1、DS18B20數(shù)字溫度傳感器
本文將使用三段式狀態(tài)機（Moore型）的寫法來對DS18B20進行測溫操作，以便了解DS18B20和熟悉三段式狀態(tài)機的寫法。
1.1、概述
溫度傳感器（temperature transducer）是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器， 是各種傳感器中最常用的一種。隨著現(xiàn)代儀器的發(fā)展，微型化、集成化、數(shù)字化正成為傳感器發(fā)展的一個重要方向。
美國DALLAS半導體公司推出的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20采用單總線協(xié)議，即與FPGA接口僅需占用一個I/O端口，無須任何外部元件，直接 將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，以數(shù)字碼方式串行輸出，從而大大簡化了傳感器與FPGA的接口設計。
引腳如下圖：
1.2、結(jié)構(gòu)組成
DS18B20測量溫度范圍為-55 ~ +125℃，精度為±0.5℃。現(xiàn)場（實時）溫度直接以“單總線” 的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9 ~ l2位的數(shù)字值讀數(shù)方式。它工作在3~5.5V的電壓范圍，采用多種封裝形式，從而使系統(tǒng)設計靈活、方便，設定分辨率及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后 依然保存。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖：
高速緩存器的結(jié)構(gòu)框圖如下：
由上圖可知DS18B20的高速緩存器共有9個8位寄存器，其中溫度數(shù)據(jù)低位（LSB）對應字節(jié) 地址0，溫度數(shù)據(jù)高位（MSB）對應字節(jié)地址1，以此類推，配置寄存器的字節(jié)地址為4。溫度數(shù)據(jù)存放的格式如下圖：
DS18B20在出廠時默認配置溫度數(shù)據(jù)為12位，其中最高位為符號位，即溫度值共11位，最低四位為小數(shù)位。FPGA在讀取溫度數(shù)據(jù)時，一次會讀2字節(jié)共16位，讀完后將低11位的二進制 數(shù)轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)后再乘以0.0625得到所測的實際溫度值。
另外還需要判斷溫度的正負，前5 個數(shù)字為符號位，這5位同時變化，我們只需要判斷其中任何一位就可以了。前5位為1時，讀 取的溫度為負值，則測到的數(shù)值需要取反加1再乘以0.0625才可得到實際溫度值。前5位為0時， 讀取的溫度為正值，只要將測得的數(shù)值乘以0.0625即可得到實際溫度值。
高速緩存器中第四個字節(jié)即為配置寄存器，用戶通過改變 R1 和 R0 的值來配置 DS18B20 的分辨率，上電默認為 R1=1 以及 R0=1（12 位分辨率）。需要注意的是轉(zhuǎn)換時間與分辨率時間是有關系的。另外寄存器中最高位和低 5 位作 為內(nèi)部使用而保留使用，不可被寫入。轉(zhuǎn)換時間與位數(shù)關系如下表所示：
1.3、通訊步驟
如何操作 DS18B20 去進行對溫度的轉(zhuǎn)換以及讀取呢？步驟如下：
初始化
1-Wire 總線上的所有事件都必須以初始化為開始。初始化序列由總線上的主設備發(fā)出的復位脈沖以及緊跟著從設備回應的存在脈沖構(gòu)成。該存在脈沖是讓總線主設備知道 DS18B20 在總線上并準備好運行。所有具體時序都在1.4章節(jié)介紹。
ROM命令
當初始化完成之后，就可以執(zhí)行 ROM 命令。這些命令是對每個設備的 64 位 ROM 編 碼進行操作的，當總線上連接有多個設備時，可以通過這些命令識別各個設備。總共包含 有 5 種 ROM 命令，每個命令的長度都是 8bit。
搜索 ROM[F0h]：當系統(tǒng)上電初始化后，主設備可識別該總線上所有的從設備的 ROM 編碼，這樣就可以使得主設備確定總線上的從設備的類型以及數(shù)量。
讀 ROM[33h] ：該命令允許主設備讀取 DS18B20 的 64 位 ROM 編碼，只有在總線上只有一個 DS18B20 時才能使用這個命令。如果總線上存在多個從設備，發(fā)送此命令，則當所有從設 備都會回應時，將會引起數(shù)據(jù)沖突。
