1—wire數(shù)字溫度的測(cè)量及l(fā)cd顯示,課程設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、引言.......................................................................................... 2</p><p>　　2、方案設(shè)計(jì)及工作原理 ...............................

2、............................. 2</p><p>　　2.1 方案設(shè)計(jì)及論證 ............................................................. 2</p><p>　　2.2 工作原理 .....................................................

3、.................... 3</p><p>　　2.2.1DS18B20工作原理................................................... 3</p><p>　　2.2.2 LCD工作原理 ....................................................... 5<

4、;/p><p>　　3、各功能模塊設(shè)計(jì)和仿真.......................................................... 8</p><p>　　3.1 DS18B20溫度傳感器電路 ............................................. 8</p><p>　　3.2時(shí)鐘及顯示控制

5、電路........................................................ 11</p><p>　　3.3LCD顯示的實(shí)現(xiàn)電路........................................................ 12</p><p>　　4、結(jié)果分析和調(diào)試..........................

6、............................................ 13</p><p>　　5、體會(huì).......................................................................................... 14</p><p>　　6、參考文獻(xiàn)..................

7、................................................................ 14</p><p>　　7、附錄........................................................................................... 15</p><p>　　7.1

8、仿真圖................................................................................. 15</p><p>　　7.2實(shí)物圖................................................................................. 16</p>&l

9、t;p>　　7.3 DS18B20控制程序及LED數(shù)碼管顯示程序代碼........... 16</p><p>　　7.4時(shí)鐘控制程序...................................................................... 21</p><p>　　7.5 LCD顯示驅(qū)動(dòng)程序 .....................

10、...................................... 23</p><p>　　1—Wire數(shù)字溫度的測(cè)量及LCD顯示</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　根據(jù)我們所學(xué)過(guò)的電子技術(shù)、EDA術(shù)、電子測(cè)量和計(jì)算機(jī)技術(shù)等知識(shí)設(shè)計(jì)具有一定功能和規(guī)模的數(shù)字信號(hào)處理、電子設(shè)備系統(tǒng)項(xiàng)目。完成該項(xiàng)目的方

11、案設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試。主要是利用EDA/SOPC實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)DS18B20測(cè)量LCD顯示和其它控制系統(tǒng)，并進(jìn)行演示。</p><p>　　關(guān)鍵詞：EDA，溫度傳感器，ds18b20，時(shí)序，lcd1602</p><p><b>　　一、引言：</b></p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高, EDA技術(shù)

12、無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從EDA技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。</p><p>　　本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，該設(shè)計(jì)控制器使用EDA技術(shù)，測(cè)溫傳感器使用DS18B20

13、，用LCD實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。</p><p>　　隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，EDA技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本文將介紹一種基于EDA技術(shù)的數(shù)字溫度計(jì)，本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。二、方案設(shè)計(jì)及工作原理：</p><p><b>　　1、方案設(shè)計(jì)論證：</b>

14、;</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　用溫度傳感器測(cè)量溫度，使用51單片機(jī)作為主芯片控制及顯示。在電路設(shè)計(jì)中，溫度測(cè)量大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使用89C51單片機(jī)處理傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行控制及顯示，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。</p>

15、;<p><b>　　方案二:</b></p><p>　　基于FPGA溫度測(cè)量及顯示，使用EP1C12實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板以實(shí)現(xiàn)所要求的溫度測(cè)量及顯示功能。EP1C12實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，其EDA開(kāi)發(fā)平臺(tái)上自帶DS18B20溫度傳感器和LCD1602顯示和LED數(shù)碼管顯示，使用QuartusII軟件和VHDL語(yǔ)言編程即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所要求功能。</p><p>　　從以上兩

16、種方案，很容易看出，采用方案二，電路在開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。</p><p><b>　　2、工作原理：</b></p><p>　　1、DS18B20工作原理</p><p>　　DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直

17、接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見(jiàn)下圖，其引腳功能描述見(jiàn)表1。</p><p><b>　?。ǖ滓晥D）</b></p><p>　　圖1 DS18B20</p><p>　　表1　DS18B20詳細(xì)引腳功能描述</p><p>

18、　　DS18B20采用3腳PR－35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。 </p><p>　　圖2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　64位ROM的結(jié)構(gòu)開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，

19、可通過(guò)軟件寫(xiě)入戶報(bào)警上下限。</p><p>　　DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫

20、度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3所示。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率。</p><p>　　圖3 　DS18B20字節(jié)定義</p><p>　　由表1可見(jiàn)，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在

