山东科技大学学士学位论文 绪论
PAL等可编程器件为基础发展起来的一种高密度可编程逻辑器件，作为一种半定制电路，FPGA弥补了定制电路的不足之处，并且在结构上能够实现复杂系统所需要的主要功能，此外，使用FPGA设计产品也非常便利。首先用硬件描述语言设计电路，然后经过布局仿真验证实验结果，最后烧入到FPGA中进行现场测试。因此，用FPGA设计能解决传统设计中遇到的一些不可避免的难题。利用FPGA设计产品能够有效避免很多前期的风险投资，并且在软件阶段就可以准确评估出设计的正确性，从而极大的提高产品开发效率。
综上所述，FPGA是原型设计最理想的载体。本次课题使用FPGA设计数字温度计是一种新颖的设计方法，它能解决使用单片机这种传统设计方法所带来的能源供需以及电路复杂等问题，同时，对温度测量的发展前景有着极其重要的现实研究意义。
1.2课题相关技术的发展
当今电子产品正向功能多元化,体积最小化,功耗最低化的方向发展。它与传统的电子产品在设计上的显著区别是大量使用大规模可编程逻辑器件，使产品的性能提高，体积缩小，功耗降低。同时，广泛运用现代计算机技术，提高产品的自动化程度和竞争力，缩短研发周期。EDA技术正是为了适应现代电子技术的要求，吸收众多学科最新科技成果而形成的一门新技术。
美国ALTERA公司的可编程逻辑器件采用全新的结构和先进的技术，加上QUARTUSⅡ开发环境，更具有高性能，开发周期短等特点，十分方便进行电子产品的开发和设计[1]。
EDA技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式
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设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译，逻辑化简，逻辑分割，逻辑映射，
编程下载等工作。最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术[2]。
新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对温度计的要求也越来越高，不管在哪里，人们都想知道此刻的温度和天气状况等一些信息，传统的温度计由于它的局限性以及不方便性，已不能满足人们的需求。温度计等待一次革命，不管在性能还是在样式上它都将发生质的变化，于是数字温度计的时代悄然来临。
1.3课题的主要研究内容
首先在深入研究了数字温度计的总体原理后，分析其系统的组成，做出了该系统相应的整体框架，然后利用QUARTUSⅡ软件进行开发，用Verilog HDL语言描述其数据采集模块、数据处理模块、BCD译码模块、动态扫描模块等各功能模块的设计，并利用图形编辑实现各模块的顶层连接。最后将程序下载到FPGA芯片上，通过数码显示管显示出预期的测量效果。
1.4论文结构安排
本论文各部分内容如下：
第一部分对课题的背景及意义进行研究，了解课题相关技术的发展，最后概述了该课题的主要内容和研究方法。
第二部分通过与单片机设计方案进行比较，得到用FPGA设计本课题更加合理的结论，再将AD590与DS18B20温度传感器进行简单比较后，得出用DS18B20更具有优越性，最后介绍本课题最重要的工具Quartus II。
第三部分为系统的硬件设计部分，详细介绍了温度采集模块，数据处理模块，数码显示模块所用得到硬件资源，并介绍了其在设计中的功能。
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山东科技大学学士学位论文 绪论
第四部分为系统软件设计部分，将整个课题按性质分为各个小模块，用 Verilog HDL语言进行设计。
第五部分为整个设计的总体编译、结果与分析。 最后对整个课题进行总结，研究其不足之处。
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山东科技大学学士学位论文 总体方案的论证
2 总体方案的论证
2.1 方案的选择
2.1.1 总体方案比较
过去数字温度计普遍采用单片机来实现，不过随着可编程逻辑控制器件的不断发展，控制器部分也开始频繁使用可编程逻辑器件来实现功能。下面分别提供了单片机和FPGA作为控制器的方案，最后进行比较选择。
方案一：此方案是基于单片机设计数字温度计，使用的是AT89C51单片机处理各个单元电路的工作。本方案采用的是AD590温度传感器，首先通过温度系统采集相关温度数据，然后经过A/D转换器进行转换，将模拟信号转换成数字信号，并将转换后的数字信号直接送给单片机，再由单片机控制显示。其框图如图2.1所示。
图2.1 基于单片机的数字温度计系统框图
方案二：此方案以FPGA作为核心控制设备，利用高精度的数字温度传感器DS18B20进行温度采集，将采集到的温度直接以数字信号提供给FPGA控制器，不需要经过A/D转换，采集到的温度可以通过数码管显示。其框图如图2.2所示。
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山东科技大学学士学位论文 总体方案的论证
图2.2 基于FPGA的数字温度计系统框图
2.1.2 温度传感器的选择
温度传感器的主要作用是感受温度并将感受到的温度转化成可用输出信号，它是温度测量仪器的核心部分。随着技术的不断发展，温度传感器的品种繁多，下面分别提供了AD590和DS18B20传感器的特性，最后进行比较选择。
方案一：采用AD590温度传感器
AD590是AD公司制成的电流输出型两端温度传感器，其正向电流与温度成比例。在4V到30V电压之间，此器件相当于一个高阻抗的恒流源。AD590具有精度高、线性好等特点，另外它还可以承受4V正向电压和20V反向电压，所以当器件反接时不会被损坏。但是它也有一些自身的缺点，例如需要模拟转数字电路、成本高、测量点数量少、电路繁多以及对线阻有要求等。
方案二：采用DS18B20温度传感器
DS18B20是DALLAS公司生产的单总线器件，它具有线路简单、体积小等特点，因此多个DS18B20可以并联在2根或3根线上，只需要一根端口线就可以和很多DS18B20进行通信。DS18B20不需要模拟转数字电路，只需要一个元件即可测温，此器件还具有成本低、精确度高、信号线距离
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