基于DS1WM软核的单总线温度监测系统的设计与实现

摘要

现阶段，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、虚拟传感器和网络传感器等高科技的方向迅速发展，技术的高速发展促进了现场温度监测技术的不断更新与进步。 本文首先介绍了温度监测技术的发展历史及现状，充分分析了智能温度传感器在该领域的优势和广泛应用前景，并对由Dallas Semiconductor公司推出的数字式智能温度传感器DS18820进行了重点的研究。该器件采用数字化1-wire总线（俗称单总线）技术，即是将控制线、地址线、数据线整合为一根传输线，可以在该总线上挂在多个控制对象，形成多点一线监测系统。该技术应用在现场温度监测领域具有极大的优势：布线简单、成本低廉；由于采用数字化通信，抗干扰性较强、精度高。 针对目前单总线温度监测系统大多采用单片机、ARM等作为其主控CPU的问题，本文旨在设计一种基于FPGA的主控制器从而实现对温度监测系统中单总线器件的控制。FPGA主控制器的设计中采用了IP核复用技术--Dallas Semiconductor公司提供的1-wire Master-DSIWM，主要用来产生单总线协议复杂的读写时序，从而能够简化设计、提高主控制器的利用率；同时，系统的可移植性和重构性得到大大的改善，使得监测系统的升级扩容将更加容易便捷。FPGA控制器完成的主要功能包括通过串口通讯与PC上位机进行通讯及实现对单总线器件的相应指令控制。并且最后对设计功能进行一一验证，系统性能良好。 论文最后对设计进行了总结，并阐述了尚需进一步解决的问题以及下一步的工作内容。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.1.1课题的提出

1.1.2课题研究目的利意义

1.2温度监测技术的发展

1.3现场可编程逻辑阵列FPGA的技术发展与IP核

1.3.1现场可编程门阵列FPGA

1.3.2 IP核

1.3.3硬件描述语言及数字系统设计方法

1.4论文主要工作

第2章单总线温度监测系统关键技术分析

2.1系统功能概述

2.2智能数字温度传感器DS18B20

2.2.1 DS18B20概述

2.2.2 DS18B20的结构

2.2.3 DS18B20的操作指令及读写时间片

2.3 DS1WM

2.3.1 DS1WM概述

2.3.2 DS1WM的功能模块

2.4串口通讯与超级终端

2.2.1 RS-232C串口通讯标准

2.2.2超级终端

2.5本章小结

第3章单总线温度采集控制器的设计

3.1系统开发环境

3.1.1 ISE集成设计平台

3.1.2 FPGA硬件开发环境

3.2控制器体系结构

3.2.1控制器的体系架构框图

3.2.2控制器的系统指令设计

3.3控制器逻辑功能流程图

3.3.1状态机设计方法

3.3.2控制器主控状态机结构

3.4控制器逻辑功能模块设计

3.4.1控制器模块的层次结构

3.4.2 DS1WM写时序模块设计实现

3.4.3 DS1WM读时序模块设计实现

3.4.4控制器的系统指令模块设计实现

3.4.5串口UART模块设计实现

3.5本章小结

第4章单总线温度监测系统的仿真与验证

4.1控制器模块仿真与验证

4.1.1 DS1WM写时序仿真验证

4.1.2 DS1WM读时序仿真验证

4.1.3控制器的系统指令仿真验证

4.2串口通信模块UART的功能验证

4.3 FPGA控制器系统的下载验证

4.4整体系统性能测试

4.4本章小结

第5章结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果