第7章EDA技术应用实例

7.1温湿度自动监控系统设计

7.2 电机传动控制模拟系统设计

7.3自动售货机控制系统设计

7.4 多功能音乐播放器设计

设计

7.1 温湿度自动监控系统设计

温湿度自动监控广泛应用于工业生产、农业生产以及仓

储、居家等多种场合的环境监测中，对于节约能源、提高生

产效率和产品质量、提高人体舒适度等都具有重要意义。

7.1.1系统设计方案

温湿度自动监控系统基于FPGA开发板KX-2C5F设计实现，

核心硬件包括FPGA、传感器和显示报警机构。

系统能够自动检测室内温度和湿度，并且显示所测温湿度；给出温度与湿度的阈值，将检测数据与阈值数据比对，在设定范围内给出正常信号，否则给出报警信号（灯光或声音），无线通信部分本次设计不涉及。温湿度传感器选用DHT11数字温湿度传感器，显示器件采用点阵型液晶屏LCD12864。系统框图如图7.1所示。

设计

图7.1温湿度自动监控系统框图

温湿度传感器FPGA 声光报警

液晶显示无线通信温湿度物理量

7.1.2 湿温度数据采集的控制——DHT11的驱动

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它综合应用了数据采集技术和温湿度传感技术，传感器内置模数转换器，直接将温度和湿度模拟量在内部转换成数字量，并且串行输出40bit 数据，依次是8bit （湿度整数部分）+8bit （湿度小数部分）+8bit(温度整数部分)+8bit(温度小数部分)+8bit(校验和)。本设计要求只读取温湿度的整数部分。

设计

1.设计方案

在接收DHT11转换数据时，需要将传感器输出的40位串行数据存储为并行数据，然后转化为摄氏温度值和相对湿度百分比的BCD码进行输出。串行数据并行存储到寄存器的思路是，每读取一次数据，就将用于存放数据的位矢循环左移，直至全部移入。设计采用状态机模拟FPGA与DHT11之间的通讯与同步，由于DHT11是单总线传感器，对时序的操作只在一根总线上完成，为了确保数据读取的完整和可靠，就必须严格遵循单总线协议。

DHT11的工作时序如图7.2所示，DHT11控制器在工作之初，首先至少将电平拉低18ms，然后拉高20-40us后等待DHT11的应答；当DHT11检测到信号后，首先将总线拉低约80us然后再拉高80us作为应答信号，工作时序如图7.2(a)所示。传输数字0时，DHT11拉

低总线50us，然后再拉高26us~28us，时序如图（b）所示。传输数字1时，DHT11拉低总线50us，然后再拉高70us，时序如图（c）所示。

设计

1.设计方案

低总线50us，然后再拉高26us~28us，时序如图（b）所示。传输数字1时，DHT11拉低总线50us，然后再拉高70us，时序如图（c）所示。

设计（a ）DHT11的工作时序(一)

（b ）DHT11的工作时序(二)单总线主机至少拉低18ms 主机拉高20-40us DHT 拉高

80us

DHT 响应信号

80us 开始传送数据

主机信号DHT 信号

VCC

GND

1bit 开始

50us

26-28us

表示‘0’

下一bit 开始