基于FPGA的OLED動態(tài)顯示(溫濕度實時數(shù)據(jù))

實驗結(jié)果

從視頻中，可以看到，當(dāng)手指捏住傳感器后，OLED屏上的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)生變化。

基于FPGA的OLED動態(tài)顯示（溫濕度實時數(shù)據(jù)）

Part一

硬件解析

1. 國產(chǎn)FPGA：HME-P1P060

58K邏輯單元，36K LUT-6，4個PLL，32個全局時鐘，144個DSP，基本上已經(jīng)滿足了學(xué)生等級開發(fā)，感興趣的，可以去米聯(lián)客店鋪看看。

2. 0.96寸OLED

關(guān)于OLED的顯示，這里不做介紹，詳見二級菜單文章：京微齊力：基于HMEP060的OLED字符顯示（及FUXI工程建立演示）

3. DTH11溫濕度模塊（比較枯燥，請耐心看完原理）

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。

上圖為DHT11的內(nèi)部原理圖，可以看出感濕元件、感溫元件和OTP內(nèi)存直接連接在內(nèi)部一個八位MCU上，該MCU通過計算得出測量數(shù)值。

DATA用于FPGA與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間4ms左右，數(shù)據(jù)分為整數(shù)部分和小數(shù)部分，數(shù)據(jù)格式如下：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位在前。

數(shù)據(jù)格式：

數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。校驗和=數(shù)據(jù)之和，通過這個可以判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確。

下面說一下，數(shù)據(jù)傳輸時序：

主機（此處指FPGA）首先發(fā)送一次開始信號，即：拉低數(shù)據(jù)線，保持t1（至少18ms）時間；然后拉高數(shù)據(jù)線保持t2（20~40us）時間，隨后開始讀取DHT11的響應(yīng)；如果操作正確的話，DHT11會拉低數(shù)據(jù)線，保持t3（80us）時間，作為響應(yīng)信號；接下來DHT11會拉高數(shù)據(jù)線，保持t4（80us）時間，隨后開始輸出有效數(shù)據(jù)。

DHT11共輸出40bit有效數(shù)據(jù)，每1bit數(shù)據(jù)都是以50us低電平開始，高電平的持續(xù)時間作為判斷數(shù)據(jù)位的條件。當(dāng)數(shù)據(jù)位為0時，高電平的持續(xù)時間為26~28us；當(dāng)數(shù)據(jù)位為1時，高電平的持續(xù)時間為70us。

DHT11數(shù)據(jù)位“0”時序圖和數(shù)據(jù)位“1”時序圖如圖：

需要注意的是，DHT11的溫度和濕度轉(zhuǎn)換較慢，如果讀取速度過快會導(dǎo)致DHT11無法響應(yīng)的情況。

Part二

程序設(shè)計

1. DTH11數(shù)據(jù)采集（狀態(tài)機）

DHT11驅(qū)動模塊使用三段式狀態(tài)機來讀取DHT11的溫度和濕度值，從下圖可以比較直觀的看到每個狀態(tài)實現(xiàn)的功能以及跳轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)的條件。

再次強調(diào)，這里需要注意：由于DHT11溫度和濕度轉(zhuǎn)換較慢，如果讀取速度過快會導(dǎo)致DHT11無法響應(yīng)的情況，所以我們在每次讀操作結(jié)束后延時兩秒（這樣魯棒性會比較高，也可以不要這步）。

在時序圖中，提到了18ms、26-28us、20-40us、50us、70us、80us等等，但是經(jīng)過分析后，并不需要定義這么多個計時周期數(shù)，只需要定義兩個即可。為什么只定義這兩個就可以了呢？

在時序圖中，需要FPGA判斷時間的，有兩個位置，一個是FPGA拉低18ms以上，另外一個是判斷數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)0還是數(shù)據(jù)1。第一個很清楚就是18ms。數(shù)據(jù)0表示的數(shù)據(jù)位26-28us，為了保險起見，這里設(shè)置為35us，如果高電平的持續(xù)時間低于35us，那么就表示數(shù)據(jù)0。

2. 字符顯示

OLED的顯示（包括字符提取等），這里不做介紹，我在另一篇文章有介紹過，感興趣的可以看看：京微齊力：基于HMEP060的OLED字符顯示（及FUXI工程建立演示）

3. 字符輸出

代碼有注釋，可以看注釋

35 本例中，OLED顯示一共分為如下5個狀態(tài)。在初始化完成后，屏幕顯示的是雜亂無章的數(shù)據(jù)，所以在初始化完成后，要進(jìn)行一次刷新，將OLED中的數(shù)據(jù)全部寫0。然后進(jìn)行顯示固定不變的支符，例如像溫度濕度這樣的字符。然后進(jìn)入空閑態(tài)，直到DHT11采集到數(shù)據(jù)后，就進(jìn)入到數(shù)據(jù)顯示狀態(tài)，數(shù)據(jù)顯示完成后，又回到空閑態(tài)。這是整個的一個流程。

Part三

弧形抓取

在工程中，例化了debugware IP核，對溫濕度傳感器的波形進(jìn)行抓取，可以看到如下：

前文有說過，傳感器的數(shù)據(jù)位總共有40位，考慮到后續(xù)可能抓取別的波形，所以此處debugware的數(shù)據(jù)位寬我設(shè)置到了45位，預(yù)留了5位。

這里抓到的波形是：2E 0019 034A
對應(yīng)的二進(jìn)制即：

0010_1110_0000_0000_0001_1001_0000_0011_0100_1010

根據(jù)上文數(shù)據(jù)公式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和數(shù)據(jù)

所以此刻的，濕度：

46.00（10_1110_0000_0000）

溫度：

25.03（0001_1001_0000_0011）

審核編輯：湯梓紅