21、實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。</p><p>　　表1 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表</p><p>　　高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。</p><p>　　當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展

22、的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625℃／LSB形式表示。</p><p>　　當(dāng)符號(hào)位Ｓ＝0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位Ｓ＝1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表2是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。</p><p>　

23、　DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較。若Ｔ＞TH或T＜TL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。</p><p>　　在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)

24、是否正確。</p><p>　　DS18B20的測(cè)溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將

25、－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。</p><p>　　減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)

26、值就是所測(cè)溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度寄存器值大致被測(cè)溫度值。</p><p>　　另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。</p><p><

27、;b>　　2、LCD工作原理</b></p><p>　　LCD 顯示模塊是一種既簡(jiǎn)便又省電的方法。文字型 LCD 顯示模塊已被廣泛的應(yīng)用于事務(wù)機(jī)、電子儀表及相關(guān)高級(jí)產(chǎn)品上。常見(jiàn)文字型LCD 模塊有16字x1行、16字x2行、20字x1行、20字x2行、20字x4行等多種規(guī)格可供選擇。</p><p>　　EDA開(kāi)發(fā)平臺(tái)配置了文字型 LCD 模塊，其內(nèi)部是由 LCD 顯示

28、器、LCD 驅(qū)動(dòng)器、LCD 控制器三部份所組成如圖4所示 。目前市售 LCD 模塊其控制方法均相同，LCD 模塊內(nèi)部所使用的LCD控制器均與HITACHI的HD44780兼容，此背光 LCD 模塊具有16根腳位 ( 不含背光 )。不同廠牌的模塊模塊亦可互換，其應(yīng)用方式亦均相同。具體的參數(shù)請(qǐng)參照此液晶的數(shù)據(jù)手冊(cè)。 </p><p>　　LCD文字型模塊，每個(gè)字符可顯示 5 * 7 或 5 * 10點(diǎn)字圖形，包含標(biāo)準(zhǔn)

29、之 ASCII 碼 ( 含大小寫(xiě)英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字及特殊符號(hào)等 )。 </p><p>　　一、LCD 控制指令及功能：</p><p>　　1. 清除顯示( Clear Display )： 將ASCII碼20H填入DDRAM，并設(shè)定地址計(jì)數(shù)AC=0，由標(biāo)將回至地址00H。</p><p>　　2. 游標(biāo)歸位( Returm Home )： 設(shè)定由標(biāo)地址回歸至0

30、0h，但不清除DDRAM的內(nèi)容。AC設(shè)為0。</p><p>　　3. 進(jìn)入模式( Entry Mode )： </p><p>　　設(shè)定輸入一個(gè)字符后，光標(biāo)予顯示字符的位移方向。 </p><p>　　I/D=0，游標(biāo)向左移，AC減1； </p><p>　　I/D=1，游標(biāo)向右移，AC加1； </p><p>　　

31、SH=0，顯示字符不移動(dòng)； </p><p>　　SH=1，I/D=0，顯示字符向左移； </p><p>　　SH=1，I/D=1，顯示字符向右移；</p><p>　　4. 顯示開(kāi)關(guān)控制( Display on/off Control ) 設(shè)定顯示器、光標(biāo)及是否閃爍光標(biāo)控制</p><p>　　D=0，顯示器關(guān)閉；D=1，顯示器開(kāi)啟<

32、;/p><p>　　C=0，光標(biāo)不顯示；D=1，光標(biāo)顯示</p><p>　　B=0，游標(biāo)不閃爍；D=1，游標(biāo)閃爍</p><p>　　5. 光標(biāo)及顯示器移動(dòng)( Cursor or Display Shift ) </p><p>　　設(shè)定光標(biāo)或顯示器移動(dòng)方向(DDRAM內(nèi)容不變) </p><p>　　S/C=0，字符不

33、移動(dòng)； </p><p>　　R/L=0，游標(biāo)向左移； </p><p>　　R/L=1，游標(biāo)向右移； </p><p>　　S/C=1，R/L=0，字符及光標(biāo)向左移；</p><p>　　S/C=1，R/L=1，字符及光標(biāo)向右移</p><p>　　6. 功能設(shè)定( Function Set ) </p>

34、<p>　　設(shè)定接口位長(zhǎng)度(DL)、顯示列數(shù)(N)與顯示字符類(lèi)型(F)功能。</p><p>　　DL=0，接口位長(zhǎng)度8位；DL=1，接口位長(zhǎng)度4位； </p><p>　　N=0，只顯示一列字符；N=1，可顯示兩列字符； </p><p>　　F=0，顯示5x8字型；F=1，顯示5x11字型；</p><p>　　7. 設(shè)定C

