DS18B20温度传感器的VHDL实现及数据刷新特性

资源摘要信息:"本资源提供了使用硬件描述语言VHDL实现的DS18B20数字温度传感器的驱动程序。DS18B20是一款常用的数字温度传感器，能够提供9位有效温度数据，每92毫秒自动刷新一次温度测量结果。VHDL（VHSIC Hardware Description Language，超高速集成电路硬件描述语言）是一种广泛用于电子系统设计的编程语言，尤其在FPGA和ASIC设计中占有重要地位。本资源中的VHDL代码实现了与DS18B20通信的逻辑，为获取温度数据提供了硬件层面的支持。" 知识点详细说明： 1. DS18B20温度传感器概述： DS18B20是美国DALLAS半导体公司（现为Maxim Integrated的一部分）生产的一款数字温度传感器。它具有数字信号输出、无需外部元件即可直接转换温度值的特性，工作电压范围宽（3.0V至5.5V），并且具有独特的单总线通信协议。 2. DS18B20的主要特点： - 测量范围宽：-55°C至+125°C - 可编程分辨率：9至12位 - 每次测量的时间间隔可编程，其中本资源中的刷新频率为每92ms一次 - 非易失性温度报警触发器，用于记录高温和低温报警条件 - 支持多点分布式温度测量 - 1-Wire（单总线）接口简化了分布式温度传感应用的硬件设计 - 几乎无需外部元件，具有节省空间的优点 3. VHDL语言基础： VHDL是一种硬件描述语言，用于设计电子系统，特别是数字电路。VHDL可以描述电路的功能、结构和行为，从而在不同层面模拟硬件设计。VHDL广泛应用于FPGA（现场可编程门阵列）、CPLD（复杂可编程逻辑器件）和ASIC（应用特定集成电路）的设计和验证中。 4. VHDL与数字温度传感器的结合： 在本资源中，VHDL代码用于实现与DS18B20传感器通信的协议。由于DS18B20使用单总线协议进行通信，因此在VHDL中需要实现精确的时序控制来满足协议要求。VHDL代码需要定义一个能够发送“复位脉冲”、读取和写入数据位、以及正确处理DS18B20响应的实体。 5. VHDL实现DS18B20温度传感器驱动的关键步骤： - 初始化通信：通过单总线协议复位DS18B20并确保它已经准备好进行通信。 - 发送指令：DS18B20支持多种指令，包括启动温度转换、读取温度寄存器等。VHDL代码必须能够发送正确的指令序列。 - 读取数据：在DS18B20完成温度测量后，VHDL代码需要从传感器读取温度数据。由于传感器的数据位宽为9位，故需要正确地读取和解析数据。 - 温度转换：将DS18B20输出的原始温度数据转换为实际温度值。这通常涉及将数字信号转换为摄氏度，并可能包含缩放和偏移量。 6. VHDL中实现DS18B20时序控制的重要性： DS18B20单总线协议的关键在于时序。VHDL代码必须精确地控制时间间隔，以满足传感器要求。例如，写入时序需要精确的脉冲宽度，读取时序需要在特定时间读取数据位。因此，VHDL中的延时和计时功能是实现DS18B20驱动的核心部分。 7. VHDL程序在实际应用中的部署： VHDL代码在完成编写、模拟和验证后，通常会编译并烧录到FPGA或CPLD上。在实际应用中，VHDL实现的DS18B20驱动程序能够实时监测温度变化，对于需要精确温控的工业、科研或消费电子产品来说非常重要。 通过上述知识的详细说明，可以看出VHDL实现DS18B20温度传感器驱动不仅涉及硬件设计和编程语言知识，也关乎对数字通信协议的理解和应用。本资源中的VHDL文件"ds.vhd"为开发者提供了一套现成的工具，以便在各种嵌入式系统或温度监控项目中实现温度数据的采集和处理。