数字热本与变用
基于NiosII的 SOPC
嵌入式高精度温度测量仪设计
杨秀增
(广西民族师范学院物理与电子工程系广西崇左532200)
设计开发
摘要：针对传统8住温度测试仪测量精度低的缺点，利用FPGA设计基于NiosII的SOPC资入式高精度温度测量仪，采用了“NiosII+DS18B20" SOPC嵌入式设计结构。测试结果表明：本设计结构在抗平扰能力、测量精确和扩展性等方面具有较好的优势，有一定的实用价值。
关键调：高精度温度测量仪可端程逻辑门列降SOPCNiosll 中图分类号：TH85
文章编号：1007-9416(2012)11-0179-02
文献标识码：A
1、引言
温度是人类生存和生产重要的环境因素，温度测量是现代控制系统的一个重要内容。因此，准确地对温度进行测量，在现代生活和生产过程中，显得尤其重要。目前大多数的温度测量系统，采用8 位的单片机进行设计，由于受到单片机的位数的限制，温度测量精度不高，很难满足对温度要求较高的场合。
针对以上情况，本文利用32位软核CPU和SOPC嵌入式技术在 FPGA上设计一款高精度温度测量系统。测试结果表明：本测量仪在设计结构、抗干扰能力、测量精确图、测量速度和扩展性方面具有较好的优势。
2、本系统整体硬件设计框图
图1，为本设计的整体的硬件设计框图，本设计采用了基于 NioslI的SOPC嵌人式设计方案，本设计的绝大部分电路在一片可编程逻辑门列阵(FPGA)上实现，包括NiosII处理器、Avalon 数总线，JTAG控制器，EPCS控制，SDRAM控制器、LCD1602 控制器，DS18B20读写接口电路。这些电路模块通过Avalon总线相连。
FPGA
SDRAM
Niosll 处理器
PC凯
EPCS 配制蕊片
JTAG UART
EPCS 控制器
FPGA
valon 总
控制器 1602LCD 控制器 DS18B20 读写接口
SDRAM 存储器
LCD显示 DS18B20度传移器
图1本系统整体硬件设计框图
由于温度传感器DS18B20不能单独工作，它要与一个CPU的配合使用，在本设计中，采用了32位的软核NioslI处理器，NiosII是由 Altera公司推出32位RISC软核CPU，在可编程片上系统(SOPC)中得到了广泛地应用。SDRAM控制器起到控制SDRAM芯片作用，用于存放NiosI软核CPU运行时的程序和在运行时所产生的重要的数据。JTAGUART控制器通过JTAG线与上位PC机相连，实现程序的下载和在线调试功能。EPSC控制器及其外围的EPSC存储芯片，构成一个串行的电可擦除的存储系统，主要用于存储FPGA配制文件与NiosII软核CPU执行程序代码，1602LCD控制器及其外围1602液品显示屏，构成字符显示设备，用于显示当前测得的温度值。在发开过程中，由于SOPCBuilder开发工具包中没有现成的
DS18B20读写控制IP核，因此，在设计过程中，设计者通过自定义用户逻辑单元的方法，自定义DS18B20读写接口，并把这个DS18B20 读写接口添加到SOPC硬件系统，以便顺利地完成对外围的温度传感器BS18B20进行读写操作。
3、温度传感器DS18B20简介
DS18B20是Dallas公司生产的新一代智能化数字式温度传感器[1-4,采用了单总线通信方式，其直接与微处理器的某一个1/O口相连，并能实现双向通信。DS18B20的工作电压使用范围宽(3.0~5. 5V)，可以采用外部供电方式，也可以采用寄生电源方式，即当总线 DQ为高电平时，窃取信号能量给DS18B20供电(5),DS18B20的湿度测量范围，为一50至125C，分辨率为9至12位，并可编程可设，当分辨率设为12位时，DS18B20的温度分辨率能达0.0625C，从而保证温度系统的高精度，因此，DS18B20被广泛地应用于工业，农业、航天航空等领域中的对温度要求较高的场合。
3.1基于DS18B20的单线通信协议
DS18B20温度传感器，是采用单线通信协议与控制器进行数据交换。DS18B20时序由复位时序、写时序和读时序三个基本组成。复位时序是DS18B20湿度传感器的最基本的一个时序，在 DS18B20与控制器交换数据之前，必需要进行一次复位操作。这个时序的具体的实现过程为：首先由CPU向DS18B20湿度传感器发出一个宽度不小于480μs低电平，然后CPU释放总线，等待 15-60μs之后，CPU检测由DS18B20发回的复位操作成功信号，如果收到大约60-240μs低电平信号时，则DS18B20的复位操作
开始 4
初始化DS18B20
监到应答信号启动DS18B20 进行温度转换
转换完放
4 Y
读取DS18B20的
温实单进行点运算和显示部度值
图2软件流程图
作者简介；杨秀增(1974-），男湖南怀化人，研究生学历，硕士，讲师，研究方向：嵌入式系统设计与应用。基金资助：广西民族师范学院科研资助项目（项目编号：2012RCGG008）
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