FPGA教学——FPGA实现DS18B20温度采集
2022-08-31
来源：电子技术应用专栏作家 FPGA之旅
一. 简介
第八例啦，本例将介绍如何通过FPGA采集DS18B20传感器的温度值。
二. DS18B20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。
三. 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
四. 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
五. 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
FPGA先将总线拉低一个T_INT时间，可以定为1.5us
然后FPGA释放总线，等待一个T_RC时间，也可以定为1.5us
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。
六. 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
七. 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。
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
给出Signal Top抓取的信号图
最后在开发板上的效果如下图
就不进行仿真了啦!
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电子技术应用专栏作家 FPGA之旅
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