【FPGA】单总线——DS18B20
目录
项目：项目（含quartus工程、仿真文件）
1. 单总线通信时序详解
1.1 初始化（复位脉冲 + 存在脉冲）
1.2 写时隙（写“0”和写“1”）
1.3 读时隙
2. DS18B20 暂存器与温度数据格式
2.1 暂存器结构
2.2 温度数据格式（16位补码）
2.3 常用 ROM 命令
3. 温度读取工作流程
3.1 状态机流程（ds18b20_driver.v）
3.2 数据处理流程（data_process.v）
4. 系统框架结构
4.1 顶层模块（sys_top.v）
4.2 模块功能说明
4.3 数据流图
总结
项目：项目（含quartus工程、仿真文件）
1. 单总线通信时序详解
DS18B20 采用单总线（1-Wire）协议进行通信，所有操作都通过一根数据线（DQ）完成，包括初始化、写时隙和读时隙。
1.1 初始化（复位脉冲 + 存在脉冲）
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主机行为：拉低总线至少 480µs，然后释放总线。
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从机响应：DS18B20 在接收到复位脉冲后，会在 15~60µs 内拉低总线 60~240µs，作为存在脉冲。
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代码实现（
ds18b20_driver.v）：
if(cnt_xx < 480) begindq_out <= 1'b0;dq_out_en <= 1'b1;
end else begindq_out <= 1'b0;dq_out_en <= 1'b0;
end1.2 写时隙（写“0”和写“1”）
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写“0”：主机拉低总线至少 60µs。
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写“1”：主机拉低总线 1~15µs，然后释放总线。
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代码实现：
if(wr_data[cnt_bit] == 0) begindq_out <= 1'b0;dq_out_en <= (cnt_xx < 61) ? 1'b1 : 1'b0;
end else begindq_out <= 1'b0;dq_out_en <= (cnt_xx < 1) ? 1'b1 : 1'b0;
end1.3 读时隙
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主机行为：拉低总线 1µs，然后释放并采样。
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从机响应：DS18B20 在时隙内保持输出数据。
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代码实现：
dq_out <= 1'b0;
dq_out_en <= (cnt_xx < 1) ? 1'b1 : 1'b0;
if(cnt_xx == 13)rd_data_r[cnt_bit] <= dq_in;2. DS18B20 暂存器与温度数据格式
2.1 暂存器结构
| 字节 | 内容 | 说明 |
|---|---|---|
| 0-1 | 温度值 | LSB 和 MSB |
| 2-3 | TH 和 TL | 报警阈值 |
| 4 | 配置寄存器 | 分辨率设置 |
| 5-7 | 保留 | |
| 8 | CRC | 校验码 |
2.2 温度数据格式（16位补码）
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示例：
0x0550表示 +85.0°C，0xFC90表示 -55.0°C。 -
数据处理（
data_process.v）：src_data <= rd_data[15] ? (~rd_data[10:0] + 1'b1) : rd_data[10:0];
2.3 常用 ROM 命令
| 命令 | 值 | 功能 |
|---|---|---|
| SKIP_ROM | 0xCC | 跳过 ROM 寻址 |
| CONVERT_T | 0x44 | 启动温度转换 |
| READ_SCRATCH | 0xBE | 读取暂存器 |
3. 温度读取工作流程
3.1 状态机流程（ds18b20_driver.v）
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INIT：发送复位脉冲，检测存在脉冲。
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SKIP_ROM：发送 0xCC 跳过 ROM 寻址。
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CONVERT_T：发送 0x44 启动温度转换。
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WAIT：等待 750ms 转换完成。
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再次 INIT 和 SKIP_ROM。
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READ_SCRATCH：发送 0xBE 读取暂存器。
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RXDATA：读取 2 字节温度数据。
3.2 数据处理流程（data_process.v）
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将补码温度转换为原码。
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将温度值乘以 625（扩大 10000 倍，便于显示小数）。
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使用
binary2bcd模块将二进制转换为 BCD 码。 -
输出到数码管和串口。
4. 系统框架结构
4.1 顶层模块（sys_top.v）
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实例化各子模块：
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ds18b20_driver：驱动温度传感器。 -
data_process：处理温度数据。 -
uart_tx：串口发送数据。 -
seg_driver：驱动数码管。
-
4.2 模块功能说明
| 模块名 | 功能 |
|---|---|
ds18b20_driver | 实现单总线协议，读取温度数据 |
data_process | 数据转换与处理 |
binary2bcd | 二进制转 BCD 码 |
uart_tx | 串口发送数据 |
seg_driver | 动态数码管显示 |
4.3 数据流图
DS18B20 → ds18b20_driver → data_process → uart_tx → PC↓seg_driver → 数码管总结
本项目实现了一个基于 FPGA 的 DS18B20 温度测量系统，具备以下特点：
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✅ 单总线协议完整实现（初始化、读、写）
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✅ 温度数据补码转原码、BCD 转换
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✅ 数码管实时显示温度
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✅ 串口输出温度值（含小数点）
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✅ 状态机控制流程清晰，代码可读性强
适用于嵌入式系统、FPGA 学习、温度监控等场景。