文章目錄

• 1. DS18B20簡介
• • 1.1 命令
  • 1.2 數據格式
  • 1.3 數據時序
• 2. 程序設計

1. DS18B20簡介

DS18B20是常用的數字溫度傳感器，其輸出數字信號來表示溫度，具有體積小，硬件開發開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。

由于封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域，也可應用于鍋爐測溫，機房測溫，農業大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種場合。

DS18B20測量溫度范圍為-55~+125℃，精度為+/-0.5℃,最大轉換時間為750ms。

1.1 命令

DS18B20的命令分為兩類，分別是ROM功能命令和RAM功能命令。
ROM功能命令是對64位ROM進行操作：
33H：讀ROM
55H：匹配ROM
CCH：跳過ROM
F0H：搜索ROM
ECH：報警搜索命令
如果主機只對一個DS18B20進行操作，就不需要讀取ROM編碼以及匹配ROM編碼，只要用跳過ROM（CCH），就可以進行下一步對高速緩存器的操作。

主機發出對ROM的操作命令之后，就進一步發出對RAM的命令。


如果使用寄生電源，總控制器必須在發出溫度轉換后立即啟動強上拉，并保持500ms

1.2 數據格式

DS18B20在出廠時默認配置溫度數據位為12位（補碼），其中最高位為符號位。即溫度值共11位，最低四位為小數位；低11位的二進制數轉化為十進制數后再乘以0.0625得到所測的實際溫度值。BYTE1前5位同時變化，前5位均為1時，讀取的溫度為負值。

1.3 數據時序

主機和從機（DS18B20）間的任何通訊都需要以初始化序列開始：

每次讀寫操作至少需要60us，在兩次寫操作之間至少需要1us的恢復時間；
寫操作起始于主機拉低數據總線：
寫0：在主機拉低數據線后，保持低電平即可（至少60us）；
寫1：主機拉低總線（至少1us）后，接著必須在15us之內釋放總線

在寫操作開始后15us~60us期間，單總線期間采樣總電平狀態。
如果在此期間采樣值為高電平，則邏輯1寫入期間；如果為0，寫入邏輯0。

每次讀操作至少要60us，在兩次讀操作期間至少需要1us的恢復時間；
讀操作由主機發起，至少拉低總線1us。
在主機發起讀操作之后，單總線器件才開始在總線上發送0或1.
若主機發送1，則保持總線為高電平；若發出0，則拉低總線。

從機發出的數據在其實時隙之后，保持有效時間15us，因此主機在讀時隙器件必須釋放總線，并且在時隙起始后的15us之內采樣總線狀態。

DS18B20的典型溫度讀取過程：
初始化->發跳過ROM命令（CCH）->發溫度轉換命令（44H）->延時->初始化->發跳過ROM命令（CCH）->發讀存儲器命令（BEH）->連續讀出兩個字節溫度數據->結束或開始下一循環。