匹配 ROM[55h] ：該匹配 ROM 命令之后接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，使主設備在多點總線上定位一只特定的 DS18B20。只有和 64 位 ROM 序列完全匹配的 DS18B20 才會做出響應。總線上的其 他從設備都將等待下一個復位脈沖。此命令在總線上有單個或多個器件時都可以使用。
跳過 ROM[CCh] ：這條命令可以不用提供 64 位 ROM 編碼就進行下一步操作，在單點總線（一個 DS18B20 傳感器）情況下可以節(jié)省時間。如果總線上不止一個從設備，在跳過 ROM 命令 之后跟著發(fā)一條讀命令，則所有從設備將會同時執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換，總線上就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。
警報搜索[ECh] ：該命令的操作與跳過 ROM 命令基本相同，但是不同的是只有溫度高于 TH 或低于 TL （達到報警條件）的從設備才會響應。只要不掉電，警報狀態(tài)將一直保持，直到溫度不在警報范圍內(nèi)為止。
功能命令
當總線上的主設備通過 ROM 命令確定了哪個 DS18B20 可以進行通信時，主設備就可 以向其中一個從設備發(fā)送功能命令。這些命令可以使得主設備操控從設備進行一系列的操作。
溫度轉(zhuǎn)換[44h]：此命令為初始化單次溫度轉(zhuǎn)換，溫度轉(zhuǎn)換完后，轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)據(jù)會寄存在高速緩存器 的 byte0（溫度數(shù)據(jù)低八位）和 byte1（溫度數(shù)據(jù)高八位）中，之后 DS18B20 恢復到低功耗 的閑置狀態(tài)。如果總線在該命令后發(fā)出讀時隙，若 DS18B20 正在進行溫度轉(zhuǎn)換則會響應 “0”，若完成了溫度轉(zhuǎn)換則響應“1”。如果是用的“寄生電源”供電模式，則在命令發(fā) 出后應立即強制拉高總線，拉高時間應大于時序要求。
寫入暫存器[4Eh] ：該命令使得主設備向高速緩存器寫入 3 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。第一個字節(jié)寫入高速緩存器的 byte2 中（TH 寄存器），第二個字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入 byte3 中（TL 寄存器），第三個字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入 byte4 中（配置寄存器）。所有的數(shù)據(jù)都是由低位到高位的順序?qū)懭搿臀豢呻S時中斷寫入。
讀取高速緩存器[BEh] ：讀取高速緩存器里的值，從 byte0（溫度低八位）開始一直讀到 byte8（CRC 校驗），每個字節(jié)的數(shù)據(jù)從低位開始傳送。若是不想讀取這么多數(shù)據(jù)則在讀取數(shù)據(jù)時隨時可以通過復位來終止。
復制高速緩存器[48h] ：該命令是將高速緩存器中的 TH（byte2）、TL（byte3）以及配置寄存器（byte4）里的 值拷貝到非易失性的存儲器 EEPROM 里。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時 隙，而 DS18B20 又正在忙于把暫存器拷貝到 EEPROM 存儲器，DS18B20 就會輸出一個 “0”，如果拷貝結(jié)束的話，DS18B20 則輸出“1”。如果設備采用“寄生電源”供電模 式，則在該命令發(fā)送后，必須立即強制拉高總線至少 10ms。
召回 EEPROM[B8h] ：該命令將溫度報警觸發(fā)值（TH 和 TL）及配置寄存器的數(shù)據(jù)從 EEPROM 中召回至高速 緩存器中。這個操作會在上電后自動執(zhí)行一次，所以在上電期間暫存器中一直會存在有效 的數(shù)據(jù)。若在召回命令之后啟動讀時隙，若 DS18B20 正在進行召回 EEPROM 則會響應 “0”，若召回完成則響應“1”。
讀取供電模式[B4h] ：該命令可以讀取總線上的 DS18B20 是否是由“寄生電源”供電。在讀取數(shù)據(jù)時序中 “0”表示“寄生電源供”模式供電，“1”表示外部電源供電。
1.4、總線時序
初始化—復位和存在脈沖