35、GRAM地址( Set CGRAM Address ) </p><p>　　設(shè)定CGRAM的地址計(jì)數(shù)器AC</p><p>　　8. 設(shè)定DDRAM地址( Set DDRAM Address ) </p><p>　　設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器AC</p><p>　　9. 讀取忙碌旗號(hào)及地址( Read Busy and Address

36、) </p><p>　　設(shè)定從CGRAM或DDRAM地址讀取忙碌旗號(hào)(BF,Busy Flag)及地址計(jì)數(shù)器AC的數(shù)據(jù)。</p><p>　　10.內(nèi)存數(shù)據(jù)寫(xiě)入( Write Data to RAM ) </p><p>　　將D0-D7的數(shù)據(jù)寫(xiě)入CGRAM或DDRAM內(nèi)部。(依前一筆寫(xiě)入地址而定)</p><p><b>　　二

37、、LCD時(shí)序</b></p><p>　　LCD顯示同樣對(duì)時(shí)序要求嚴(yán)格，其時(shí)序主要分為讀時(shí)序和寫(xiě)時(shí)序如下圖。</p><p><b>　　1、LCD寫(xiě)時(shí)序</b></p><p><b>　　2、LCD讀時(shí)序</b></p><p>　　三、各功能模塊設(shè)計(jì)和仿真：</p>

38、<p>　　1、DS18B20溫度傳感器電路</p><p>　　DS18B20可以采用兩種方式供電，在這采用電源供電方式，DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。</p><p>　　當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是

39、三態(tài)的。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫(xiě)命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20

40、模塊生成如圖5。</p><p>　　圖5 DS18B20功能模塊</p><p>　　在該模塊中inclk為時(shí)鐘輸入端，DQ為ds18b20的數(shù)據(jù)總線的輸入端，sel[3..0]為數(shù)碼管位選輸出端，seg[7..0]為數(shù)碼管段選輸出，templlreture[10..0]為當(dāng)前溫度的輸出端，baojing為報(bào)警信號(hào)的輸出端。</p><p>　　2、DS18B2

41、0的復(fù)位時(shí)序 </p><p>　　3、DS18B20的讀時(shí)序</p><p>　　對(duì)于DS18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。</p><p>　　對(duì)于DS18B20的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要60us才能完成。</p>

42、<p>　　4、DS18B20的寫(xiě)時(shí)序</p><p>　　對(duì)于DS18B20的寫(xiě)時(shí)序仍然分為寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。</p><p>　　對(duì)于DS18B20寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫(xiě)0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫(xiě)1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總

43、線。</p><p>　　5、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序</p><p>　　溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖9所示，具體程序見(jiàn)附錄。</p><p>　　圖9 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 圖10　計(jì)算溫度流程圖&

44、lt;/p><p><b>　　6、計(jì)算溫度子程序</b></p><p>　　計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖10所示。</p><p>　　2、時(shí)鐘及顯示控制電路</p><p>　　多功能數(shù)字鐘應(yīng)該具有的功能有：顯示時(shí)－分－秒、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、小時(shí)和分鐘可調(diào)等基本

45、功能。首先要知道鐘表的工作機(jī)理，整個(gè)鐘表的工作應(yīng)該是在1Hz信號(hào)的作用下進(jìn)行，這樣每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，秒增加1秒，當(dāng)秒從59秒跳轉(zhuǎn)到00秒時(shí)，分鐘增加1分，同時(shí)當(dāng)分鐘從59分跳轉(zhuǎn)到00分時(shí)，小時(shí)增加1小時(shí)，但是需要注意的是，小時(shí)的范圍是從0～23時(shí)。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)中為了顯示的方便，由于分鐘和秒鐘顯示的范圍都是從0～59，所以可以用一個(gè)3位的二進(jìn)制碼顯示十位，用一個(gè)四位的二進(jìn)制碼（BCD碼）顯示個(gè)位，對(duì)

46、于小時(shí)因?yàn)樗姆秶菑?～23，所以可以用一個(gè)2位的二進(jìn)制碼顯示十位，用4位二進(jìn)制碼（BCD碼）顯示個(gè)位。</p><p>　　開(kāi)發(fā)板提供50Mhz的時(shí)鐘頻率，而時(shí)鐘需要的是1Hz時(shí)鐘信號(hào)，因此為了得到準(zhǔn)確的1Hz信號(hào)，必須對(duì)輸入的系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻。其封裝見(jiàn)附件總電路圖的shizhong模塊。</p><p>　　3、LCD顯示的實(shí)現(xiàn)電路</p><p>　　1、L

