鉴于温度传感器DS18B20和FPGA相比于传统温度系统设计的优点，所以决定设计一个温度传感器DS18B20与FPGA相结合的温度报警系统，充分发挥DS18B20与FPGA的优点。

1。2 国内外的研究现状

1。3 系统设计任务

本文主要是基于FPGA的数字温度报警系统的研究与设计，要求最终的实物电路具备能够实时采集并显示环境温度，通过按键设置温度阀值，当温度超过报警阀值时，FPGA芯片启动报警模块，实现温度报警的功能。系统设计要求如下：

（1）要求温度采集准确精确，精确度达到0。1摄氏度，对温度的采集由4×1矩形键盘进行控制。

（2）系统采用的温度传感器芯片为DS18B20，系统能实时采集环境温度值；

（3）系统将环境温度值实时显示在数码管上；

（4）根据系统设定的报警值，还具有温度报警功能。且报警阀值可通过按键设置。

第二章 系统方案设计

2。1系统框图

图2-1 系统框图

如图2-1所示，本文设计的温度报警系统由硬件部分数字式传感芯片DS18B20、按键键盘、数码管、晶振、指示灯、蜂鸣器和软件部分时钟分频模块、按键模块、温度采集模块、数据处理模块、温度显示模块、温度报警模块组成。50M晶振代表系统时钟电路模块，该模块为报警系统提供频率为50MHz的时钟信号。温度传感器DS18B20实时收集温度，由温度采集模块送入数据处理模块。可以利用按键键盘设置温度阀值的最大值和最小值，由按键模块送入数据处理模块。数据处理模块对实时温度数据进行转换使之显示到数码管上，同时，数据处理模块与温度报警模块相连，一旦环境温度超过温度阀值，温度报警模块就会启动，蜂鸣器响，指示灯亮，实现系统温度报警功能。论文网

2。2硬件系统设计方案比较

2。2。1 控制器电路方案选择

在本系统中，最重要的部分就是数据处理模块的控制器，它实现了数据处理，传输信号等功能，市面上有许多控制器可供选择，下面是本系统控制器的电路选择方案。

方案一：选择STC89C52作为控制器。首先，STC89C52使用经典的MCS-51内核作为核心，拥有8位CPU和在系统可编程Flash存储器，内部自然丰富，并且操作简单。还有，它的供电电压是5V和其他的一些芯片具有相同的供电电压，其抗干扰能力强，端口容易操作，构建其最小控制系统简单。

该方案的实用性和可靠性比较高，可以满足绝大多数控制，选择51单片机作为控制器，对于初学者可以很方便的构建一个最小控制系统，并且其的编程很简单，成本低，便于操作者实现控制目标。

方案二：选择FPGA作为控制器。FPGA体积小，可用的集成资源丰富，价格合理，可靠性高，编程设计方便，为系统功能更新升级提供良好的技术基础[5]。

对两种方案进行分析，比较过系统设计成本，系统的更新升级和硬件电路设计难度后，本设计选择控制方案二作为控制器方案选择。

2。2。2 温度传感器方案选择

温度传感器按分类方式的不同可以划分成不同种类。按测温方式分类有接触式温度传感器和非接触式温度传感器，常见的接触式温度传感器包括热电阻、热敏电阻、热电偶，非接触式测温则分为光学式和辐射式。按类型分类有分立式温度传感器（含敏感元件）、模拟集成温度传感器和智能温度传感器（即数字温度传感器）。下面是本系统的温度传感器方案选择。

方案一：采用热敏电阻pt100。热敏电阻输出的是模拟量，需要用到桥式电路将采集到的温度转化为电压输出,硬件构成较复杂。而且为了把模拟量转换为数字量，在设计硬件电路时，要添加放大电路。另外，这种测温方式难以实现多点测温，而且需要编写复杂的程序支持软件模块正常运行。