Verilog HDL使用状态机实现DS18B20工作逻辑

DS18B20是一种数字温度传感器，其通信协议比较特殊，需要使用状态机来实现其工作逻辑。下面是一个基于Verilog HDL的DS18B20状态机实现：

module ds18b20(
    input clk,       // 时钟信号
    input rst,       // 复位信号
    input start,     // 启动传输信号
    output reg dq    // 数据线信号
);

    // 定义状态机状态
    localparam IDLE = 2'b00;
    localparam RESET = 2'b01;
    localparam START_CONV = 2'b10;
    localparam READ_SCRATCHPAD = 2'b11;
    
    // 定义状态机寄存器
    reg [1:0] state_reg, state_next;
    reg [3:0] cnt_reg, cnt_next;
    reg [7:0] scratchpad_reg, scratchpad_next;
    
    // 初始化寄存器
    initial begin
        state_reg = IDLE;
        cnt_reg = 0;
        scratchpad_reg = 0;
    end
    
    // 定义状态机转移逻辑
    always @ (posedge clk or posedge rst) begin
        if (rst) begin
            state_reg <= IDLE;
            cnt_reg <= 0;
            scratchpad_reg <= 0;
        end else begin
            state_reg <= state_next;
            cnt_reg <= cnt_next;
            scratchpad_reg <= scratchpad_next;
        end
    end
    
    // 定义状态机行为逻辑
    always @ (*) begin
        state_next = state_reg;
        cnt_next = cnt_reg;
        scratchpad_next = scratchpad_reg;
        dq = 1;
        
        case (state_reg)
            IDLE: begin
                cnt_next = 0;
                if (start) begin
                    state_next = RESET;
                end
            end
            
            RESET: begin
                cnt_next = cnt_reg + 1;
                dq = 0;
                if (cnt_reg >= 480) begin
                    state_next = START_CONV;
                end
            end
            
            START_CONV: begin
                cnt_next = cnt_reg + 1;
                dq = 0;
                if (cnt_reg >= 12) begin
                    state_next = READ_SCRATCHPAD;
                end
            end
            
            READ_SCRATCHPAD: begin
                cnt_next = cnt_reg + 1;
                dq = 0;
                if (cnt_reg >= 80) begin
                    scratchpad_next = {dq, scratchpad_reg[7:1]};
                    cnt_next = 1;
                    state_next = READ_SCRATCHPAD;
                end else if (cnt_reg >= 16) begin
                    dq = 1;
                end else if (cnt_reg >= 8) begin
                    dq = scratchpad_reg[0];
                end
            end
        endcase
    end
    
endmodule

在这个Verilog HDL代码中，我们定义了一个包含4个状态的状态机，分别是IDLE、RESET、START_CONV和READ_SCRATCHPAD。其中，IDLE状态表示处于空闲状态，等待启动传输信号；RESET状态表示发送复位信号；START_CONV状态表示发送启动温度转换命令；READ_SCRATCHPAD状态表示读取温度数据。

在状态机的行为逻辑中，我们根据DS18B20通信协议的时序要求，控制数据线dq的输出，以及状态机的状态转移。其中，我们使用计数器cnt来控制时序，使用scratchpad_reg来存储读取到的温度数据。最终，我们可以将这个状态机与其他模块组合起来，实现完整的DS18B20数字温度传感器。