47、CD顯示電路組成</p><p>　　LCD顯示包括時(shí)鐘分頻（圖6）、和LCD控制（圖7）模塊。</p><p>　　其中時(shí)鐘分頻顧名思義是對(duì)整個(gè)LCD顯示提供頻率脈沖，計(jì)數(shù)器對(duì)LCD控制器控制，LCD控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD的初始化，指令寫(xiě)入及內(nèi)容的編碼顯示。</p><p>　　LCD顯示控制模塊，其中M[5..0]為計(jì)數(shù)器位數(shù)輸入端，clk1為時(shí)鐘輸入端，s1[1

48、0..0]為溫度數(shù)據(jù)輸入端，h1[3..0]和h10[3..0]分別為時(shí)鐘的小時(shí)的個(gè)位和十位輸入端，m1[3..0]和m10[3..0]分別為時(shí)鐘的分的個(gè)位和十位輸入端，se1[3..0]和se10[3..0]分別為時(shí)鐘的秒的個(gè)位和十位輸入端，D0~D7為輸出端作為8位二進(jìn)制碼傳輸給LCD，rs為L(zhǎng)CD的數(shù)據(jù)或命令的選擇端。</p><p><b>　　2、LCD程序設(shè)計(jì)</b></p

49、><p><b>　　流程圖如圖8</b></p><p>　　部分命令設(shè)置程序（具體程序見(jiàn)附錄LCD顯示驅(qū)動(dòng)程序）</p><p>　　when 0 => Q <=x"01"; RS<='0';-- 清屏</p><p>　　when 1 => Q <=

50、x"38"; RS<='0';--工作方式設(shè)置（初始化）</p><p>　　when 2 => Q <=x"06"; RS<='0';--輸入方式設(shè)置</p><p>　　when 3 => Q <=X"0f"; RS<='0';--顯

51、示開(kāi)關(guān)控制（設(shè)置顯示、光標(biāo)及閃爍開(kāi)、關(guān)） when 7 => Q <=x"40"; RS<='0'; -- CGRAM</p><p><b>　　......</b></p><p>　　when 36 => Q <=x"c0"; RS<='0';

52、--SECOND Row" li gong da xue ! " </p><p><b>　　......</b></p><p>　　when 16 => Q <=x"80"; RS<='0'; -- FIRST Row</p><p>　　...... &

53、lt;/p><p>　　when 55 => Q <=x"0c"; RS<='0'; </p><p>　　when others => Q <=x"A0"; RS<='1';</p><p><b>　　圖8 程序流程圖</b><

54、/p><p>　　四、結(jié)果分析及調(diào)試：</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)在達(dá)到設(shè)計(jì)基本功能的同時(shí)，還加入了其他多項(xiàng)輔助功能，使設(shè)計(jì)項(xiàng)目更加人性化、更加完善。主要功能有DS18B20溫度讀取LED數(shù)碼管顯示、LCD1602溫度顯示、LCD1602當(dāng)前時(shí)間顯示和時(shí)間調(diào)接以及溫度設(shè)定報(bào)警等功能。在整個(gè)設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中，也出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤和難關(guān)，但經(jīng)過(guò)小組的探討，查閱相關(guān)資料以及詢問(wèn)指導(dǎo)老師等方法，最終還

55、是逐步的解決了所遇到的問(wèn)題。在下面列舉幾個(gè)主要的問(wèn)題。</p><p>　　首先遇到的第一個(gè)問(wèn)題就是LED數(shù)碼管的編碼轉(zhuǎn)換上出現(xiàn)了錯(cuò)誤。在DS18B20中傳輸出來(lái)的溫度數(shù)據(jù)是兩字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，在將溫度數(shù)值轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)LED顯示的八位二進(jìn)制數(shù)時(shí)，沒(méi)有注意開(kāi)發(fā)板上的數(shù)碼管是共陰極還是共陽(yáng)極，顯示出錯(cuò)。編碼取反后恢復(fù)正常。</p><p>　　第二是LCD顯示時(shí)顯示亂碼，在編程時(shí)開(kāi)始是在LCD驅(qū)

