基于FPGA的DS18B20温度传感器Verilog设计与通信协议解析

本文主要探讨了如何利用FPGA (现场可编程门阵列) 进行基于数字温度传感器DS18B20的设计。DS18B20是一种常用的低成本数字温度传感器，它通过一根I/O总线进行数据交互，对通信时序有着严格的要求，以确保数据的正确性和完整性。作者赖青松针对这一特性，设计了一种系统，利用FPGA作为控制器，精确地管理DS18B20与单总线之间的交互。 首先，设计的核心是遵循DS18B20的初始化时序。在这个阶段，控制器会发送一个480us至960us的低电平复位脉冲，确保DS18B20处于可被寻址的状态。接着，控制器释放总线进入接收模式，等待DS18B20的响应。如果设备存在，它会在15us到60us之间产生一个持续60us到240us的信号，表明其已准备好接受进一步操作。 其次，由于设计中仅连接一个DS18B20，因此省去了读取序列号的过程，可以直接进行写操作。写时序分为"Write1"和"Write0"两个时间槽，允许控制器向DS18B20发送数据。这个过程需要严格按照特定的时序规则，确保数据的有效写入。 为了实现温度测量，设计中还包括了DS18B20读取数据的步骤，即在满足特定时序后，通过总线从传感器获取温度值。读取的数据通常是以二进制形式存在的，随后需要将其转换为BCD码以便于数码管显示。这种转换过程要求精确的硬件逻辑支持，以保持数据精度。 整个设计使用Verilog语言编写，这是一门广泛应用于FPGA开发的高级硬件描述语言，能够帮助设计者高效地描述和实现复杂的数据处理和控制逻辑。通过这样的设计，可以构建一个实时、高效且可靠的温度监控系统，适用于各种需要精确温度测量的场合，如工业自动化、环境监测等。 基于FPGA的DS18B20温度传感器设计不仅涉及硬件层面的接口控制，还涵盖了通信协议的理解和应用，以及Verilog编程的技能。它展示了如何通过FPGA技术实现对温度传感器的高效管理，并转化为实际的温度读取和显示功能。