與 DS18B20 所有的通信都是由初始化開始的，初始化由主設備發(fā)出的復位脈沖及 DS18B20 響應的存在脈沖組成。如下圖 所示。當 DS18B20 響應復位信號的存在脈沖 后，則其向主設備表明其在該總線上，并且已經(jīng)做好了執(zhí)行命令的準備。在初始化狀態(tài)，總線上的主設備通過拉低 1-Wire 總線最少 480us 來表示發(fā)送復位脈 沖。發(fā)送完之后，主設備要釋放總線進入接收模式。當總線釋放后，上拉電阻將 1- Wire 總線拉至高電平。當 DS18B20 檢測到該上升沿信號后，其等待 15us 至 60us 后將總線 拉低 60us 至 240us 來實現(xiàn)發(fā)送一個存在脈沖。
寫時隙
主設備通過寫時隙將命令寫入 DS18B20 中，寫時隙有兩種情況：寫“1”和寫“0”時 隙。主設備通過寫 1 時隙來向 DS18B20 中寫入邏輯 1，通過寫 0 時隙來向 DS18B20 中寫入 邏輯 0。當主設備將總線從高電平拉至低電平時，啟動寫時隙，所有的寫時隙持續(xù)時間最 少為 60us，每個寫時隙間的恢復時間最少為 1us。當總線（DQ）拉低后，DS18B20 在 15us 至 60us 之間對總線進行采樣，如果采的 DQ 為高電平則發(fā)生寫 1，如果為低電平則發(fā)生寫 0，如下圖所示（圖中的總線控制器即為主設備）。如果要產(chǎn)生寫 1 時隙，必須先將總線拉至邏輯低電平然后釋放總線，允許總線在寫 隙開始后 15us 內(nèi)上拉至高電平。若要產(chǎn)生寫 0 時隙，必須將總線拉至邏輯低電平并保持不 變最少 60us。
讀時隙
當我們發(fā)送完讀取供電模式[B4h]或讀高速緩存器[BEh]命令時，必須及時地生成讀時隙，只有在讀時隙 DS18B20 才能向主設備傳送數(shù)據(jù)。每個讀時隙最小必須有 60us 的持續(xù) 時間以及每個讀時隙間至少要有 1us 的恢復時間。當主設備將總線從高電平拉至低電平超 過 1us，啟動讀時隙，如下圖所示。當啟動讀時隙后，DS18B20 將會向主設備發(fā)送“0”或者“1”。DS18B20 通過將總線 拉高來發(fā)送 1，將總線拉低來發(fā)送 0 。當讀時隙完成后，DQ 引腳將通過上拉電阻將總線拉高至高電平的閑置狀態(tài)。從 DS18B20 中輸出的數(shù)據(jù)在啟動讀時隙后的 15us 內(nèi)有效，所以，主設備在讀時隙開始后的 15us 內(nèi)必須釋放總線，并且對總線進行采樣。
2、采用三段式狀態(tài)機測試
接下來將采用三段式狀態(tài)機對DS18B20進行測溫操作。
2.1、整體設計
因為本文只寫DS18B20的驅(qū)動，不涉及到其他模塊（如數(shù)碼管），所以模塊框圖如下：
信號說明如下：
sys_clk：系統(tǒng)時鐘，50M
rst_n：低電平有效的復位信號
dq：單總線（雙向信號）
temp_data：輸出的有效數(shù)據(jù)，位寬20
sign：輸出給數(shù)碼管的正負信號，1表示數(shù)據(jù)為負數(shù)；0表示數(shù)據(jù)為正數(shù)
根據(jù)上面對DS18B20的介紹，可以概括出整個的測溫流程如下：
2.2、狀態(tài)機設計
三段式狀態(tài)機的概念可以參考：狀態(tài)機（一段式、二段式、三段式）、摩爾型（Moore）和米勒型（Mealy）
當知道了 DS18B20 的控制流程之后，我們可以借助狀態(tài)機來進一步了解它是如何跳轉(zhuǎn)的：
下面對各狀態(tài)說明：
INIT1：每次操作前都需要進行初始化操作。在這個狀態(tài)主機會使用一個計數(shù)器從0計數(shù)到1000us。一開始就先拉低總線500us，然后釋放總線；在570us處采集總線電平，若為0，則說明總線進行了響應，初始化完成。
WR_CMD：在這個狀態(tài)一起發(fā)送跳過ROM和溫度轉(zhuǎn)換指令。使用一個計數(shù)器計時，使用另一個計數(shù)器則對發(fā)送的數(shù)據(jù)個數(shù)計數(shù)，當成功發(fā)送16個數(shù)據(jù)后，發(fā)送命令完成
WAIT：這個狀態(tài)為延時狀態(tài)，滿足發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令后的等待時間750ms。使用一個計數(shù)器計時，時間滿足750ms則說明計時完成。
INIT2：第二次操作前的初始化操作。所有操作同INIT1，不贅述。
RD_CMD：在這個狀態(tài)一起發(fā)送跳過ROM和讀取溫度指令。使用一個計數(shù)器計時，使用另一個計數(shù)器則對發(fā)送的數(shù)據(jù)個數(shù)計數(shù)，當成功發(fā)送16個數(shù)據(jù)后，發(fā)送命令完成
RD_DATA：在這個狀態(tài)讀取從機返回的16位溫度數(shù)據(jù)。使用一個計數(shù)器計時，使用另一個計數(shù)器則對讀取的數(shù)據(jù)個數(shù)計數(shù)，使用一個寄存器寄存讀取到的溫度數(shù)據(jù)，當成功讀取16個數(shù)據(jù)后，接收命令完成
