0 导言
温度作为一种最根本的环境参数，与公民的日子有着密切联系。温度的丈量和操控在工业、农业、国防、医疗等各个领域中使用遍及。温度丈量仪是使用物质各种物理性质随温度改变的规则，把温度转化为电量并显现的一种仪器，有着广泛的适用范围。
本文使用FPGA器材与DS18B20温度传感器规划完结了一种数字温度丈量仪，用于检测室温。与其它体系相比较，此丈量仪具有结构简略、抗干扰能力强、准确性高、转化速度快、扩展性好等长处。
1 软件程序规划
依据体系的规划要求，将程序部分规划分为5个模块，包含分频模块、DS18B20通讯模块、操控模块、数制转化模块、显现模块，如图1所示。使用VHDL言语在QuartusII开发平台上完结程序规划。
1．1 分频模块
分频模块是FPGA规划项目中的根本模块之一。针对50MHz的时钟频率进行分频发生1MHz频率信号，分频模块如图2所示。
体系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。分频模块仿真成果如图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通讯模块
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]为测验时的指示端口，在实际操作中无需接出。
DS18B20选用一根I／O总线读写数据，因而它对读写数据位有严厉的时序要求，如图5所示。
从分频模块的clk_1m输出1MHz到通讯模块的clock作为时钟信号；依据DS18B20所遵从的初始化时序、读时序、写时序等通讯协议将程序完结；将获取的12位的温度信号传送给下一个模块。
1．3 操控模块
经过操控模块，将从DS18B20读取的二进制温度信息传给数制转化模块，如图6所示。
程序中设定了三个状况(铲除clear、使能enable、显现display)，当ena为‘1’时，状况从显现转到铲除；ena为‘0’时，状况一向为显现，把输入数据win[11．．1]从输出端口wout[11．．1]输出到下一模块，之间的转化联系如图7所示。
操控模块仿真成果如图8所示。
图8中，clock输入为1 MHz信号，经过500分频后，得到频率为1kHz的信号clk lk，此刻累加器cnt0为‘0’。当cnt0为‘1’时，体系状况由本来的铲除状况转变为使能状况，此刻enb为‘1’，cnt0进行累加；当cnt0=‘1’时，体系状况从使能状况转变到显现状况，体系就把win[11．．1]输入的数据经过wout[11．．1]输出到下一模块。
1．4 数制转化模块
使用数制转化模块将输入的11位二进制的温度数据转化为3位十进制标明，如图9所示。
图9中，clear为清零输入端口，enable为使能输入端口，indata[11．．1]为数据输入端口，b1『3．．0]、b2[3．．0]、b3[3．．0]为三个输出端口。假如clear输入信号为‘1’时，程序将铲除暂存寄存器中数据；反之则不铲除。enable输入信号呈现上升沿时，程序开端进行数制转化，并经过b1[3．．0]、b2[3．．0]、b3[3．．0]端口将得到的十进制数输出到相应的显现模块中。数制转化模块仿真见图10。
由图10知，输入数据为“010011 10000”，clear端为低电平，当enable信号有上升沿时，数据开端转化。转化后数据为b1=0、b2=9、b3=3，契合规划值。
1．5 显现模块
从数制转化模块输出的十进制数接入到显现模块中，将其译码为七段值，输出到共阴数码管上显现，模块如图11所示。
由图12可知，当输入为0时，输出为“1111110”；当输入为1时，输出为“0000110”；当输入为2时，输出为“1101101”；当输入为3时，输出为“1111001”等，在七段数码管上正好显现相同数字，标明所编写的程序正确。
1．6 全体电路框图
全体电路图如图13所示。
输入50MHz信号接入分频模块的clock端口，经过分频后的信号输入到DS18B20通讯和数制转化模块的clock端，作为模块的时钟信号。DS 18B20将测得的温度数据传给操控模块的win[11．．1]，经过数制转化模块将数据转化为3位十进制标明，最终使用显现模块译码后由共阴数码管显现。
2 硬件电路规划
规划选用FPGA器材和DS18B20完结温度丈量仪，FPGA电路板主要由FPGA器材、时钟电路、下载电路、电源电路、显现电路、指示灯和按键等构成。中心芯片选用ALTERA公司出产的CycloneII系列EP2C5T144C8芯片。在规划温度传感器部分时，因为DS18B20进行准确转化时需求I／O引脚坚持大电流供电，这样对FPGA芯片引脚形成很大压力，所以要使DS18B20的VDD引脚接外部电源。电路框图如图14所示。
3 下载调试
挑选下载FPGA芯片为EP2C5T144C8，在菜单中挑选Pins项设定引脚，在弹出的窗口中设置好各个输入输出端与硬件相对应的引脚，并编译经过。
将FPGA的下载数据线一端衔接FPGA电路板，一端接计算机USB口，在指令栏里Programmer项，在弹出的窗口中挑选Hardware Setup，承认计算机已与DE2板衔接好后，点击Start开端下载运转。
衔接好DS18B20温度传感器电路，即可丈量室内温度，什物电路图如图15所示。由实测知，当时室温为24．2℃。
4 结束语
本文使用FPGA与DS18B20规划并完结了一种用于检测室温的简易的数字温度丈量仪。在QuartusII开发平台上，使用VHDL言语完结软件程序规划，并完结硬件电路板规划，最终下载验证。完结的丈量仪具有结构简略、丈量准确性高、使用方便、扩展性能好的长处。
