基于fpga温度传感器ds18b20的verilog设计

基于 FPGA 温度传感器 DS18B20 的 Verilog 设计赖青松（江西师范大学 南昌 电子信息工程）摘 要: 本文利用数字温度传感器 DS18B20 的数据接口和特点 ,阐述了一种基于现场可编程门阵列( FPGA)控制 DS18B20 的方法。使用 FPGA 作为控制器 ,严格控制 DS18B20 的时序 ,在单总线上实现读写功能 ,完成测量数字温度的功能。将测量的二进制数转换为BCD 码 ,并通过数码管显示。系统设计使用 Verilog 语言。由于 DS18B20 是采用一根 I/ O 总线读写数据,因此 DS18B20 对读写数据位有严格的时序要求。DS18B20 遵循相应的通信协议从而保证数据传输的正确性和完整性。该通信协议定义了多种信号时序:初始化时序、 写时序、 读时序1、初始化时序：During the initialization sequence the bus master transmits (TX) the reset pulse by pulling the 1-Wire bus low for a minimum of 480us. The bus master then releases the bus and goes into receive mode (RX). When the bus is released, the 5k pullup resistor pulls the 1-Wire bus high.When the DS18B20 detects this rising edge, it waits 15us to 60us and then transmits a presence pulse by pulling the 1-Wire bus low for 60us to 240us.初始化时序中，控制器发送一个 480us-960us 的低电平的复位信号，然后释放总线，也就是总线为高电平，此时，控制器准备接收 DS18B20 的反应信号，当总线释放后，如果存在DS18B20，那么 DS18B20 将在 15-60us 内发送一个持续 60-240us 的反应信号。2、写时序：（因为本设计总线上只挂了一个 DS18B20，所以不用读取 64 位序列号，直接发送忽略 rom 命令 skin rom）There are two types of write time slots: “Write 1” time slots and “Write 0” time slots. The bus master uses a Write 1 time slot to write a logic 1 to the DS18B20 and a Write 0 time slot to write a logic 0 to the DS18B20. All write time slots must be a minimum of 60us in duration with a minimum of a 1us recovery time between individual write slots. Both types of write time slots are initiated by the master pulling the 1-Wire bus low写时序有写 1 和写 2 时序，首先将总线拉低电平，拉低后 15us 之内必须把所要向DS18B20 写的数据传到总线上，DS18B20 将在 15us-60us 内采样总线上的数据，如果为高则写 1，为低则写 0；写完一次后释放总线。每两次写数据之间时隙要大于 1us3、读时序：All read time slots must be a minimum of 60us in duration with a minimum of a 1us recovery time between slots. A read time slot is initiated by the master device pulling the 1-Wire bus low for a minimum of 1us and then releasing the bus (see Figure 14). After the master initiates the read time slot, the DS18B20 will begin transmitting a 1 or 0 on bus. The DS18B20 transmits a 1 by leaving the bus high and transmits a 0 by pulling the bus low. Output data from the DS18B20 is valid for 15us after the falling edge that initiated the read time slot. Therefore, the master must release the bus and then sample the bus state within 15us from the start of the slot.读时序时，总线拉低电平大于 1us 后，然后释放总线准备接收 DS18B20 传来的数据，DS18B20 将在总线拉低后 15us 之内将数据传到总线上，因此，控制器必须在拉低电平然后释放总线 15us 之内采样总线上的数据。每次读取一位数据不小于 60us。4、 程序流程图FPGA 控制 DS18B20 实现温度转换的程序流程如下图所示。本实验采用状态机控制各时序。具体请看源码。5、 电源连接DS18B20 可使用寄生电源,可以在 I/ O 引脚处于高电平时 “偷” 些能量,储存在电容中供正常使用,但进行精确转换时需要 I/ O 引脚保持大电流供电,这样对 FPGA 芯片引脚造成很大压力,所以使用 VDD 引脚接外部电源：DS18B20 进行温度转换需要很大电流,工作最大电流可达 1 mA。使用 VDD 引脚接外部电源供电的优点在于 I/ O 线上不需要在温度变换期间保持高电平。这样就可以有效的保护 FPGA 芯片,也可在单总线上放置多数目的 DS18B20。使用外部电源 ,通过发出 Skip ROM 跳过命令,然后发出 Convert T 变换命令,可以完成温度变换。6、显示：控制器从 DS18B20 接收的 16 位温度值为 12 位（大家懂的） ，精度为 0.0625，