单总线温度传感器的EDA控制方法
摘要： 基于FPGA在Quartus II软件中使用VHDL语言，对单总线温度传感器进行读写控制及温度显示功能，与传统方法相比具有硬件电路简单、可实现多路控制的优点。
1 硬件接口电路
DS18B20是单总线数字温度传感器，测量温度范围从-55℃到125℃，测量精度为±0.5℃，通过单总线可直接输出所测温度的二进制数据，数字量的输出位数可通过编程控制，在9位至12位(含符号位)之间选择。该器件有三个端口，分别是电源端、地端、单总线数据端，在使用时将FPGA的I/O口和DS18B20的单总线连接，通过单总线实现FPGA与DS18B20之间的数据收发，接口电路如图1所示。
2 软件控制程序
控制DS18B20进行温度测量和读取主要包括三个步骤：器件初始化、发送写寄存器命令和发送读寄存器命令，该功能代码写在核心控制模块中，软件流程如图2所示。其中初始化是通过FPGA向总线发送低电平复位信号，持续时间为480-600us，然后FPGA释放总线，单总线经过上拉电阻会被拉至高电平，当DS18B20检测到上升沿之后，等待15-60us后将发出60-256us的低电平存在脉冲作为响应，如果FPGA检测到响应脉冲则初始化成功。
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初始化成功后，FPGA通过向总线发送命令来控制传感器的温度采集，程序中用到的主要命令如下：0XCC为跳过ROM检测命令;0X44为启动温度转换命令;0XBE为从DS18B20读取温度测量数值。
在顶层代码中除了核心控制模块外，还包括包括分频模块和显示模块。
其中，分频模块将实验板上50M Hz时钟转换为1MHz输出到核心控制模块，用于控制FPGA对单总线的读、写时序。
显示模块用于将读取到的温度数据转换为十进制数据，并通过数码管进行动态显示。由于温度寄存器默认采用12位二进制数据来存储，最高位为符号位，温度分辨率为0.0625℃，如图3所示。当温度为正数时符号位为0;当温度为负数时符号位为1，且数据位采用补码的形式。因此，将温度转换成十进制数据时，首先判断符号位，当符号位为1时，先由二进制数据求出原码，再转换为十进制，最后乘以温度分辨率0.0625得到实测温度;当符号位为0时，直接将二进制转换为十进制，再乘以温度分辨率。
3 系统顶层文件
将编译好的sof程序下载到实验板中运行，能够实现环境温度的测量和显示，实际效果如图5所示。基于以上方法的温度控制系统硬件电路简单，实时性强，能够进行多路温度监控，应用范围广泛。
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