2. 程序設計

使用FOGA開發板通過DS18B20采集溫度，并將采集的溫度值（帶符號位）用數碼管顯示。
系統框圖

代碼

module temp_disp(input sys_clk , //輸入的系統時鐘input sys_rst_n , //輸入的復位信號inout dq , //ds18b20溫度傳感器單總線output [5:0] sel , //輸出數碼管位選信號output [7:0] seg_led //輸出數碼管段選信號 );//parameter define parameter POINT = 6'b000100; // 數碼管小數點的位置//wire define wire [19:0] temp_data; // 溫度數值 wire sign; // 符號位//***************************************************** //** main code //*****************************************************//例化動態數碼管驅動模塊 seg_led u_seg_led(//module clock.clk (sys_clk ), // 時鐘信號.rst_n (sys_rst_n), // 復位信號//seg_led interface.seg_sel (sel ), // 位選.seg_led (seg_led ), // 段選//user interface.data (temp_data), // 顯示的數值.point (POINT ), // 小數點具體顯示的位置,從高到低,高電平有效.en (1'b1 ), // 數碼管使能信號.sign (sign ) // 符號位（高電平顯示“-”號） );//例化DS18B20驅動模塊 ds18b20_dri u1_ds18b20_dri(//module clock.clk (sys_clk ), // 時鐘信號（50MHz）.rst_n (sys_rst_n), // 復位信號//user interface.dq (dq ), // DS18B20的DQ引腳數據.temp_data (temp_data), // 轉換后得到的溫度值.sign (sign ) // 符號位 );endmodule module ds18b20_dri(//module clockinput clk , // 時鐘信號（50MHz）input rst_n , // 復位信號//user interfaceinout dq , // DS18B20的DQ引腳數據output reg [19:0] temp_data , // 轉換后得到的溫度值output reg sign // 符號位 );//parameter define localparam ROM_SKIP_CMD = 8'hcc; // 跳過 ROM 命令 localparam CONVERT_CMD = 8'h44; // 溫度轉換命令 localparam READ_TEMP = 8'hbe; // 讀 DS1820 溫度暫存器命令 //state define localparam init = 3'd1 ; // 初始化狀態 localparam rom_skip = 3'd2 ; // 加載跳過ROM命令 localparam wr_byte = 3'd3 ; // 寫字節狀態 localparam temp_convert = 3'd4 ; // 加載溫度轉換命令 localparam delay = 3'd5 ; // 延時等待溫度轉換結束 localparam rd_temp = 3'd6 ; // 加載讀溫度命令 localparam rd_byte = 3'd7 ; // 讀字節狀態//reg define reg [ 4:0] cnt ; // 分頻計數器 reg clk_1us ; // 1MHz時鐘 reg [19:0] cnt_1us ; // 微秒計數 reg [ 2:0] cur_state ; // 當前狀態 reg [ 2:0] next_state ; // 下一狀態 reg [ 3:0] flow_cnt ; // 流轉計數 reg [ 3:0] wr_cnt ; // 寫計數 reg [ 4:0] rd_cnt ; // 讀計數 reg [ 7:0] wr_data ; // 寫入DS18B20的數據 reg [ 4:0] bit_width ; // 讀取的數據的位寬 reg [15:0] rd_data ; // 采集到的數據 reg [15:0] org_data ; // 讀取到的原始溫度數據 reg [10:0] data1 ; // 對原理溫度進行符號處理 reg [ 3:0] cmd_cnt ; // 發送命令計數 reg init_done ; // 初始化完成信號 reg st_done ; // 完成信號 reg cnt_1us_en ; // 使能計時 reg dq_out ; // DS18B20的dq輸出//wire define wire [19:0] data2 ; // 對處理后的進行轉換處理//***************************************************** //** main code //*****************************************************assign dq = dq_out;//分頻生成1MHz的時鐘信號 always @ (posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begincnt <= 5'b0;clk_1us <= 1'b0;endelse if(cnt < 5'd24) begincnt <= cnt + 1'b1;clk_1us <= clk_1us;endelse begincnt <= 5'b0;clk_1us <= ~clk_1us;end end//微秒計時 always @ (posedge clk_1us or negedge rst_n) beginif (!rst_n)cnt_1us <= 20'b0;else if (cnt_1us_en)cnt_1us <= cnt_1us + 1'b1;elsecnt_1us <= 20'b0; end//狀態跳轉 always @ (posedge clk_1us or negedge rst_n) beginif(!rst_n)cur_state <= init;else cur_state <= next_state; end//組合邏輯狀態判斷轉換條件 always @( * ) begincase(cur_state)init: begin // 初始化狀態if (init_done)next_state = rom_skip;elsenext_state = init;endrom_skip: begin // 加載跳過ROM命令if(st_done)next_state = wr_byte;elsenext_state = rom_skip;endwr_byte: begin // 發送命令if(st_done)case(cmd_cnt) // 根據命令序號，判斷下個狀態4'b1: next_state = temp_convert;4'd2: next_state = delay;4'd3: next_state = rd_temp;4'd4: next_state = rd_byte;default: next_state = temp_convert;endcaseelsenext_state = wr_byte;endtemp_convert: begin // 加載溫度轉換命令if(st_done)next_state = wr_byte;elsenext_state = temp_convert;enddelay: begin // 延時等待溫度轉換結束if(st_done)next_state = init;elsenext_state = delay;endrd_temp: begin // 加載讀溫度命令if(st_done)next_state = wr_byte;elsenext_state = rd_temp;endrd_byte: begin // 讀數據線上的數據if(st_done)next_state = init;elsenext_state = rd_byte;enddefault: next_state = init;endcase end//整個操作步驟為初始化、發送跳過ROM操作命令、發送溫度轉換指令、 //再初始化、再發送跳過ROM操作指令、發送讀數據指令。 always @ (posedge clk_1us or negedge rst_n) beginif(!rst_n) beginflow_cnt <= 4'b0;init_done <= 1'b0;cnt_1us_en <= 1'b1;dq_out <= 1'bZ;st_done <= 1'b0;rd_data <= 16'b0;rd_cnt <= 5'd0;wr_cnt <= 4'd0;cmd_cnt <= 3'd0;endelse beginst_done <= 1'b0;case (next_state)init:begin //初始化init_done <= 1'b0;case(flow_cnt)4'd0:flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;4'd1: begin //發出500us復位脈沖cnt_1us_en <= 1'b1; if(cnt_1us < 20'd500)dq_out <= 1'b0; else begincnt_1us_en <= 1'b0;dq_out <= 1'bz;flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;endend4'd2:begin //釋放總線，等待30uscnt_1us_en <= 1'b1;if(cnt_1us < 20'd30)dq_out <= 1'bz;elseflow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;end4'd3: begin //檢測響應信號if(!dq)flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;elseflow_cnt <= flow_cnt;end4'd4: begin //等待初始化結束if(cnt_1us == 20'd500) begincnt_1us_en <= 1'b0;init_done <= 1'b1; //初始化完成flow_cnt <= 4'd0;endelseflow_cnt <= flow_cnt;enddefault: flow_cnt <= 4'd0;endcaseendrom_skip: begin //加載跳過ROM操作指令wr_data <= ROM_SKIP_CMD;flow_cnt <= 4'd0;st_done <= 1'b1;endwr_byte: begin //寫字節狀態（發送指令）if(wr_cnt <= 4'd7) begincase (flow_cnt)4'd0: begindq_out <= 1'b0; //拉低數據線，開始寫操作cnt_1us_en <= 1'b1; //啟動計時器flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;end4'd1: begin //數據線拉低1usflow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;end4'd2: beginif(cnt_1us < 20'd60) //發送數據dq_out <= wr_data[wr_cnt];else if(cnt_1us < 20'd63) dq_out <= 1'bz; //釋放總線（發送間隔）elseflow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;end4'd3: begin //發送1位數據完成flow_cnt <= 0;cnt_1us_en <= 1'b0;wr_cnt <= wr_cnt + 1'b1;//寫計數器加1enddefault : flow_cnt <= 0;endcaseendelse begin //發送指令（1Byte）結束st_done <= 1'b1;wr_cnt <= 4'b0;cmd_cnt <= (cmd_cnt == 3'd4) ? //標記當前發送的指令序號3'd1 : (cmd_cnt+ 1'b1);endendtemp_convert: begin //加載溫度轉換命令wr_data <= CONVERT_CMD;st_done <= 1'b1;enddelay: begin //延時500ms等待溫度轉換結束cnt_1us_en <= 1'b1;if(cnt_1us == 20'd500000) beginst_done <= 1'b1;cnt_1us_en <= 1'b0;end end rd_temp: begin //加載讀溫度命令wr_data <= READ_TEMP;bit_width <= 5'd16; //指定讀數據個數st_done <= 1'b1;endrd_byte: begin //接收16位溫度數據if(rd_cnt < bit_width) begincase(flow_cnt)4'd0: begincnt_1us_en <= 1'b1;dq_out <= 1'b0; //拉低數據線，開始讀操作flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;end4'd1: begindq_out <= 1'bz; //釋放總線并在15us內接收數據if(cnt_1us == 20'd14) beginrd_data <= {dq,rd_data[15:1]};flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1 ;endend4'd2: beginif (cnt_1us <= 20'd64) //讀1位數據結束dq_out <= 1'bz;else beginflow_cnt <= 4'd0; rd_cnt <= rd_cnt + 1'b1;//讀計數器加1cnt_1us_en <= 1'b0;endenddefault : flow_cnt <= 4'd0;endcaseendelse beginst_done <= 1'b1;org_data <= rd_data;rd_cnt <= 5'b0;endenddefault: ;endcaseend end//判斷符號位 always @(posedge clk_1us or negedge rst_n) beginif(!rst_n) beginsign <= 1'b0;data1 <= 11'b0;endelse if(org_data[15] == 1'b0) beginsign <= 1'b0;data1 <= org_data[10:0];endelse if(org_data[15] == 1'b1) beginsign <= 1'b1;data1 <= ~org_data[10:0] + 1'b1;end end//對采集到的溫度進行轉換 assign data2 = (data1 * 11'd625)/ 7'd100;//溫度輸出 always @(posedge clk_1us or negedge rst_n) beginif(!rst_n)temp_data <= 20'b0;elsetemp_data <= data2; endendmodule module seg_led(input clk , // 時鐘信號input rst_n , // 復位信號input [19:0] data , // 6位數碼管要顯示的數值input [5:0] point , // 小數點具體顯示的位置,從高到低,高電平有效input en , // 數碼管使能信號input sign , // 符號位（高電平顯示“-”號）output reg [5:0] seg_sel, // 數碼管位選，最左側數碼管為最高位output reg [7:0] seg_led // 數碼管段選);//parameter define localparam CLK_DIVIDE = 4'd10 ; // 時鐘分頻系數 localparam MAX_NUM = 13'd5000 ; // 對數碼管驅動時鐘(5MHz)計數1ms所需的計數值//reg define reg [ 3:0] clk_cnt ; // 時鐘分頻計數器 reg dri_clk ; // 數碼管的驅動時鐘,5MHz reg [23:0] num ; // 24位bcd碼寄存器 reg [12:0] cnt0 ; // 數碼管驅動時鐘計數器 reg flag ; // 標志信號（標志著cnt0計數達1ms） reg [2:0] cnt_sel ; // 數碼管位選計數器 reg [3:0] num_disp ; // 當前數碼管顯示的數據 reg dot_disp ; // 當前數碼管顯示的小數點//wire define wire [3:0] data0 ; // 個位數 wire [3:0] data1 ; // 十位數 wire [3:0] data2 ; // 百位數 wire [3:0] data3 ; // 千位數 wire [3:0] data4 ; // 萬位數 wire [3:0] data5 ; // 十萬位數//***************************************************** //** main code //*****************************************************//提取顯示數值所對應的十進制數的各個位 assign data0 = data % 4'd10; // 個位數 assign data1 = data / 4'd10 % 4'd10 ; // 十位數 assign data2 = data / 7'd100 % 4'd10 ; // 百位數 assign data3 = data / 10'd1000 % 4'd10 ; // 千位數 assign data4 = data / 14'd10000 % 4'd10; // 萬位數 assign data5 = data / 17'd100000; // 十萬位數//對系統時鐘10分頻，得到的頻率為5MHz的數碼管驅動時鐘dri_clk always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n) beginclk_cnt <= 4'd0;dri_clk <= 1'b1;endelse if(clk_cnt == CLK_DIVIDE/2 - 1'd1) beginclk_cnt <= 4'd0;dri_clk <= ~dri_clk;endelse beginclk_cnt <= clk_cnt + 1'b1;dri_clk <= dri_clk;end end//將20位2進制數轉換為8421bcd碼(即使用4位二進制數表示1位十進制數） always @ (posedge dri_clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n)num <= 24'b0;else beginif (data5 || point[5]) begin //如果顯示數據為6位十進制數，num[23:20] <= data5; //則依次給6位數碼管賦值num[19:16] <= data4;num[15:12] <= data3;num[11:8] <= data2;num[ 7:4] <= data1;num[ 3:0] <= data0;endelse begin if (data4 || point[4]) begin //如果顯示數據為5位十進制數，則給低5位數碼管賦值num[19:0] <= {data4,data3,data2,data1,data0};if(sign) num[23:20] <= 4'd11; //如果需要顯示負號，則最高位（第6位）為符號位elsenum[23:20] <= 4'd10; //不需要顯示負號時，則第6位不顯示任何字符endelse begin //如果顯示數據為4位十進制數，則給低4位數碼管賦值if (data3 || point[3]) beginnum[15: 0] <= {data3,data2,data1,data0};num[23:20] <= 4'd10; //第6位不顯示任何字符if(sign) //如果需要顯示負號，則最高位（第5位）為符號位num[19:16] <= 4'd11;else //不需要顯示負號時，則第5位不顯示任何字符num[19:16] <= 