摘 要：基于FPGA在Quartus II軟件中使用VHDL語言，對單總線溫度傳感器進行讀寫控制及溫度顯示功能，與傳統(tǒng)方法相比具有硬件電路簡單、可實現(xiàn)多路控制的優(yōu)點。

　　1 硬件接口電路

　　DS18B20是單總線數(shù)字溫度傳感器，測量溫度范圍從-55℃到125℃，測量為±0.5℃，通過單總線可直接輸出所測溫度的二進制數(shù)據(jù)，數(shù)字量的輸出位數(shù)可通過編程控制，在9位至12位（含符號位）之間選擇。該器件有三個端口，分別是電源端、地端、單總線數(shù)據(jù)端，在使用時將FPGA的I/O口和DS18B20的單總線連接，通過單總線實現(xiàn)FPGA與DS18B20之間的數(shù)據(jù)收發(fā)，接口電路如圖1所示。

　　2 軟件控制程序

　　控制DS18B20進行溫度測量和讀取主要包括三個步驟：器件初始化、發(fā)送寫寄存器命令和發(fā)送讀寄存器命令，該功能代碼寫在控制模塊中，軟件流程如圖2所示。其中初始化是通過FPGA向總線發(fā)送低電平復(fù)位信號，持續(xù)時間為480-600us,然后FPGA釋放總線，單總線經(jīng)過上拉電阻會被拉至高電平，當DS18B20檢測到上升沿之后，等待15-60us后將發(fā)出60-256us的低電平存在脈沖作為響應(yīng)，如果FPGA檢測到響應(yīng)脈沖則初始化成功。

　　初始化成功后，F(xiàn)PGA通過向總線發(fā)送命令來控制傳感器的溫度采集，程序中用到的主要命令如下：0XCC為跳過ROM檢測命令；0X44為啟動溫度轉(zhuǎn)換命令；0XBE為從DS18B20讀取溫度測量數(shù)值。

　　在頂層代碼中除了控制模塊外，還包括包括分頻模塊和顯示模塊。

　　其中，分頻模塊將實驗板上50M Hz時鐘轉(zhuǎn)換為1MHz輸出到控制模塊，用于控制FPGA對單總線的讀、寫時序。

　　顯示模塊用于將讀取到的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)據(jù)，并通過數(shù)碼管進行動態(tài)顯示。由于溫度寄存器默認采用12位二進制數(shù)據(jù)來存儲，位為符號位，溫度分辨率為0.0625℃，如圖3所示。當溫度為正數(shù)時符號位為0;當溫度為負數(shù)時符號位為1,且數(shù)據(jù)位采用補碼的形式。因此，將溫度轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)據(jù)時，首先判斷符號位，當符號位為1時，先由二進制數(shù)據(jù)求出原碼，再轉(zhuǎn)換為十進制，乘以溫度分辨率0.0625得到實測溫度；當符號位為0時，直接將二進制轉(zhuǎn)換為十進制，再乘以溫度分辨率。

　　3 系統(tǒng)頂層文件

　　將編譯好的sof程序到實驗板中運行，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境溫度的測量和顯示，實際效果如圖5所示?；谝陨戏椒ǖ臏囟瓤刂葡到y(tǒng)硬件電路簡單，實時性強，能夠進行多路溫度監(jiān)控，應(yīng)用范圍廣泛。