FPGA實現(xiàn)DS18B20溫度采集

一. 簡介

第八例啦，本例將介紹如何通過FPGA采集DS18B20傳感器的溫度值。

二. DS18B20簡介

通過原理圖可以看出，DS18B20溫度傳感器只有一條總線，可想而知，其結(jié)構(gòu)的簡單化，導(dǎo)致了其操作的復(fù)雜化。更多關(guān)于該傳感器的一些特性參數(shù)，以及性能指標(biāo)，可以詳細(xì)閱讀官網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)手冊。接下來主要講解怎樣使用它。

三. 初始化

• 從圖中可以看出，首先得由我們FPGA將總線拉低，時間為480us以上

• FPGA釋放總線后，再等待一個15-60us

• 然后會由DS18B20將總線拉低，時間為60-240us

• 最后DS18B20也會釋放總線，等待一定時間后（從圖中根據(jù)自己之前的時間可以算出），初始化完成

  
  

四. 寫

這里我們只看上面一行圖，前半部分對應(yīng)寫0的操作，后半部分對應(yīng)著寫1的操作.

• 從圖中可以得出，寫每一位的時鐘周期為60us，然后每一位之間的時間間隔至少為1us

• 寫的時候，先FPGA拉低總線15us，告知DS18B20要接收數(shù)據(jù)了，然后的45us里面根據(jù)數(shù)據(jù)是0還是1，決定FPGA是將數(shù)據(jù)線拉低還是拉高

• 完了之后，F(xiàn)PAG釋放總線，完成一位的數(shù)據(jù)寫入

• 此外每寫入一個字節(jié)后，最好等待50us的時間，再寫下一個字節(jié)

五. 讀

在第三節(jié)的那個圖的第二行中，有完整的讀操作時序可以看到，讀寫的周期數(shù)和每位之間的間隔數(shù)完全相同，只是對應(yīng)的操作稍有變化，但變化不大，先簡要的說明一下

• 前15us為真正的讀取操作，后面的45us可以不用管，F(xiàn)PGA直接釋放總線

• 讀取數(shù)據(jù)在前面的15us內(nèi)完成，具體怎樣可以看下面的這張圖

 1. FPGA先將總線拉低一個T_INT時間，可以定為1.5us 2. 然后FPGA釋放總線，等待一個T_RC時間，也可以定為1.5us 3. 最后，在接下來的時間點，進行采樣讀取數(shù)據(jù)

讀取數(shù)據(jù)的操作在此就完成了。

六. 讀出數(shù)據(jù)的格式

最后再對數(shù)據(jù)的格式進行介紹一下

• 從圖中可以看到，一個溫度數(shù)據(jù)是16位的

• 在Figure2中可以看到每一位下對應(yīng)著的含義，S表示符號位，1為負(fù)數(shù)，0為正數(shù)

• 在Table1中，可以看到一些溫度值，對應(yīng)著的二進制是怎樣表示的，下面舉例說明一下

 +0.5 0000_0000_0000_1000  = 1/2 = 0.5 -0.5 1111_1111_1111_1000  = 0000_0000_0000_0111 + 1 = 0000_0000_0000_1000 = -0.5 負(fù)數(shù)在這里面是存儲的補碼，先要取反，然后加一，最后添負(fù)號

七. 程序

剛開始的時候，可以參考C51編寫的代碼來寫Verilog的代碼，這樣可以很快的知道編寫的流程是怎樣的，以及狀態(tài)機的狀態(tài)有那些和一些注意事項

• 通過下面的C語言讀取溫度的過程，可以看知道讀取溫度的具體步驟

• 先啟動溫度轉(zhuǎn)換，由于溫度轉(zhuǎn)換需要一點時間，所以需要一點等待，然后再進行讀溫度寄存器的命令，然后是讀取溫度了，最后通過上面的Figure2圖進行裝換。

  
  

  

Verilog程序的狀態(tài)機如下圖，可以與上面的C程序很好的對應(yīng)起來

給出Signal Top抓取的信號圖

最后在開發(fā)板上的效果如下圖

就不進行仿真了啦!

需要完整代碼的可以在公眾號FPGA之旅中回復(fù) ：FPGA之旅設(shè)計99例之第八例