56、動(dòng)外部編碼然后傳輸進(jìn)入LCD驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部直接讀取編好后傳輸過(guò)來(lái)的兩位十六進(jìn)制數(shù)，但LCD顯示出錯(cuò)，顯示為亂碼，出錯(cuò)原因可能是編碼傳輸和顯示時(shí)間不夠等等。最后將編碼轉(zhuǎn)換程序放入LCD顯示驅(qū)動(dòng)中，將DS18B20讀取的兩字節(jié)數(shù)據(jù)，直接傳輸入驅(qū)動(dòng)中再進(jìn)行碼字轉(zhuǎn)換成LCD顯示所需的數(shù)碼。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中還有很多小問(wèn)題，比如說(shuō)計(jì)數(shù)器位數(shù)不夠，LCD顯示出現(xiàn)延遲等等。總體來(lái)說(shuō)，所遇到的問(wèn)題都得到了有效地解決，

57、有的是原有基礎(chǔ)上找出錯(cuò)誤修改，有的是換一種方法實(shí)現(xiàn)，解決問(wèn)題實(shí)現(xiàn)目標(biāo)方法多種多樣，但只要目的達(dá)到都是一種成功。</p><p><b>　　五、體會(huì)：</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)為期三周的時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，掌握了電子技術(shù)、EDA技術(shù)、電子測(cè)量和計(jì)算機(jī)接口等綜合性應(yīng)用技術(shù)；熟悉控制系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和可編程片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；能設(shè)計(jì)出具有一定功能和規(guī)模的電子應(yīng)用電路。

58、對(duì)以后相關(guān)工作的設(shè)計(jì)有了一定的幫助。</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] EDA技術(shù) 郭勇 高等教育出版社 2004-07出版</p><p>　　[2] 何賓 EDA原理及應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 2009-06出版</p><p>　　[3] 趙剛 EDA技術(shù)簡(jiǎn)

59、明教程 四川大學(xué)出版社 2004-07出版</p><p>　　[4] 江國(guó)強(qiáng) EDA技術(shù)與應(yīng)用(第3版) 電子工業(yè)出版社 2010-04出版</p><p>　　[5] 周立功 EDA實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐 北京航空航天大學(xué)出版社 2007-09出版</p><p>　　[6] 郭振武、叢紅俠 EDA實(shí)驗(yàn)教程 南開(kāi)大學(xué)出版社 2011-08出版</p>

60、;<p>　　[7] 潘松、 黃繼EDA技術(shù)與VHDL(第3版) 清華大學(xué)出版社 2009-09出版</p><p>　　[8] 羅力凡、 常春藤 基于VHDL的FPGA開(kāi)發(fā)快速入門(mén)?技巧?實(shí)例 人民郵電出版社 2009-05出版</p><p>　　[9] 潘松、黃繼業(yè)、 潘明 EDA技術(shù)實(shí)用教程:Verilog HDL版(第4版) 科學(xué)出版社 2010-07出

61、版</p><p>　　[10] 譚會(huì)生、 張昌凡 EDA技術(shù)及應(yīng)用:Verilog HDL版(第3版) 西安電子科技大學(xué)出版社 2011-07出版</p><p>　　[11] 周潤(rùn)景、 蘇良碧 基于Quartus II的數(shù)字系統(tǒng)Verilog HDL設(shè)計(jì)實(shí)例詳解 電子工業(yè)出版社 2010-05出版</p><p><b>　　七、附錄：&l

62、t;/b></p><p><b>　　1、模塊電路圖</b></p><p><b>　　2、實(shí)物圖</b></p><p><b>　　3、程序清單</b></p><p>　　1、DS18B20控制程序及LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)程序代碼</p><p

63、>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　ENTITY BO IS</p&g

64、t;<p><b>　　PORT(</b></p><p>　　DQ:inOUT STD_LOGIC; --DS18B20的單數(shù)據(jù)總線</p><p>　　--DQ2:IN STD_LOGIC;</p><p>　　inclk:in std_logic;</p><p>　　--k1,k2,k3,k4

65、,k5:in std_logic;--</p><p>　　sel:out std_logic_vector(3 downto 0);--數(shù)碼管位選</p><p>　　seg:out std_logic_vector(7 downto 0);--數(shù)碼管段選</p><p>　　templlreture:out std_logic_vector(10 downto

66、0); --當(dāng)前溫度</p><p>　　baojing:out std_logic --報(bào)警信號(hào)</p><p><b>　　);</b></p><p><b>　　END;</b></p><p>　　ARCHITECTURE bhv OF BO IS</p><p&

67、gt;　　constant ml1:std_logic_vector(15 downto 0):="0011001100100010"; --命令1，即前一字節(jié)忽略讀DS18B20的ROM 后一字節(jié)開(kāi)始轉(zhuǎn)換溫度</p><p>　　constant ml2:std_logic_vector(15 downto 0):="0011001101111101"; --命令

