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1. 概述
本設計基于CPLD設計一款數字溫度計，溫度傳感器使用DS18B20，CPLD采用EPM240T100C5。DS18B20 具有體積小，硬件開銷低（只需要一根信號線），抗干擾能力強等優點。EPM240T00C5具有延時低、功耗小、穩定性高等優點。
2. 硬件簡介
硬件平臺采用BigTree的CPLD開發板，有如下硬件資源：
CPLD EPM240T100C5；
USB 轉串口（省去 USB 轉串口線）；
LED；
有源蜂鳴器；
DS18B20 溫度傳感器；
四位共陽極數碼管；
按鍵；
GPIO 拓展接口（18 個通用 IO）。
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3. 系統框圖
溫度采集模塊：負責初始化、讀寫DS18B20溫度傳感器；
十六進制轉十進制模塊：將DS18B20的溫度輸出數據轉換成十進制數據；
數碼管顯示模塊：將轉換好的十進制數據動態顯示在數碼管上。
4. DS18B20 工作原理
DS18B20 引腳功能
GND： 地信號
DQ： 數據信號線
VDD： 電源
存儲資源
ROM： 只讀存儲器，用于存放 DS18B20 編碼，一共 64 位，第一個 8 位是 1-wire 家族號（28h），第二個 48 位是唯一的序列號。最后一個 8 位是前 56 位的 CRC 校驗碼。
RAM： 數據暫存器，共 9 個字節，第 1、 2 字節是溫度轉后的數據值。
EEPROM： 用于存放長期需要保持的數據，如上下限溫度報警值等。
設備操作
1.初始化
-> 數據線拉高 1；
-> 短延時；
-> 數據線拉底 0；
-> 延時 750ms；
-> 數據線拉高 1；
-> 延時等待（如果初始化成功則在 15～60 毫秒內產生一個由 DS18B20 返回的低電平）；
->若讀到數據線上的低電平，再做延時（第五步算起，最少 480ms）；
-> 數據線拉高，結束。
2.發送 ROM 指令
ROM 指令共 5 條，每一個工作周期只能發一條，分別為：讀 ROM、匹配 ROM、跳躍ROM、查找 ROM 和報警查找。一般只有單個 18B20 芯片，可使用跳過 ROM 指令［CCH］。
3.發送存儲器操作指令
在 ROM 指令后，緊接著發送存儲器操作指令，分別為：
? 溫度轉換 44H：
啟動 DS18B20 進行溫度轉換，將溫度值放入 RAM 的第 1、 2 個地址。
? 讀暫存器 BEH
從 RAM 中讀數據，讀地址從 0 開始到 9，可只讀前兩個字節。
? 寫暫存器 4EH
將數據寫入暫存器的 TH、 TL 字節。
? 復制暫存器 48H
把暫存器的 TH、 TL 字節寫到 E2RAM 中。
? 重新調 E2RAM B8H
把 E2RAM 中的 TH、 TL 字節寫到暫存器 TH、 TL 字節 。
? 讀電源供電方式 B4H
啟動 DS18B20 發送電源供電方式的信號給主控。
4.讀當前溫度數據
需要執行兩次工作周期，第一個周期為復位，跳過 ROM 指令，執行溫度轉換存儲器指令等待 500us 溫度轉換時間。緊接著執行第二個周期為復位，跳過 ROM 指令，執行讀 RAM 的存
儲器，讀數據。
5.寫操作
寫時隙分為寫“0”和寫“1”， 時序如圖，在寫數據時間間隙的前 15us 總線需要是被主控拉低，然后則將是芯片對總線數據的采樣時間，采樣時間在 15-60us，采樣時間內，如果主控將 總線拉高則表示寫 1，如果主控將總線拉低則表示寫 0。每一位的發送都應該有一個至少15us 的低電平起始位隨后的數據 0 或 1 應該在 45us 內完成。整個位的發送時間應該保持 在60-120us，否則不能保證通信的正常。
6.讀操作
讀時隙時也是必須先由主控產生至少 1us 的低電平，表示讀時間的起始。隨后在總線被釋放后的 15us 中 DS18B20 會發送內部數據位。注意必須要在讀間隙開始的 15us 內讀數據為才 可以保持通信的正確。通信時，字節的讀或寫是從高位開始的，即 A7 到 A0。控制器釋放總線，也相當于將總線置 1。
更多關于DS18B20的資料可以查看其應用手冊。
5. 進制轉換（Hex2Dec）
由于 DS18B20 輸出的是十六進制數據， 所以需要做進制轉換為 10 進制輸出。這里由于CPLD 資源問題，故只設計溫度顯示范圍為： 0～47 度，最小分辨率為 1 度。
```
wire ［7:0］ data_in;
assign data_in = {1‘b0，temperature_buf［10:4］};
reg ［7:0］ buf0;
reg ［7:0］ buf1;
reg ［7:0］ buf2;
reg ［7:0］ data_out;
always @（*）
case（data_in［7:4］）
0：
begin
buf0［3:0］ = （data_in［3:0］>?=10）？（data_in［3:0］-10）：data_in［3:0］;
buf0［7:4］ = （data_in［3:0］>?=10）？（data_in［7:4］+1）：data_in［7:4］;
data_out = buf0;
end
1：
begin
buf0［3:0］ = （data_in［3:0］>?=10）？（data_in［3:0］-10 + 6）：（data_in［3:0］+6）;