需要注意：信號線dq是一個雙向信號，所以使用時要用使用三態(tài)門的方法來操作，具體方法參考：如何規(guī)范地使用雙向（inout）信號？
2.3、Verilog代碼
根據(jù)上面的狀態(tài)分析圖，編寫Verilog代碼如下：（這里就不寫分析了，注釋已經(jīng)寫得很詳細了，如果你看到了這邊文章且這段代碼又不懂的地方，可以評論給我）
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//--3段式狀態(tài)機（Moore）實現(xiàn)的DS18B20驅(qū)動
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//------------<模塊及端口聲明>----------------------------------------
module ds18b20_dri(
input clk,//系統(tǒng)時鐘，50M
inputrst_n, //低電平有效的復位信號
inoutdq,//單總線（雙向信號）
output reg [19:0] temp_data , // 轉(zhuǎn)換后得到的溫度值
output reg sign // 符號位
);
//------------<參數(shù)定義>----------------------------------------------
//狀態(tài)機狀態(tài)定義
localparamINIT1= 6'b000001 ,
WR_CMD = 6'b000010 ,
WAIT = 6'b000100 ,
INIT2 = 6'b001000 ,
RD_CMD = 6'b010000 ,
RD_DATA = 6'b100000 ;
//時間參數(shù)定義
localparamT_INIT = 1000,//初始化最大時間，單位us
T_WAIT = 780_000;//轉(zhuǎn)換等待延時，單位us
//命令定義
localparam WR_CMD_DATA = 16'h44cc, //跳過 ROM 及溫度轉(zhuǎn)換命令，低位在前
RD_CMD_DATA = 16'hbecc; //跳過 ROM 及讀取溫度命令，低位在前
//----------------------------------------------------------
reg[5:0]cur_state;//現(xiàn)態(tài)
reg[5:0]next_state;//次態(tài)
reg[4:0]cnt;//50分頻計數(shù)器，1Mhz(1us)
regdq_out;//雙向總線輸出
regdq_en;//雙向總線輸出使能，1則輸出，0則高阻態(tài)
regflag_ack;//從機響應標志信號
regclk_us;//us時鐘
reg [19:0]cnt_us;//us計數(shù)器,最大可表示1048ms
reg [3:0]bit_cnt;//接收數(shù)據(jù)計數(shù)器
reg [15:0]data_temp;//讀取的溫度數(shù)據(jù)寄存
reg [15:0]data;//未處理的原始溫度數(shù)據(jù)
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wiredq_in;//雙向總線輸入
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//--雙向端口使用方式
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assigndq_in = dq;//高阻態(tài)的話，則把總線上的數(shù)據(jù)賦給dq_in
assigndq = dq_en ? dq_out : 1'bz;//使能1則輸出，0則高阻態(tài)
//-----------------------------------------------------------------------
//--us時鐘生成，因為時序都是以us為單位，所以生成一個1us的時鐘會比較方便
//-----------------------------------------------------------------------
//50分頻計數(shù)
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)
cnt <= 5'd0;
else if(cnt == 5'd24)//每25個時鐘500ns清零