68、2，前一字節(jié)忽略讀DS18B20的ROM 后一字節(jié)開(kāi)始讀暫存器</p><p>　　signal templ1,templ2:std_logic_vector(7 downto 0); --從DS18b20讀出的兩字節(jié)溫度</p><p>　　signal d,c,b,a:std_logic_vector(7 downto 0);--十進(jìn)制數(shù)后的個(gè)位、小數(shù)點(diǎn)第一位、第二位對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管的段數(shù)

69、值</p><p>　　signal var1,var2,var3,var4:integer;--分別對(duì)應(yīng)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)后的個(gè)位、小數(shù)點(diǎn)第一位、第二位</p><p>　　signal current_templ:std_logic_vector(10 downto 0); --當(dāng)前溫度</p><p>　　signal cur:std_logic_

70、vector(7 downto 0); --當(dāng)前溫度</p><p>　　signal ng:std_logic; --負(fù)數(shù)標(biāo)志位</p><p>　　signal clk:std_logic;</p><p>　　signal count_48:std_logic_vector(4 downto 0);</p><p><b

71、>　　begin</b></p><p>　　process(inclk)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if rising_edge(inclk) then</p><p>　　count_48<=count_48+1;</p><p&g

72、t;　　if count_48="11000" then</p><p>　　clk<=not clk;</p><p>　　count_48<="00000";</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;&

73、lt;/b></p><p>　　end process;</p><p>　　process(clk)</p><p>　　variable saomiao:std_logic_vector(1 downto 0); --掃描變量</p><p>　　variable count1:std_logic_vector(10 down

74、to 0); --計(jì)數(shù)器1，用于DS18B20初始化時(shí)計(jì)時(shí)，以產(chǎn)生時(shí)序</p><p>　　variable count2:std_logic_vector(9 downto 0); --計(jì)數(shù)器2，用于向DS18B20寫(xiě)命令時(shí)計(jì)時(shí)，以產(chǎn)生時(shí)序</p><p>　　variable count3:std_logic_vector(7 downto 0); --計(jì)數(shù)器3，用于向DS

75、18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)計(jì)時(shí)，以產(chǎn)生時(shí)序</p><p>　　variable fenping_saomiao:std_logic_vector(7 downto 0); </p><p>　　variable i:integer range -1 to 15:=15; --命令比特計(jì)數(shù)值</p><p>　　variable init:integer range

76、 0 to 1:=0; --完成初始化標(biāo)志</p><p>　　variable j:integer range 0 to 8:=0; --讀溫度時(shí)，比特計(jì)數(shù)值</p><p>　　variable k:integer range 0 to 1:=0; --用于指示讀取哪個(gè)溫度值</p><p>　　variable state:integer ran

77、ge 0 to 2:=0; --狀態(tài)標(biāo)志，0時(shí)寫(xiě)命令1,1時(shí)寫(xiě)命令2,2時(shí)讀取溫度</p><p>　　variable templ:std_logic_vector(7 downto 0);</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if rising_edge(clk) then</p><

78、p>　　fenping_saomiao:=fenping_saomiao+1;</p><p>　　if fenping_saomiao="11111111" then</p><p>　　saomiao:=saomiao+1; --掃描</p><p>　　case saomiao is --對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行位掃描</p>

79、<p>　　when "00"=>sel<="0001";seg<=a; --注意數(shù)碼管的位選信號(hào)是低電平有效</p><p>　　when "01"=>sel<="0010";seg<=b;</p><p>　　when "10"=&g

80、t;sel<="0011";seg<=c;</p><p>　　when "11"=>sel<="0100";seg<=d;</p><p>　　when others=>sel<="0000";</p><p><b>　　end c

81、ase;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if state=0 then</p><p>　　if init=1 then --若初始化完成，開(kāi)始寫(xiě)命令1</p><p>　　count2:=count2+1;</p><p>　　i

82、f count2="0000000001" then --將總線拉低</p><p><b>　　DQ<='0';</b></p><p>　　elsif count2="0000001100" then --在15us內(nèi)向總線寫(xiě)一比特?cái)?shù)值</p><p>　　DQ<=

83、ml1(i);</p><p>　　elsif count2="0001011010" then --在寫(xiě)時(shí)序的15us~60us內(nèi)，DS18B20對(duì)總線采樣，所以取90us</p><p><b>　　DQ<='1';</b></p><p>　　elsif count2="101011

