如何設(shè)計(jì)基于CPLD的溫度計(jì)（原理和代碼）？

1. 概述

本設(shè)計(jì)基于CPLD設(shè)計(jì)一款數(shù)字溫度計(jì)，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(hào)線)，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。EPM240T00C5具有延時(shí)低、功耗小、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

2. 硬件簡(jiǎn)介

硬件平臺(tái)采用BigTree的CPLD開發(fā)板，有如下硬件資源：

CPLD EPM240T100C5;

USB 轉(zhuǎn)串口(省去 USB 轉(zhuǎn)串口線);

LED;

有源蜂鳴器;

DS18B20 溫度傳感器;

四位共陽極數(shù)碼管;

按鍵;

GPIO 拓展接口(18 個(gè)通用 IO)。

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3. 系統(tǒng)框圖

溫度采集模塊：負(fù)責(zé)初始化、讀寫DS18B20溫度傳感器;

十六進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制模塊：將DS18B20的溫度輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)據(jù);

數(shù)碼管顯示模塊：將轉(zhuǎn)換好的十進(jìn)制數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示在數(shù)碼管上。

4. DS18B20 工作原理

DS18B20 引腳功能

GND： 地信號(hào)

DQ： 數(shù)據(jù)信號(hào)線

VDD： 電源

存儲(chǔ)資源

ROM： 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20 編碼，一共 64 位，第一個(gè) 8 位是 1-wire 家族號(hào)(28h)，第二個(gè) 48 位是唯一的序列號(hào)。最后一個(gè) 8 位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼。

RAM： 數(shù)據(jù)暫存器，共 9 個(gè)字節(jié)，第 1、 2 字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)值。

EEPROM： 用于存放長(zhǎng)期需要保持的數(shù)據(jù)，如上下限溫度報(bào)警值等。

設(shè)備操作

1.初始化

-> 數(shù)據(jù)線拉高 1;

-> 短延時(shí);

-> 數(shù)據(jù)線拉底 0;

-> 延時(shí) 750ms;

-> 數(shù)據(jù)線拉高 1;

-> 延時(shí)等待(如果初始化成功則在 15～60 毫秒內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由 DS18B20 返回的低電平);

->若讀到數(shù)據(jù)線上的低電平，再做延時(shí)(第五步算起，最少 480ms);

-> 數(shù)據(jù)線拉高，結(jié)束。

2.發(fā)送 ROM 指令

ROM 指令共 5 條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條，分別為：讀 ROM、匹配 ROM、跳躍ROM、查找 ROM 和報(bào)警查找。一般只有單個(gè) 18B20 芯片，可使用跳過 ROM 指令[CCH]。

3.發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令

在 ROM 指令后，緊接著發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令，分別為：

? 溫度轉(zhuǎn)換 44H：

啟動(dòng) DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，將溫度值放入 RAM 的第 1、 2 個(gè)地址。

? 讀暫存器 BEH

從 RAM 中讀數(shù)據(jù)，讀地址從 0 開始到 9，可只讀前兩個(gè)字節(jié)。

? 寫暫存器 4EH

將數(shù)據(jù)寫入暫存器的 TH、 TL 字節(jié)。

? 復(fù)制暫存器 48H

把暫存器的 TH、 TL 字節(jié)寫到 E2RAM 中。

? 重新調(diào) E2RAM B8H

把 E2RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)寫到暫存器 TH、 TL 字節(jié) 。

? 讀電源供電方式 B4H

啟動(dòng) DS18B20 發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主控。

4.讀當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)

需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個(gè)周期為復(fù)位，跳過 ROM 指令，執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器指令等待 500us 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間。緊接著執(zhí)行第二個(gè)周期為復(fù)位，跳過 ROM 指令，執(zhí)行讀 RAM 的存

儲(chǔ)器，讀數(shù)據(jù)。

5.寫操作

寫時(shí)隙分為寫“0”和寫“1”， 時(shí)序如圖，在寫數(shù)據(jù)時(shí)間間隙的前 15us 總線需要是被主控拉低，然后則將是芯片對(duì)總線數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間，采樣時(shí)間在 15-60us，采樣時(shí)間內(nèi)，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(fā)送都應(yīng)該有一個(gè)至少15us 的低電平起始位隨后的數(shù)據(jù) 0 或 1 應(yīng)該在 45us 內(nèi)完成。整個(gè)位的發(fā)送時(shí)間應(yīng)該保持 在60-120us，否則不能保證通信的正常。

6.讀操作

讀時(shí)隙時(shí)也是必須先由主控產(chǎn)生至少 1us 的低電平，表示讀時(shí)間的起始。隨后在總線被釋放后的 15us 中 DS18B20 會(huì)發(fā)送內(nèi)部數(shù)據(jù)位。注意必須要在讀間隙開始的 15us 內(nèi)讀數(shù)據(jù)為才 可以保持通信的正確。通信時(shí)，字節(jié)的讀或?qū)懯菑母呶婚_始的，即 A7 到 A0?？刂破麽尫趴偩€，也相當(dāng)于將總線置 1。

更多關(guān)于DS18B20的資料可以查看其應(yīng)用手冊(cè)。

5. 進(jìn)制轉(zhuǎn)換(Hex2Dec)

由于 DS18B20 輸出的是十六進(jìn)制數(shù)據(jù)， 所以需要做進(jìn)制轉(zhuǎn)換為 10 進(jìn)制輸出。這里由于CPLD 資源問題，故只設(shè)計(jì)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];