cnt <= 5'd0;
else
cnt <= cnt + 1'd1;
end
//生成1us時鐘
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)
clk_us <= 1'b0;
else if(cnt == 5'd24)//每500ns
clk_us <= ~clk_us; //時鐘反轉(zhuǎn)
else
clk_us <= clk_us;
end
//-----------------------------------------------------------------------
//--三段式狀態(tài)機
//-----------------------------------------------------------------------
//狀態(tài)機第一段：同步時序描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移
always @(posedge clk_us or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)
cur_state <= INIT1;
else
cur_state <= next_state;
end
//狀態(tài)機第二段：組合邏輯判斷狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律以及輸出
always @(*)begin
next_state = INIT1;
case(cur_state)
INIT1:begin
if(cnt_us == T_INIT && flag_ack)//滿足初始化時間且接收到了從機的響應信號
next_state = WR_CMD;//跳轉(zhuǎn)到寫狀態(tài)
else
next_state = INIT1;//不滿足則保持原有狀態(tài)
end
WR_CMD :begin
if(bit_cnt == 4'd15 && cnt_us == 20'd62)//寫完了16個數(shù)據(jù)，寫跳過ROM和寫溫度轉(zhuǎn)換命令
next_state = WAIT;//跳轉(zhuǎn)到等待狀態(tài)，等待溫度轉(zhuǎn)換完成
else
next_state = WR_CMD;//不滿足則保持原有狀態(tài)
end
WAIT :begin
if(cnt_us == T_WAIT)//等待時間結(jié)束
next_state = INIT2;
else
next_state = WAIT;
end
INIT2 :begin
if(cnt_us == T_INIT && flag_ack)//再進行初始化，時序同INIT1
next_state = RD_CMD;
else
next_state = INIT2;
end
RD_CMD :begin
if(bit_cnt == 4'd15 && cnt_us == 20'd62)//寫完了16個數(shù)據(jù)，寫跳過ROM和寫讀取溫度轉(zhuǎn)換命令
next_state = RD_DATA;//跳轉(zhuǎn)到讀取溫度數(shù)據(jù)狀態(tài)
else
next_state = RD_CMD;
end
RD_DATA :begin
if(bit_cnt == 4'd15 && cnt_us == 20'd62)//讀取完了16個數(shù)據(jù)
next_state = INIT1;//跳轉(zhuǎn)到初始化狀態(tài)，開始新一輪溫度采集
else
next_state = RD_DATA;
end
default:next_state = INIT1;//默認初始化狀態(tài)
endcase
end
//狀態(tài)機第三段：時序邏輯描述輸出
always @(posedge clk_us or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin//默認輸出
dq_en <= 1'b0;
dq_out <= 1'b0;
flag_ack <= 1'b0;
cnt_us <= 20'd0;
bit_cnt <= 4'd0;
end
else begin
case(cur_state)
INIT1:begin
if(cnt_us == T_INIT)begin//時間計數(shù)到最大值（初始化時間）
cnt_us <= 20'd0;//計數(shù)器清零
flag_ack <= 1'b0;//從機響應標志信號拉低
end
else begin//沒有計數(shù)到最大值
cnt_us <= cnt_us + 1'd1;//計數(shù)器計數(shù)
