【FPGA】单总线——DS18B20

目录

项目:项目(含quartus工程、仿真文件)

[1. 单总线通信时序详解](#1. 单总线通信时序详解)

[1.1 初始化(复位脉冲 + 存在脉冲)](#1.1 初始化(复位脉冲 + 存在脉冲))

[1.2 写时隙(写"0"和写"1")](#1.2 写时隙(写“0”和写“1”))

[1.3 读时隙](#1.3 读时隙)

[2. DS18B20 暂存器与温度数据格式](#2. DS18B20 暂存器与温度数据格式)

[2.1 暂存器结构](#2.1 暂存器结构)

[2.2 温度数据格式(16位补码)](#2.2 温度数据格式(16位补码))

[2.3 常用 ROM 命令](#2.3 常用 ROM 命令)

[3. 温度读取工作流程](#3. 温度读取工作流程)

[3.1 状态机流程(ds18b20_driver.v)](#3.1 状态机流程(ds18b20_driver.v))

[3.2 数据处理流程(data_process.v)](#3.2 数据处理流程(data_process.v))

[4. 系统框架结构](#4. 系统框架结构)

[4.1 顶层模块(sys_top.v)](#4.1 顶层模块(sys_top.v))

[4.2 模块功能说明](#4.2 模块功能说明)

[4.3 数据流图](#4.3 数据流图)

总结


项目:项目(含quartus工程、仿真文件)

1. 单总线通信时序详解

DS18B20 采用单总线(1-Wire)协议进行通信,所有操作都通过一根数据线(DQ)完成,包括初始化、写时隙和读时隙。

1.1 初始化(复位脉冲 + 存在脉冲)

  • 主机行为:拉低总线至少 480µs,然后释放总线。

  • 从机响应:DS18B20 在接收到复位脉冲后,会在 15~60µs 内拉低总线 60~240µs,作为存在脉冲。

  • 代码实现 (ds18b20_driver.v):

bash 复制代码
if(cnt_xx < 480) begin
    dq_out <= 1'b0;
    dq_out_en <= 1'b1;
end else begin
    dq_out <= 1'b0;
    dq_out_en <= 1'b0;
end

1.2 写时隙(写"0"和写"1")

  • 写"0":主机拉低总线至少 60µs。

  • 写"1":主机拉低总线 1~15µs,然后释放总线。

  • 代码实现:

bash 复制代码
if(wr_data[cnt_bit] == 0) begin
    dq_out <= 1'b0;
    dq_out_en <= (cnt_xx < 61) ? 1'b1 : 1'b0;
end else begin
    dq_out <= 1'b0;
    dq_out_en <= (cnt_xx < 1) ? 1'b1 : 1'b0;
end

1.3 读时隙

  • 主机行为:拉低总线 1µs,然后释放并采样。

  • 从机响应:DS18B20 在时隙内保持输出数据。

  • 代码实现:

bash 复制代码
dq_out <= 1'b0;
dq_out_en <= (cnt_xx < 1) ? 1'b1 : 1'b0;
if(cnt_xx == 13)
    rd_data_r[cnt_bit] <= dq_in;

2. DS18B20 暂存器与温度数据格式

2.1 暂存器结构

字节 内容 说明
0-1 温度值 LSB 和 MSB
2-3 TH 和 TL 报警阈值
4 配置寄存器 分辨率设置
5-7 保留
8 CRC 校验码

2.2 温度数据格式(16位补码)

  • 示例 :0x0550 表示 +85.0°C,0xFC90 表示 -55.0°C。

  • 数据处理 (data_process.v):

    bash 复制代码
    src_data <= rd_data[15] ? (~rd_data[10:0] + 1'b1) : rd_data[10:0];

2.3 常用 ROM 命令

命令 值 功能
SKIP_ROM 0xCC 跳过 ROM 寻址
CONVERT_T 0x44 启动温度转换
READ_SCRATCH 0xBE 读取暂存器

3. 温度读取工作流程

3.1 状态机流程(ds18b20_driver.v)

  1. INIT:发送复位脉冲,检测存在脉冲。

  2. SKIP_ROM:发送 0xCC 跳过 ROM 寻址。

  3. CONVERT_T:发送 0x44 启动温度转换。

  4. WAIT:等待 750ms 转换完成。

  5. 再次 INIT 和 SKIP_ROM。

  6. READ_SCRATCH:发送 0xBE 读取暂存器。

  7. RXDATA:读取 2 字节温度数据。

3.2 数据处理流程(data_process.v)

  1. 将补码温度转换为原码。

  2. 将温度值乘以 625(扩大 10000 倍,便于显示小数)。

  3. 使用 binary2bcd 模块将二进制转换为 BCD 码。

  4. 输出到数码管和串口。


4. 系统框架结构

4.1 顶层模块(sys_top.v)

  • 实例化各子模块:

    • ds18b20_driver:驱动温度传感器。

    • data_process:处理温度数据。

    • uart_tx:串口发送数据。

    • seg_driver:驱动数码管。

4.2 模块功能说明

模块名 功能
ds18b20_driver 实现单总线协议,读取温度数据
data_process 数据转换与处理
binary2bcd 二进制转 BCD 码
uart_tx 串口发送数据
seg_driver 动态数码管显示

4.3 数据流图

bash 复制代码
DS18B20 → ds18b20_driver → data_process → uart_tx → PC
                               ↓
                         seg_driver → 数码管

总结

本项目实现了一个基于 FPGA 的 DS18B20 温度测量系统,具备以下特点:

  • ✅ 单总线协议完整实现(初始化、读、写)

  • ✅ 温度数据补码转原码、BCD 转换

  • ✅ 数码管实时显示温度

  • ✅ 串口输出温度值(含小数点)

  • ✅ 状态机控制流程清晰,代码可读性强

适用于嵌入式系统、FPGA 学习、温度监控等场景。

相关推荐
Dev_XH4 小时前
【成品设计】基于单片机的家用智能浇花系统的设计与实现
stm32·单片机·嵌入式硬件·物联网
意法半导体STM325 小时前
【官方原创】LAT1717 STM32N6 如何使用单个XSPI驱动双片相同HyperRAM
stm32·单片机·嵌入式硬件·mcu·stm32n6·hyperram
木子单片机5 小时前
基于单片机的直流电机调速系统设计
单片机·嵌入式硬件·51单片机·nosql·keil
Zwawa7 小时前
两根线怎么挂住一堆设备:I2C 协议原理
c语言·单片机·嵌入式
倔强的胡萝卜9 小时前
基于STM32F103C8T6的温度报警器设计
stm32·单片机·嵌入式硬件
缘来是你远去是我10 小时前
ZYNQ 系列芯片中断机制详解:类型、处理过程与中断处理函数
单片机·嵌入式硬件
Zw-awa10 小时前
两根线怎么挂住一堆设备:I2C 协议原理
stm32
LCG米11 小时前
STM32 定时器主从模式输出精确脉冲数实测:TRGO 触发链拆解、多发一脉冲根因与干净停止时序落地
stm32·单片机·嵌入式硬件·嵌入式
青梅味猪大肠11 小时前
【操作系统-60】临近适应算法
java·linux·开发语言·嵌入式硬件·算法·操作系统
FakeOccupational12 小时前
【电路笔记 STM32】RTC配置:晶振选择+闹钟Configuration+中断设置
笔记·stm32·实时音视频