基于FPGA的智能溫度采集控制器

3智能溫度采集器的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境。本課題硬件設(shè)計(jì)采用XILINX公司SPARTAN-3器件開發(fā)板進(jìn)行編程驗(yàn)證，其特性如下：(1)具有二十萬門，十二個(gè)嵌入式18x18乘法器支持高性能DSP應(yīng)用，216 Kbit的塊RAM，50 MHZ內(nèi)部時(shí)鐘晶振；(2)板上2Mbit Platform Flash；(3)八個(gè)開關(guān)，四個(gè)按鈕，八個(gè)LED，四個(gè)七段顯示；(4)串口，VGA口，PS/兩個(gè)鼠標(biāo)/一個(gè)鍵盤口；(5)三組各40個(gè)引腳的擴(kuò)展連接；(6)三個(gè)強(qiáng)電流的電壓整流器(3.3V，2.5V，1.2V)；(7)配合JTAG3編程線和Xilinx的P4MultiPRO線。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)采用Verilog HDL設(shè)計(jì)語言，設(shè)計(jì)流程在Xilinx公司提供的開發(fā)工具ISE中完成，配合MODELSIM SE仿真工具。SPARTAN-3開發(fā)板上使用MAX3222電平轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換RS-232C的EIA電平+12V與TTL電平+3.3V。在本系統(tǒng)中，由于串口通訊的雙方都是自訂制的，因此本課題中的RS-232C的串行傳輸波特率選擇使用了PC機(jī)所能達(dá)到的最快傳輸速度：115200 bit/s。上位機(jī)軟件編程采用VC++ 6.0。

控制器邏輯功能流程圖。首先設(shè)計(jì)各個(gè)硬件模塊，其中主控模塊狀態(tài)機(jī)先只實(shí)現(xiàn)一些基本功能指令的流程控制，仿真測(cè)試單獨(dú)的模塊。然后連接各個(gè)模塊組成完整的硬件電路并進(jìn)行一些基本功能指令的測(cè)試。再利用串口調(diào)試助手及示波器檢驗(yàn)硬件電路對(duì)一線總線上單個(gè)DS18B20的初始化(INITAILIZATION)、發(fā)送匹配ROM命令(MATCH ROM)、發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令(CONVERT T)、發(fā)送引腳讀取命令(READ SCRATCHPAD)、發(fā)送讀時(shí)隙脈沖(READ TIMESLOTS)的操作結(jié)果。串口調(diào)試結(jié)果正確后聯(lián)合上位機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)最基本的“Read Temperature”功能。上位機(jī)調(diào)試結(jié)果正確后硬件電路繼續(xù)添加其他功能，調(diào)試“搜索ROM命令(SEARCH ROM)和讀取ROM ID命令”，在FSM中實(shí)現(xiàn)搜索算法將溫度采集擴(kuò)展至一線總線上多個(gè)DS18B20。整個(gè)系統(tǒng)邏輯框圖可見圖2。

圖2、智能溫度控制器邏輯功能流程圖