FPGA 温度采集系统设计：MAX6675 驱动与 Qt 上位机曲线绘制

FPGA 温度采集与 Qt 曲线绘制系统——功能全景解析

一、项目定位

'温度看得见'是整套系统的唯一目标。FPGA 端负责'采得准、传得快'；PC 端负责'画得顺、存得久'。双端通过极简串口帧完成解耦，既能在实验室做验证，也可直接搬到工业现场长期运行。

二、系统架构

系统架构图如下：

┌──────────────┐ UART(TTL) ┌──────────────┐
│ Cyclone-IV   │←─────────→│ Qt Host      │
│ MAX6675×3    │ 115200-8-N-1│ Real-time    │
│ 50 MHz       │           │ Curve & Log  │
└──────────────┘           └──────────────┘

1. 硬件层

• 热电偶：K 型，0–1024 ℃，冷端补偿 MAX6675 内部完成。
• FPGA：EP4CE10F17C8，6 位共阴数码管，3 片 MAX6675 分时挂同一组 SPI 总线。
• 隔离：UART 经过 USB-TTL 转换器直连上位机，可选 5 kV 数字隔离器。

2. 固件层

• 时钟域：50 MHz → 1 MHz 驱动 SPI；1 MHz → 0.5 s 触发一次'三通道采样序列'。
• 采样引擎：纯计数器生成片选与 SCK，无状态机，代码行数 < 200，综合后资源 < 1 %。
• 数据帧：20 bit 温度包（16 bit 原始 + 4 bit 通道 ID 隐式），放大 100 倍后以 ASCII 送出，例：0256\r\n 表示 25.6 ℃。

3. 上位机层

• 绘图线程：独立 QThread，双缓冲 QImage，800 × 600 画布，60 s 滚动窗口。
• 实时曲线：红折线 + 蓝散点，抗锯齿开启，固定 1 网格/s、10 ℃/格，Y 范围 0–100 ℃。
• 数据持久化：按行追加 xag.txt，时间戳到秒，支持一键清空并弹窗确认。
• 串口热插拔：扫描 QSerialPortInfo，运行时切换波特率需先关闭端口。

三、关键时序与算法

1. 0.5 s 采样节拍 计数器 T_counter 0→500 000 循环，每 1 µs 步进。通道 1 占用 2–34 µs，通道 2 占用 42–74 µs，通道 3 占用 82–114 µs，间隔 8 µs 防止总线冲突。
2. 温度计算 MAX6675 输出 12 bit 原始码，LSB=0.25 ℃。固件直接 raw×25 得到'百倍温度'，避免浮点。上位机再除 100 还原，保证两端全程整数运算。
3. 滑动窗口绘制 线程内维护 121 点循环数组 array0[0…120]。新点到达时整体左移，尾部更新，触发一次 updateImage()。画面刷新周期 500 ms，视觉无卡顿。
4. 文件写优化 采用 QIODevice::Append | QIODevice::WriteOnly，每条记录 < 50 B，0.5 s 一次写，SSD 寿命可忽略。清空时 resize(0) 立即释放空间。

四、扩展接口

方向	现支持	预留字段	升级建议
通道	3 路