FPGA实现DS18B20温度传感器驱动

"该文主要讨论了如何在FPGA中实现与DS18B20温度传感器的通信，包括基本的驱动程序设计和信号交互。" 在嵌入式系统和物联网应用中，DS18B20是一款常用的数字温度传感器，因其简单易用和单线通信特性而受到青睐。在FPGA（Field-Programmable Gate Array）平台上与DS18B20的交互需要编写特定的底层驱动程序。本文介绍的程序仅针对连接一个DS18B20的情况，主要关注读取温度16位值的核心功能，而不涉及其他寄存器的读取。 首先，程序涉及到的关键信号和模块接口如下： 1. `clk`：时钟输入，用于同步所有操作。 2. `rst_n`：复位信号，低电平有效，用于初始化系统。 3. `start`：启动信号，触发与DS18B20的数据交换。 4. `mode`：读写控制信号，1表示读，0表示写。 5. `DQ`：数据线，双向信号，用于与DS18B20通信。 6. `rom_command`：器件命令，用于识别DS18B20。 7. `command`：操作命令，如配置或读取温度命令。 8. `ds18b20_read_data`：读取到的16位温度数据。 9. `read_finish`和`command_finish`：读取和发送命令完成的指示信号。 10. `look_dq_in`：用于ChipScope调试的DQ输入值保存。 在处理DQ信号时，由于其是双向信号，不能直接读写。因此，使用`enable_read`标志来控制DQ的输入/输出状态，并通过`DQ_reg`存储DQ的输出值。当`enable_read`为1时，DQ设置为高阻态，允许从DS18B20读取数据；反之，DQ_reg用于设置输出值。`look_dq_in`在读取模式下捕获DQ的输入值，便于调试。 DS18B20通信的关键步骤包括： 1. **复位**：发送一个约65μs的低电平脉冲，将DS18B20从电源独立模式切换到通信模式。 2. **读写操作**：根据`mode`信号决定发送数据还是读取数据。写操作需要发送8位命令，如配置寄存器；读操作则会接收到16位温度数据。 3. **读取存在脉冲**：在读取数据前，需要检测DS18B20的响应，即读取存在脉冲，通常这个脉冲长度为9-12μs。 4. **数据传输**：数据以“1”为高电平、"0"为低电平的正逻辑方式传输，每次传输一位，由DQ线完成。 为了在FPGA程序中实现这些功能，需要设计相应的状态机来控制时序，并确保数据传输的正确性。用户可以根据需求在此基础上扩展，例如读取其他寄存器或支持多个DS18B20传感器。 总结来说，DS18B20在FPGA中的应用需要理解其通信协议和信号处理机制，编写底层驱动程序，以实现与传感器的有效交互。本文提供的程序示例为实现这一目标提供了一个基础框架，开发者可以在此基础上进行修改和扩展，以满足更复杂的应用场景。