if(cnt_us <= 20'd499)begin//小于500us時
dq_en <= 1'b1;//控制總線
dq_out <= 1'b0;//輸出0，即拉低總線
end
else begin//在500us處
dq_en <= 1'b0;//釋放總線，等待從機響應
if (cnt_us == 20'd570 && !dq_in)//在570us處采集總線電平，如果為0則說明從機響應了
flag_ack <= 1'b1;//拉高從機響應標志信號
end
end
end
WR_CMD:begin
if(cnt_us == 20'd62)begin//一個寫時隙周期63us，滿足計時條件則
cnt_us <= 20'd0;//清空計數(shù)器
dq_en <= 1'b0;//釋放總線
if(bit_cnt == 4'd15)//如果數(shù)據(jù)已經(jīng)寫了15個
bit_cnt <= 4'd0;//則清空
else//沒寫15個
bit_cnt <= bit_cnt + 1'd1;//則數(shù)據(jù)計數(shù)器+1，代表寫入了一個數(shù)據(jù)
end
else begin//一個寫時隙周期63us未完成
cnt_us <= cnt_us + 1'd1;//計數(shù)器一直計數(shù)
if(cnt_us <= 20'd1)begin//0~1us（每兩個寫數(shù)據(jù)之間需要間隔2us）
dq_en <= 1'b1;//拉低總線
dq_out <= 1'b0;
end
else begin
if (WR_CMD_DATA[bit_cnt] == 1'b0)begin//需要寫入的數(shù)據(jù)為0
dq_en <= 1'b1;//拉低總線
dq_out <= 1'b0;//
end
else if(WR_CMD_DATA[bit_cnt] == 1'b1)begin
dq_en <= 1'b0;//需要寫入的數(shù)據(jù)為1
dq_out <= 1'b0;//釋放總線
end
end
end
end
WAIT:begin//等待溫度轉(zhuǎn)換完成
dq_en <= 1'b1;//拉低總線兼容寄生電源模式
dq_out <= 1'b1;
if(cnt_us == T_WAIT)//計數(shù)完成
cnt_us <= 20'd0;
else
cnt_us <= cnt_us + 1'd1;
end
INIT2:begin//第二次初始化，時序同INIT1
if(cnt_us == T_INIT)begin
cnt_us <= 20'd0;
flag_ack <= 1'b0;
end
else begin
cnt_us <= cnt_us + 1'd1;
if(cnt_us <= 20'd499)begin
dq_en <= 1'b1;
dq_out <= 1'b0;
end
else begin
dq_en <= 1'b0;
if (cnt_us == 20'd570 && !dq_in)
flag_ack <= 1'b1;
end
end
end
RD_CMD:begin//寫16個數(shù)據(jù)，時序同WR_CMD
if(cnt_us == 20'd62)begin
cnt_us <= 20'd0;
dq_en <= 1'b0;
if(bit_cnt == 4'd15)
bit_cnt <= 4'd0;
else
bit_cnt <= bit_cnt + 1'd1;
end
else begin
cnt_us <= cnt_us + 1'd1;
if(cnt_us <= 20'd1)begin
dq_en <= 1'b1;
dq_out <= 1'b0;
end
else begin
if (RD_CMD_DATA[bit_cnt] == 1'b0)begin
dq_en <= 1'b1;
dq_out <= 1'b0;
end
else if(RD_CMD_DATA[bit_cnt] == 1'b1)begin
dq_en <= 1'b0;
dq_out <= 1'b0;
end
end
end
end
RD_DATA:begin//讀16位溫度數(shù)據(jù)
if(cnt_us == 20'd62)begin//一個讀時隙周期63us，滿足計時條件則
cnt_us <= 20'd0;//清空計數(shù)器
dq_en <= 1'b0;//釋放總線
if(bit_cnt == 4'd15)begin//如果數(shù)據(jù)已經(jīng)讀取了15個
bit_cnt <= 4'd0;//則清空
data <= data_temp;//臨時的數(shù)據(jù)賦值給data
end
else begin//如果數(shù)據(jù)沒有讀取15個
