單總線溫度傳感器的EDA控制方法

1 硬件接口電路

DS18B20是單總線數(shù)字溫度傳感器，測(cè)量溫度范圍從-55℃到125℃，測(cè)量精度為±0.5℃，通過(guò)單總線可直接輸出所測(cè)溫度的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，數(shù)字量的輸出位數(shù)可通過(guò)編程控制，在9位至12位(含符號(hào)位)之間選擇。該器件有三個(gè)端口，分別是電源端、地端、單總線數(shù)據(jù)端，在使用時(shí)將FPGA的I/O口和DS18B20的單總線連接，通過(guò)單總線實(shí)現(xiàn)FPGA與DS18B20之間的數(shù)據(jù)收發(fā)，接口電路如圖1所示。

2 軟件控制程序

控制DS18B20進(jìn)行溫度測(cè)量和讀取主要包括三個(gè)步驟：器件初始化、發(fā)送寫(xiě)寄存器命令和發(fā)送讀寄存器命令，該功能代碼寫(xiě)在核心控制模塊中，軟件流程如圖2所示。其中初始化是通過(guò)FPGA向總線發(fā)送低電平復(fù)位信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為480-600us,然后FPGA釋放總線，單總線經(jīng)過(guò)上拉電阻會(huì)被拉至高電平，當(dāng)DS18B20檢測(cè)到上升沿之后，等待15-60us后將發(fā)出60-256us的低電平存在脈沖作為響應(yīng)，如果FPGA檢測(cè)到響應(yīng)脈沖則初始化成功。

初始化成功后，F(xiàn)PGA通過(guò)向總線發(fā)送命令來(lái)控制傳感器的溫度采集，程序中用到的主要命令如下：0XCC為跳過(guò)ROM檢測(cè)命令;0X44為啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令;0XBE為從DS18B20讀取溫度測(cè)量數(shù)值。

在頂層代碼中除了核心控制模塊外，還包括包括分頻模塊和顯示模塊。

其中，分頻模塊將實(shí)驗(yàn)板上50M Hz時(shí)鐘轉(zhuǎn)換為1MHz輸出到核心控制模塊，用于控制FPGA對(duì)單總線的讀、寫(xiě)時(shí)序。

顯示模塊用于將讀取到的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。由于溫度寄存器默認(rèn)采用12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)來(lái)存儲(chǔ)，最高位為符號(hào)位，溫度分辨率為0.0625℃，如圖3所示。當(dāng)溫度為正數(shù)時(shí)符號(hào)位為0;當(dāng)溫度為負(fù)數(shù)時(shí)符號(hào)位為1,且數(shù)據(jù)位采用補(bǔ)碼的形式。因此，將溫度轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)據(jù)時(shí)，首先判斷符號(hào)位，當(dāng)符號(hào)位為1時(shí)，先由二進(jìn)制數(shù)據(jù)求出原碼，再轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，最后乘以溫度分辨率0.0625得到實(shí)測(cè)溫度;當(dāng)符號(hào)位為0時(shí)，直接將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，再乘以溫度分辨率。

3 系統(tǒng)頂層文件

將編譯好的sof程序下載到實(shí)驗(yàn)板中運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境溫度的測(cè)量和顯示，實(shí)際效果如圖5所示。基于以上方法的溫度控制系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，能夠進(jìn)行多路溫度監(jiān)控，應(yīng)用范圍廣泛。