84、0100" then --在大于1us之后，總線拉低，產(chǎn)生下一寫(xiě)時(shí)序</p><p>　　--DQ<='0';</p><p>　　count2:="0000000000"; --計(jì)數(shù)器歸零</p><p>　　i:=i-1; --寫(xiě)下1比特命令</p><p>　　if i=-

85、1 then --寫(xiě)完命令，命令計(jì)數(shù)值歸零，初始化標(biāo)志歸零，以產(chǎn)生下次初始化，狀態(tài)轉(zhuǎn)為1，即將寫(xiě)命令2</p><p>　　i:=15;init:=0;state:=1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　

86、　else --init=0時(shí)進(jìn)行初始化</p><p>　　count1:=count1+1;</p><p>　　if count1="000000000001" then</p><p><b>　　DQ<='1';</b></p><p>　　elsif count1

87、="000000000011" then --拉低</p><p><b>　　DQ<='0';</b></p><p>　　elsif count1="01010111100" then --初始化時(shí)要求，低電平至少保持480us，這里取500us</p><p><

88、b>　　DQ<='1';</b></p><p>　　elsif count1="01011011010" then --要求15us~60us，拉高，這里取30us（530），再釋放總線，以讓DS18B20發(fā)出存在脈沖</p><p><b>　　DQ<='Z';</b></

89、p><p>　　elsif count1="01111001010" then --存在脈沖為60us~240us，830，再拉高</p><p><b>　　DQ<='1';</b></p><p>　　elsif count1="10000000000" then --整個(gè)時(shí)

90、序要求960us，這里取1024us</p><p>　　init:=1;count1:="00000000000"; --總線拉低（也可以不拉低），初始化標(biāo)志置1，即下次不進(jìn)行初始化，計(jì)數(shù)器歸零</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b>

91、</p><p>　　elsif state=1 then --state=1，寫(xiě)命令2</p><p>　　if init=1 then</p><p>　　count2:=count2+1;</p><p>　　if count2="0000000001" then</p><p><

92、b>　　DQ<='0';</b></p><p>　　elsif count2="0000001100" then</p><p>　　DQ<=ml2(i);</p><p>　　elsif count2="0001011010" then</p><p>

93、<b>　　DQ<='1';</b></p><p>　　elsif count2="0001011100" then</p><p>　　count2:="0000000000";</p><p><b>　　i:=i-1;</b></p>&l

94、t;p>　　if i=-1 then</p><p>　　i:=15;init:=0;state:=2;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　else</b></p>

95、;<p>　　count1:=count1+1;</p><p>　　if count1="000000000001" then</p><p><b>　　DQ<='1';</b></p><p>　　elsif count1="000000000011" then

96、 --拉低</p><p><b>　　DQ<='0';</b></p><p>　　elsif count1="01010111100" then --初始化時(shí)要求，低電平至少保持480us，這里取500us</p><p><b>　　DQ<='1';</

97、b></p><p>　　elsif count1="01011011010" then --要求15us~60us，拉高，這里取30us（530），再釋放總線，以讓DS18B20發(fā)出存在脈沖</p><p><b>　　DQ<='Z';</b></p><p>　　elsif count1=

98、"01111001010" then --存在脈沖為60us~240us，830，再拉高</p><p><b>　　DQ<='1';</b></p><p>　　elsif count1="10000000000" then --整個(gè)時(shí)序要求960us，這里取1024us</p>&

99、lt;p>　　init:=1;count1:="00000000000"; --總線拉低（也可以不拉低），初始化標(biāo)志置1，即下次不進(jìn)行初始化，計(jì)數(shù)器歸零</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else

100、--state=2，讀取溫度</p><p>　　if k=0 then --k=0，讀取第一字節(jié)溫度（低字節(jié)）</p><p>　　count3:=count3+1;</p><p>　　if count3="00000001" then</p><p><b>　　DQ<='0';&

101、lt;/b></p><p>　　elsif count3="00000100" then --低電平至少1us，在釋放總線</p><p><b>　　DQ<='Z';</b></p><p>　　elsif count3="00001101" then --要求在1

102、5us內(nèi)讀取溫度</p><p>　　templ(j):=DQ;</p><p>　　elsif count3="01010000" then --讀時(shí)序至少60us，這里取80us</p><p><b>　　DQ<='1';</b></p><p>　　elsif cou

103、nt3="01010010" then --計(jì)數(shù)器歸零</p><p>　　count3:="00000000";</p><p>　　j:=j+1; --讀取下一比特</p><p>　　if j=8 then --讀取完</p><p>　　j:=0; --歸0</p>

