單總線溫度傳感器的EDA控制方法

1 硬件接口電路

DS18B20是單總線數字溫度傳感器，測量溫度范圍從-55℃到125℃，測量精度為±0.5℃，通過單總線可直接輸出所測溫度的二進制數據，數字量的輸出位數可通過編程控制，在9位至12位(含符號位)之間選擇。該器件有三個端口，分別是電源端、地端、單總線數據端，在使用時將FPGA的I/O口和DS18B20的單總線連接，通過單總線實現FPGA與DS18B20之間的數據收發，接口電路如圖1所示。

2 軟件控制程序

控制DS18B20進行溫度測量和讀取主要包括三個步驟：器件初始化、發送寫寄存器命令和發送讀寄存器命令，該功能代碼寫在核心控制模塊中，軟件流程如圖2所示。其中初始化是通過FPGA向總線發送低電平復位信號，持續時間為480-600us,然后FPGA釋放總線，單總線經過上拉電阻會被拉至高電平，當DS18B20檢測到上升沿之后，等待15-60us后將發出60-256us的低電平存在脈沖作為響應，如果FPGA檢測到響應脈沖則初始化成功。

初始化成功后，FPGA通過向總線發送命令來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ROM檢測命令;0X44為啟動溫度轉換命令;0XBE為從DS18B20讀取溫度測量數值。

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，分頻模塊將實驗板上50M Hz時鐘轉換為1MHz輸出到核心控制模塊，用于控制FPGA對單總線的讀、寫時序。

顯示模塊用于將讀取到的溫度數據轉換為十進制數據，并通過數碼管進行動態顯示。由于溫度寄存器默認采用12位二進制數據來存儲，最高位為符號位，溫度分辨率為0.0625℃，如圖3所示。當溫度為正數時符號位為0;當溫度為負數時符號位為1,且數據位采用補碼的形式。因此，將溫度轉換成十進制數據時，首先判斷符號位，當符號位為1時，先由二進制數據求出原碼，再轉換為十進制，最后乘以溫度分辨率0.0625得到實測溫度;當符號位為0時，直接將二進制轉換為十進制，再乘以溫度分辨率。

3 系統頂層文件

將編譯好的sof程序下載到實驗板中運行，能夠實現環境溫度的測量和顯示，實際效果如圖5所示。基于以上方法的溫度控制系統硬件電路簡單，實時性強，能夠進行多路溫度監控，應用范圍廣泛。