基于FPGA的温度数据实时采集系统摘要:运用传感器技术,实时地对一定环境中的温度数据进行采集,并通过FPGA进行实时处理并显示。系统采用模块化设计,通过固化在模块内部的程序,自动对外界温度进行采集和控制,并通过数码管实时显示。经测试,系统运行稳定,维护简便,参数误差为0.2%,非常适用于多路及多点温度实时采集。关键词:FPGA温度数据采集中图分类号:文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)01-0000-001前言温度是现代生活及生产中常见的参数,在工业生产、科研及医疗等需要严格进行温度控制的行业中,需要对温度进行实时监控和处理,就需要精度和自动化水平高、应用范围广的温度采集系统。FPGA器件高速度、高集成、低功耗、体积小,FPGA器件的出现使得数字电路的设计周期和难度都大大减小,在数字电路的设计中得到广泛的应用。本设计采用能适应恶劣环境的数字化温度传感器DS18B20,采用FPGA芯片作数据处理,实现环境温度实时采集及显示。2系统工作原理系统工作原理框图如图1所示,主要由温度采集电路、温度数据接收模块、温度数据处理模块、温度显示模块、LED电路组成。温度采集电路中温度传感器为数字温度传感器DS18B20,通过传感器实现对外界环境温度的采集,FPGA将在60个计数周期内将控制信号传送至温度传感器中,使温度传感器将温度信号送出。通过FPGA编程实现实时采集温度传感器的温度数据,并实时处理采集到的数据,并将其转换为BCD码通过数码管显示出当前的温度。3温度数据接收模块温度数据接收模块与DS18B20温度传感器直接相连,用来控制DS18B20的操作,并获取数字温度值。本设计只用于测量正常环境温度,因此知道100℃以下的温度即可。在读取数据时,只用取DS18B20传感器的低12位数据。模块电路原理图如图2所示,其中CLK输入为系统时钟信号20MHz分频得到的1MHz同步信号;DS18B20为与传感器相连接的双向端口,temp[11..0]为12位数字温度值输出。Temperature0模块的功能是向DS18B20输出控制命令,并将DS18B20测得的数字温度信号输出。其中,d端口向DS18B20输出控制信号;cont为三态门的使能信号,当d向dq端口输出控制命令时,cont=1,而当dq向FPGA返回信号时,cont=0,为高阻态,而dq端口全程记录DS18B20的状态,向FPGA返回测量温度值时,temperature0通过此端口将数字值存储输出。4温度数据处理模块温度数据处理模块如图3所示,为将12位二进制温度信号数值转换为3个用BCD码表示的十进制数。通过十位(shi[3..0])、个位(ge[3..0])和小数位(fen[3..0])三个端口输出。该模块的作用是将输入的12位二进制温度数据,转换成3组二进制BCD码,每一组BCD码分别对应代表十位,个位,十分位十进制数。预先将0.0至99.9之间的所有温度值以0.1摄氏度为步进都在程序CASE语句中列出,相当于预先在程序中设置一个查找表,这样对于输入的100摄氏度以内的任意温度值都能找到与之对应的BCD码。由于设计中所需要的温度范围不大,并且在程序设计上相对简单,且程序在运行过程中稳定可靠,易于人工对照和查询。温度数据处理模块tempture1的部分VHDL代码片段如下:casetin(11downto4)iswhen"00010111"=>tout(11downto4)<="00100011";when"00011001"=>tout(11downto4)<="00100101";endcase;这部分代码的作用将输入的12位温度信号中的高8位二进制整数部分代码转换为2组4位BCD码。如代码中所示,输入二进制码为“00011001”,代表十进制数为“25”,输出BCD码为“00100101”对应的十进制数为“2”和“5”。casetin(3downto0)iswhen"1100"=>tout(3downto0)<="0111";when"1101"=>tout(3downto0)<="1000";endcase;这部分代码的作用将低4位二进制数小数部分代码转换为4位BCD码。如代码所示,输入二进制码为“1101”,代表十进制数小数为“0.8125”,若只取一位小数位,则取“8”,其BCD码即“1000”。对数据处理模块tempture1进行仿真测试。预设置输入温度二进制代码为“000110101110”,其对应十进制数应为“26.8”。5温度显示模块本设计中采用LED数码管动态显示温度的百位、十位、个位、十分位。温度显示模块如图4所示,tempture2模块其内部由片选模块、译码转换模块和计数器模块组成,其中片选模块由一个二进制计数器和一个四选一电路组成。系统工作时,cout4计数器...