)要求的。3.2硬件整體實現(xiàn) 將程序下載到試驗箱，數(shù)碼管上可以正常顯示數(shù)字，用手握DS18B20，可以看到數(shù)字逐漸上升，并接近手的溫度，從而可以判斷硬件整體上也能夠?qū)崿F(xiàn)。實驗效果圖如圖3.3.2所示。圖3.3.2實驗效果圖從圖中可以清楚地看到數(shù)碼管顯示為21.1攝氏度，數(shù)碼管上顯示的“0”代表溫度為正，與當(dāng)前實驗室溫度大致相符，從而課設(shè)要求完整完成。6實驗小結(jié)通過這次EDA課程設(shè)計，我對課堂上所學(xué)到的理論知識的理解加深了許多，自己動腦、動手設(shè)計的能力也得到了較大提高。在軟件的調(diào)試過程中遇到了很多的問題，但是經(jīng)過不斷地查閱課本及課外資料，最后將問題都一一解決，這個過程雖然比較累，但是當(dāng)我看到實驗逐漸進(jìn)步時，動力也逐漸增加，最后課設(shè)終于圓滿地完成，喜悅之情也激起了我更強烈的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)欲望。參考文獻(xiàn)[1]潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)與VHDL.清華大學(xué)出版社,2009.9[2]徐守堂，劉艷惠，李娜，孔旭梅.EDA技術(shù)教程.西北師范大學(xué)知行學(xué)院—計算機(jī)與電子信科學(xué)系[3]潭會生，張昌凡.EDA技術(shù)及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社,2001.9[4]李洋.EDA技術(shù)使用教程.機(jī)械工業(yè)出版社,2002.3[5]趙剛.EDA技術(shù)簡明教程.成都：四川大學(xué)出版社，2004.6

本科生課程設(shè)計成績評定表姓名徐元春性別男專