DS18B20温度传感器FPGA实现

一. 简介

通过原理图可以看出,DS18B20温度传感器只有一条总线,可想而知,其结构的简单化,导致了其操作的复杂化。
更多关于该传感器的一些特性参数,以及性能指标,可以详细阅读官网提供的数据手册。
接下来主要讲解怎样使用它。
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二. 初始化

  • 从图中可以看出,首先得由我们FPGA将总线拉低,时间为480us以上
  • FPGA释放总线后,再等待一个15-60us
  • 然后会由DS18B20将总线拉低,时间为60-240us
  • 最后DS18B20也会释放总线,等待一定时间后(从图中根据自己之前的时间可以算出),初始化完成

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三. 写

这里我们只看上面一行图,前半部分对应写0的操作,后半部分对应着写1的操作.

  • 从图中可以得出,写每一位的时钟周期为60us,然后每一位之间的时间间隔至少为1us
  • 写的时候,先FPGA拉低总线15us,告知DS18B20要接收数据了,然后的45us里面根据数据是0还是1,决定FPGA是将数据线拉低还是拉高
  • 完了之后,FPAG释放总线,完成一位的数据写入
  • 此外每写入一个字节后,最好等待50us的时间,再写下一个字节

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四. 读

在第三节的那个图的第二行中,有完整的读操作时序
可以看到,读写的周期数和每位之间的间隔数完全相同,只是对应的操作稍有变化,但变化不大,先简要的说明一下

  • 前15us为真正的读取操作,后面的45us可以不用管,FPGA直接释放总线

  • 读取数据在前面的15us内完成,具体怎样可以看下面的这张图

     1. FPGA先将总线拉低一个T_INT时间,可以定为1.5us
     2. 然后FPGA释放总线,等待一个T_RC时间,也可以定为1.5us
     3. 最后,在接下来的时间点,进行采样读取数据
    

读取数据的操作在此就完成了。

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五. 读出数据的格式

最后再对数据的格式进行介绍一下

  • 从图中可以看到,一个温度数据是16位的

  • 在Figure2中可以看到每一位下对应着的含义,S表示符号位,1为负数,0为正数

  • 在Table1中,可以看到一些温度值,对应着的二进制是怎样表示的,下面举例说明一下

     +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
     负数在这里面是存储的补码,先要取反,然后加一,最后添负号
    

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六. 程序

刚开始的时候,可以参考C51编写的代码来写Verilog的代码,这样可以很快的知道编写的流程是怎样的,以及状态机的状态有那些和一些注意事项。

  • 通过下面的C语言读取温度的过程,可以看知道读取温度的具体步骤
  • 先启动温度转换,由于温度转换需要一点时间,所以需要一点等待,然后再进行读温度寄存器的命令,然后是读取温度了,最后通过上面的Figure2图进行装换。
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Verilog程序的状态机如下图,可以与上面的C程序很好的对应起来
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最后给出Signal Top抓取的信号图
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最后在开发板上的效果如下图
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在我的资源中可以下载完整代码DS18B20
最后欢迎大家关注我的公众号,回复DS18B20同样也可获取完整的代码及对应的C语言的DataSheet文档
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