FPGA与DS18B20型温度传感器通信的实现

文章摘要：3.3操作时序 2所示。从时序图中可以看出，对DS18B20的操作时序要求比较严格。利用FPGA可以实现这些操作时序。4 FPGA与DS18B20的通信4.1 DS18B20的操作模块FPGA需要完成DS18B20的初始化、读取DS18B20的48位ID号、启动DS18B20温度转换、读取温度转化结果。读取48位ID号和读取温度转换结果过程中，FPGA还要实现CRC校验码的计算，保证通信数据的可靠性。 以上操作反复进行，可以用状态机来实现。状态机的各种状态如下：RESET1：对DS18B20进行第一次复位，然后进入DELAY状态，等待800μs后，进入CMD33状态。 CMD33：对DS

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3.3操作时序

　　

2所示。从时序图中可以看出，对DS18B20的操作时序要求比较严格。利用FPGA可以实现这些操作时序。

　　4 FPGA与DS18B20的通信

　　4.1 DS18B20的操作模块

　　FPGA需要完成DS18B20的初始化、读取DS18B20的48位ID号、启动DS18B20温度转换、读取温度转化结果。读

取48位ID号和读取温度转换结果过程中，FPGA还要实现CRC校验码的计算，保证通信数据的可靠性。

　　以上操作反复进行，可以用状态机来实现。状态机的各种状态如下：

　RESET1：对DS18B20进行第一次复位，然后进入DELAY状态，等待800μs后，进入CMD33状态。
    CMD33：对DS18B20发出0×33命令，读取48位ID值。
    GET_ID：从DS18B20中读取48位ID值。
    RESET2：对DS18B20进行第二次复位，然后进入DELAY状态等待800μs后，进入CMDCC状态。
    CMDCC：向DS18B20发出忽略ROM命令，为进入下一状态作准备。
    CMD44：向DS18B20发出启动温度转换命令，然后进入DELAY状态等待900ms后进入下一状态。
    RESET3：对DS18B20进行第三次复位。
    CMDCC2：

向DS18B20发出忽略ROM命令，为了进入下一状态作准备。
    GET_TEMP：从DS18B20中读取温度测量数值。
    DELAY：等待状态。
    WRITE_BIT：向DS18B20中写入数据位状态。
    READ_BIT：从DS18B20中读取数据位状态。在该状态中每读取1位数据，同时完成该数据位的CRC校验计算。所有数据都读取后，还要读取8位CRC校验位。这8位校验位也经过CRC校验计算，如果通信没有错误，总的CRC校验结果应该是0。这时可将通信正确的数据保存到id和temp_data寄存器中。

　　设计中采用Verilog语言建立DS18B20操作模块”DS18B20_PROC”。在该模块中实现以上的状态机功能。该模块的定义为module DS18B20 PROC(sysclk，reset，dq_pim，id，temp_data，dq_ctl)。
 

从仿真波形可以看出，系统上电后的10ms左右，FPGA可以读出DS18B20的48位ID值，这样，主CPU在系统复位后很短的时间内就可以读取ID值，进行相应的处理。

　　4.2 FPGA与CPU的接口

　　在FPGA中，要实现对DS18B20的通信处理，主模块要实现对DS18B20_PROC模块的调用及建立与CPU之间的接口。

　　与CPU之间的接口通过建立若干寄存器实现。温度测量值和48位ID可以用4个16位寄存器保存。CPU通过读取这些寄存器可以获得温度测量数值和48位ID值。

　　CPU、FPGA及DS18B20的连接原理如图4所示。
 

　　5 结束语

　　在系统中，FPGA可以分担许多主处理器的工作，提高整体实时性，降低CPU处理的严格实时约束，从而降低CPU软件处理的难度。同时，由于ACTEL公司的ProASICplus系列FPGA的保密特性，可以增强产品知识产权的保护。

　　本设计应用在电力监控产品中。测量出的装置内部温度用于电量测量精度补偿和报警，对保证产品测量精度和可靠运行具有重要意义。48位ID值用于产品的惟一编码标识和以太网MAC地址，便于产品生产、维护和管理。

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