104、<p>　　k:=1; --讀第2字節(jié)</p><p>　　templ1<=templ;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else --k=1 讀第2字節(jié)</p>&l

105、t;p>　　count3:=count3+1;</p><p>　　if count3="00000001" then</p><p><b>　　DQ<='0';</b></p><p>　　elsif count3="00000100" then</p>&l

106、t;p><b>　　DQ<='Z';</b></p><p>　　elsif count3="00001101" then</p><p>　　templ(j):=DQ;</p><p>　　elsif count3="01010000" then</p><

107、;p><b>　　DQ<='1';</b></p><p>　　elsif count3="01010010" then</p><p>　　count3:="00000000";</p><p><b>　　j:=j+1;</b></p>

108、<p>　　if j=8 then</p><p><b>　　j:=0;</b></p><p><b>　　k:=0;</b></p><p>　　state:=0; --狀態(tài)標(biāo)志歸零，進(jìn)入下次大循環(huán)</p><p>　　if (templ and "11111000&q

109、uot;)="11111000" then --如果溫度是負(fù)數(shù)則需要轉(zhuǎn)換下</p><p>　　templ:=(not templ);</p><p>　　templ1<=(not templ1)+1;</p><p>　　if templ1="0000000" then </p><p>　

110、　templ:=templ+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　ng<='1'; --負(fù)溫度標(biāo)志</p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　ng<='0';</b

111、></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　current_templ<=templ(2 downto 0) & templ1; --溫度值是templ_value2的低5位和templ_value1</p><p><b>　　end if;</b></p&g

112、t;<p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end proce

113、ss;</p><p>　　--process()</p><p>　　--end process;</p><p>　　process(current_templ)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if CONV_INTEGER(current_templ)/

114、16>20 then --如果溫度大于25度，報(bào)警</p><p>　　baojing<='1';</p><p><b>　　else</b></p><p>　　baojing<='0';</p><p><b>　　end if;</b>&

115、lt;/p><p>　　templlreture<=current_templ; </p><p>　　if ng='1' then</p><p>　　d<="01000000"; --負(fù)號(hào)</p><p>　　var3<=CONV_INTEGER(current_templ)/160

116、rem 10; --十位</p><p>　　var2<=CONV_INTEGER(current_templ)/16 rem 10; --個(gè)位</p><p>　　var1<=CONV_INTEGER(current_templ)*10/16 rem 10; --小數(shù)點(diǎn)后一位</p><p><b>　　else</b>

117、;</p><p>　　var4<=CONV_INTEGER(current_templ)/1600; --百位</p><p>　　var3<=CONV_INTEGER(current_templ)/160 rem 10; --十位</p><p>　　var2<=CONV_INTEGER(current_templ)/16 rem 10

118、; --個(gè)位</p><p>　　var1<=CONV_INTEGER(current_templ)*10/16 rem 10; --小數(shù)點(diǎn)后一位</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　case var4 is--百位</p><p>　　when 0 => d &l

119、t;= "00000000";--000</p><p>　　when 1 => d <= "00000110";--100</p><p>　　when 2 => d <= "01011011";--200</p><p>　　when 3 => d <= "

120、01001111";--300</p><p>　　when 4 => d <= "01100110";--400</p><p>　　when 5 => d <= "01101101";--500</p><p>　　when 6 => d <= "01111101&q

121、uot;;--600</p><p>　　when 7 => d <= "00000111";--700</p><p>　　when 8 => d <= "01111111";--800</p><p>　　when 9 => d <= "01101111";--900

122、</p><p>　　when others => d <= "01000000";</p><p><b>　　end case;</b></p><p>　　case var3 is--十位</p><p>　　when 0 => c <= "00111111&q

123、uot;;</p><p>　　when 1 => c <= "00000110";</p><p>　　when 2 => c <= "01011011";--2</p><p>　　when 3 => c <= "01001111";--3</p>

124、<p>　　when 4 => c <= "01100110";--4</p><p>　　when 5 => c <= "01101101";--5</p><p>　　when 6 => c <= "01111101";--6</p><p>

125、;　　when 7 => c <= "00000111";--7</p><p>　　when 8 => c <= "01111111";--8</p><p>　　when 9 => c <= "01101111";--9</p><p>　　when ot

126、hers => c <= "00000000";</p><p><b>　　end case;</b></p><p>　　case var2 is--個(gè)位</p><p>　　when 0 => b <= "10111111";</p><p>　　wh