bit_cnt <= bit_cnt + 1'd1;//則數(shù)據(jù)計數(shù)器+1，意味著讀取了一個數(shù)據(jù)
data <= data;
end
end
else begin//一個讀時隙周期還沒結(jié)束
cnt_us <= cnt_us + 1'd1;//計數(shù)器累加
if(cnt_us <= 20'd1)begin//0~1us（每兩個讀數(shù)據(jù)之間需要間隔2us）
dq_en <= 1'b1;//拉低總線
dq_out <= 1'b0;
end
else begin//2us后
dq_en <= 1'b0;//釋放總掉線
if (cnt_us == 20'd10)//在10us處讀取總線電平
data_temp <= {dq,data_temp[15:1]};//讀取總線電平
end
end
end
default:;
endcase
end
end
//-----------------------------------------------------------------------
//--12位溫度數(shù)據(jù)處理
//-----------------------------------------------------------------------
always @(posedge clk_us or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin//初始狀態(tài)
temp_data <= 20'd0;
sign <= 1'b0;
end
else begin
if(!data[15])begin//最高位為0則溫度為正
sign <= 1'b0;//標志位為正
temp_data <= data[10:0] * 11'd625 /7'd100;//12位溫度數(shù)據(jù)處理
end
else if(data[15])begin//最高位為1則溫度為負
sign <= 1'b1;//標志位為負
temp_data <= (~data[10:0] + 1'b1)* 11'd625 /7'd100;//12位溫度數(shù)據(jù)處理
end
end
end
endmodule
2.4、調(diào)試
因為通訊過程涉及到從機的響應，我又找不到相應的器件模型，仿真就不搞了。
直接使用signaltap抓下波形：
上圖中：
狀態(tài)機開始運行，進入INTI1的初始化狀態(tài)
dht11_en拉高同時dht11_out為0，說明主機拉低了總線
主機拉低總線后在500us處釋放了總線，總線被上拉電阻拉高
在528us處總線被從機拉低，直至637us從機才釋放了總線，說明從機發(fā)送了響應
在570us處因為總線被從機拉低，所以拉高了響應信號flag_ack，直到進入下個狀態(tài)才將flag_ack拉低
上圖中：
狀態(tài)機從INTI1的初始化狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到寫入ROM和溫度轉(zhuǎn)換命令的狀態(tài)WR_CMD
bit_cnt從0計數(shù)到F，說明寫入了16個數(shù)據(jù)；與此同時，總線上也在分別寫入“0”和“1”
上圖中：
狀態(tài)機從WAIT狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到初始化狀態(tài)INIT2
cnt_us計數(shù)器從780000清零，說明此時延時了780ms的時間以便完成溫度轉(zhuǎn)換
上圖中：
狀態(tài)機從狀態(tài)RD_CMD跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)讀取狀態(tài)RD_DATA
bit_cnt從0計數(shù)到F，說明讀取了16個數(shù)據(jù)；與此同時，總線上也在分別輸出“0”和“1”
上圖中：
data是直接從DS18B20溫度寄存器中讀取的數(shù)據(jù)0000000111111001
temp_data是處理后發(fā)送給數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)3156，對應攝氏度31.56
3、上板調(diào)試
添加數(shù)碼管顯示模塊，編譯工程，板卡顯示如下：
和用調(diào)試軟件抓取的結(jié)果一致。
原文連接：https://gitcode.csdn.net/65ed75e21a836825ed799ef4.html
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