FPGA测温系统设计与实现：低成本医疗硬件方案

1. 项目概述与核心功能

这个FPGA测温系统项目是我去年为某医疗设备厂商做的一个快速原型验证方案。核心目标是用最低成本实现一个具备体温筛查功能的硬件系统，要求响应速度快于传统MCU方案，且能同时处理多传感器数据。最终实现的系统架构如下：

• 主控芯片：Altera Cyclone IV EP4CE6E22C8（性价比极高的入门级FPGA）
• 温度传感器：DS18B20（数字输出，±0.5℃精度）
• 显示模块：LCD1602（经典16x2字符液晶）
• 语音模块：PWM驱动的无源蜂鸣器（实现基础语音合成）
• 环境测温：利用FPGA内部时钟温漂特性（无需外接传感器）

系统上电后自动完成以下工作流程：

1. 通过DS18B20采集人体温度数据（采样周期750ms）
2. 对原始数据进行校准补偿（实测需+0.3℃偏移）
3. 在LCD第一行显示"Body: XX.X℃"
4. 在LCD第二行显示"Env: XX℃"（环境温度）
5. 当人体温度超过37.3℃时触发语音警报

关键设计考量：选择FPGA而非MCU的主要原因是需要并行处理传感器数据、显示刷新和语音合成三个任务。Verilog的并行特性可以轻松实现：

• 温度采集与计算（时钟域：1MHz）
• LCD控制（时钟域：500kHz）
• 语音PWM生成（时钟域：8kHz）

2. 硬件设计详解

2.1 传感器接口设计

DS18B20采用单总线协议，硬件连接仅需一个GPIO引脚。但在FPGA中需要特别注意信号时序：

verilog复制module ds18b20_interface(
    input wire clk_1M,     // 1MHz主时钟
    inout wire dq          // 双向数据线
);

// 复位脉冲生成（480us低电平）
task reset_pulse;
    begin
        dq_dir <= 1'b1;  // 设置为输出
        dq_out <= 1'b0;
        #480;
        dq_out <= 1'b1;
        #60;
    end
endtask

// 读取单比特数据
functio