buf0［7:4］ = （data_in［3:0］>?=10）？（data_in［7:4］+1）：data_in［7:4］;
buf1［3:0］ = （buf0［3:0］>?=10）？（buf0［3:0］-10）：buf0［3:0］;
buf1［7:4］ = （buf0［3:0］>?=10）？（buf0［7:4］+1）：buf0［7:4］;
data_out = buf1;
end
2：
begin
buf0［3:0］ = （data_in［3:0］>?=10）？（data_in［3:0］-10 + 6）：（data_in［3:0］+6）;
buf0［7:4］ = （data_in［3:0］>?=10）？（data_in［7:4］+1）：data_in［7:4］;
buf1［3:0］ = （buf0［3:0］>?=10）？（buf0［3:0］-10 + 6）：（buf0［3:0］+6）;
buf1［7:4］ = （buf0［3:0］>?=10）？（buf0［7:4］+1）：buf0［7:4］;
buf2［3:0］ = （buf1［3:0］>?=10）？（buf1［3:0］-10）：（buf1［3:0］）;
buf2［7:4］ = （buf1［3:0］>?=10）？（buf1［7:4］+1）：buf1［7:4］;
data_out = buf2;
end
default：
begin
data_out = data_in;
end
endcase
assign temperature = data_out［7:0］
# 6. 數碼管顯示
本設計采用4位共陽極數碼管作為溫度顯示模塊，驅動代碼如下：
//-----------------數碼管顯示-------------------
assign sm_sel ={2’b11，sm_sel_r};
assign sm_dat = sm_dat_r;
//XXXX = 8‘b{a，b，c，d，e，f，g，dp}
parameter ZERO = 8’b0000_0011，//8‘b1100_0000，
ONE = 8’b1001_1111，//8‘b1111_1001，
TWO = 8’b0010_0101，//8‘b1010_0100，
THREE = 8’b0000_1101，//8‘b1011_0000，
FOUR = 8’b1001_1001，//8‘b1001_1001，
FIVE = 8’b0100_1001，//8‘b1001_0010，
SIX = 8’b0100_0001，//8‘b1000_0010，
SEVEN = 8’b0001_1111，//8‘b1111_1000，
EIGHT = 8’b0000_0001，//8‘b1000_0000，
NINE = 8’b0000_1001;//8‘b1001_0000;
reg ［7:0］ sm_dat_r;
reg ［7:0］ sm_dat_r1;
reg ［7:0］ sm_dat_r2;
always @ （*）
case（ temperature［3:0］ ）
4’d0 ： sm_dat_r1 <= ZERO;
4‘d1 ： sm_dat_r1 <= ONE;
4’d2 ： sm_dat_r1 <= TWO;
4‘d3 ： sm_dat_r1 <= THREE;
4’d4 ： sm_dat_r1 <= FOUR;
4‘d5 ： sm_dat_r1 <= FIVE;
4’d6 ： sm_dat_r1 <= SIX;
4‘d7 ： sm_dat_r1 <= SEVEN;
4’d8 ： sm_dat_r1 <= EIGHT;
4‘d9 ： sm_dat_r1<= NINE;
default:sm_dat_r1 <= 8’hFF;
endcase
always @ （*）
case（ temperature［6:4］ ）
4‘d0 ： sm_dat_r2 <= ZERO;
4’d1 ： sm_dat_r2 <= ONE;
4‘d2 ： sm_dat_r2 <= TWO;
4’d3 ： sm_dat_r2 <= THREE;
4‘d4 ： sm_dat_r2 <= FOUR;
4’d5 ： sm_dat_r2 <= FIVE;
4‘d6 ： sm_dat_r2 <= SIX;
4’d7 ： sm_dat_r2 <= SEVEN;
4‘d8 ： sm_dat_r2 <= EIGHT;
4’d9 ： sm_dat_r2 <= NINE;
endcase
reg ［1:0］ sm_sel_r;
reg ［0:0］ sm_cnt;
always @（posedge clk_ref）
sm_cnt <= sm_cnt + 1‘b1;
always @（sm_cnt）
case（sm_cnt）
’d0：
begin
sm_sel_r <= 2‘b01;
sm_dat_r <= sm_dat_r1;
end
’d1：
begin
sm_sel_r <= 2‘b10;
sm_dat_r <= sm_dat_r2;
end
default：
begin
sm_sel_r<= 2’b11;
sm_dat_r <= ZERO;
end
endcase
```
7. 最終結果
下圖為實測的溫度結果，比實際溫度高出2-3度。由于芯片出廠的誤差（沒有對0校準），加上板卡本身的散熱，使得溫度偏高2～3度。但不影響我們學習使用。
工商網監
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