4'd10;endelse begin //如果顯示數據為3位十進制數，則給低3位數碼管賦值if (data2 || point[2]) beginnum[11: 0] <= {data2,data1,data0};//第6、5位不顯示任何字符num[23:16] <= {2{4'd10}};if(sign) //如果需要顯示負號，則最高位（第4位）為符號位num[15:12] <= 4'd11;else //不需要顯示負號時，則第4位不顯示任何字符num[15:12] <= 4'd10;endelse begin //如果顯示數據為2位十進制數，則給低2位數碼管賦值if (data1 || point[1]) beginnum[ 7: 0] <= {data1,data0};//第6、5、4位不顯示任何字符num[23:12] <= {3{4'd10}};if(sign) //如果需要顯示負號，則最高位（第3位）為符號位num[11:8] <= 4'd11;else //不需要顯示負號時，則第3位不顯示任何字符num[11:8] <= 4'd10;endelse begin //如果顯示數據為1位十進制數，則給最低位數碼管賦值num[3:0] <= data0;//第6、5位不顯示任何字符num[23:8] <= {4{4'd10}};if(sign) //如果需要顯示負號，則最高位（第2位）為符號位num[7:4] <= 4'd11;else //不需要顯示負號時，則第2位不顯示任何字符num[7:4] <= 4'd10;endendendendendend end//每當計數器對數碼管驅動時鐘計數時間達1ms，輸出一個時鐘周期的脈沖信號 always @ (posedge dri_clk or negedge rst_n) beginif (rst_n == 1'b0) begincnt0 <= 13'b0;flag <= 1'b0;endelse if (cnt0 < MAX_NUM - 1'b1) begincnt0 <= cnt0 + 1'b1;flag <= 1'b0;endelse begincnt0 <= 13'b0;flag <= 1'b1;end end//cnt_sel從0計數到5，用于選擇當前處于顯示狀態的數碼管 always @ (posedge dri_clk or negedge rst_n) beginif (rst_n == 1'b0)cnt_sel <= 3'b0;else if(flag) beginif(cnt_sel < 3'd5)cnt_sel <= cnt_sel + 1'b1;elsecnt_sel <= 3'b0;endelsecnt_sel <= cnt_sel; end//控制數碼管位選信號，使6位數碼管輪流顯示 always @ (posedge dri_clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n) beginseg_sel <= 6'b111111; //位選信號低電平有效num_disp <= 4'b0; dot_disp <= 1'b1; //共陽極數碼管，低電平導通endelse beginif(en) begincase (cnt_sel)3'd0 :beginseg_sel <= 6'b111110; //顯示數碼管最低位num_disp <= num[3:0] ; //顯示的數據dot_disp <= ~point[0]; //顯示的小數點end3'd1 :beginseg_sel <= 6'b111101; //顯示數碼管第1位num_disp <= num[7:4] ;dot_disp <= ~point[1];end3'd2 :beginseg_sel <= 6'b111011; //顯示數碼管第2位num_disp <= num[11:8];dot_disp <= ~point[2];end3'd3 :beginseg_sel <= 6'b110111; //顯示數碼管第3位num_disp <= num[15:12];dot_disp <= ~point[3];end3'd4 :beginseg_sel <= 6'b101111; //顯示數碼管第4位num_disp <= num[19:16];dot_disp <= ~point[4];end3'd5 :beginseg_sel <= 6'b011111; //顯示數碼管最高位num_disp <= num[23:20];dot_disp <= ~point[5];enddefault :beginseg_sel <= 6'b111111;num_disp <= 4'b0;dot_disp <= 1'b1;endendcaseendelse beginseg_sel <= 6'b111111; //使能信號為0時，所有數碼管均不顯示num_disp <= 4'b0;dot_disp <= 1'b1;endend end//控制數碼管段選信號，顯示字符 always @ (posedge dri_clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n)seg_led <= 8'hc0;else begincase (num_disp)4'd0 : seg_led <= {dot_disp,7'b1000000}; //顯示數字 04'd1 : seg_led <= {dot_disp,7'b1111001}; //顯示數字 14'd2 : seg_led <= {dot_disp,7'b0100100}; //顯示數字 24'd3 : seg_led <= {dot_disp,7'b0110000}; //顯示數字 34'd4 : seg_led <= {dot_disp,7'b0011001}; //顯示數字 44'd5 : seg_led <= {dot_disp,7'b0010010}; //顯示數字 54'd6 : seg_led <= {dot_disp,7'b0000010}; //顯示數字 64'd7 : seg_led <= {dot_disp,7'b1111000}; //顯示數字 74'd8 : seg_led <= {dot_disp,7'b0000000}; //顯示數字 84'd9 : seg_led <= {dot_disp,7'b0010000}; //顯示數字 94'd10: seg_led <= 8'b11111111; //不顯示任何字符4'd11: seg_led <= 8'b10111111; //顯示負號(-)default: seg_led <= {dot_disp,7'b1000000};endcaseend endendmodule

總結

以上是生活随笔為你收集整理的数字温度传感器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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