目錄

項目：項目（含quartus工程、仿真文件）

1. 單總線通信時序詳解

1.1 初始化（復位脈沖 + 存在脈沖）

1.2 寫時隙（寫“0”和寫“1”）

1.3 讀時隙

2. DS18B20 暫存器與溫度數據格式

2.1 暫存器結構

2.2 溫度數據格式（16位補碼）

2.3 常用 ROM 命令

3. 溫度讀取工作流程

3.1 狀態機流程（ds18b20_driver.v）

3.2 數據處理流程（data_process.v）

4. 系統框架結構

4.1 頂層模塊（sys_top.v）

4.2 模塊功能說明

4.3 數據流圖

總結

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項目：項目（含quartus工程、仿真文件）

1. 單總線通信時序詳解

DS18B20 采用單總線（1-Wire）協議進行通信，所有操作都通過一根數據線（DQ）完成，包括初始化、寫時隙和讀時隙。

1.1 初始化（復位脈沖 + 存在脈沖）

• 主機行為：拉低總線至少 480μs，然后釋放總線。

• 從機響應：DS18B20 在接收到復位脈沖后，會在 15~60μs 內拉低總線 60~240μs，作為存在脈沖。

• 代碼實現（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;
end

1.2 寫時隙（寫“0”和寫“1”）

• 寫“0”：主機拉低總線至少 60μs。

• 寫“1”：主機拉低總線 1~15μs，然后釋放總線。

• 代碼實現：

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;
end

1.3 讀時隙

• 主機行為：拉低總線 1μs，然后釋放并采樣。

• 從機響應：DS18B20 在時隙內保持輸出數據。

• 代碼實現：

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 暫存器與溫度數據格式

2.1 暫存器結構

字節	內容	說明
0-1	溫度值	LSB 和 MSB
2-3	TH 和 TL	報警閾值
4	配置寄存器	分辨率設置
5-7	保留
8	CRC	校驗碼

2.2 溫度數據格式（16位補碼）

• 示例：0x0550?表示 +85.0°C，0xFC90?表示 -55.0°C。

• 數據處理（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	跳過 ROM 尋址
CONVERT_T	0x44	啟動溫度轉換
READ_SCRATCH	0xBE	讀取暫存器

3. 溫度讀取工作流程

3.1 狀態機流程（ds18b20_driver.v）

1. INIT：發送復位脈沖，檢測存在脈沖。

2. SKIP_ROM：發送 0xCC 跳過 ROM 尋址。

3. CONVERT_T：發送 0x44 啟動溫度轉換。

4. WAIT：等待 750ms 轉換完成。

5. 再次 INIT 和 SKIP_ROM。

6. READ_SCRATCH：發送 0xBE 讀取暫存器。

7. RXDATA：讀取 2 字節溫度數據。

3.2 數據處理流程（data_process.v）

1. 將補碼溫度轉換為原碼。

2. 將溫度值乘以 625（擴大 10000 倍，便于顯示小數）。

3. 使用?binary2bcd?模塊將二進制轉換為 BCD 碼。

4. 輸出到數碼管和串口。

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4. 系統框架結構

4.1 頂層模塊（sys_top.v）

• 實例化各子模塊：

  • ds18b20_driver：驅動溫度傳感器。

  • data_process：處理溫度數據。

  • uart_tx：串口發送數據。

  • seg_driver：驅動數碼管。

4.2 模塊功能說明

模塊名	功能
ds18b20_driver	實現單總線協議，讀取溫度數據
data_process	數據轉換與處理
binary2bcd	二進制轉 BCD 碼
uart_tx	串口發送數據
seg_driver	動態數碼管顯示

4.3 數據流圖

DS18B20 → ds18b20_driver → data_process → uart_tx → PC↓seg_driver → 數碼管

總結

本項目實現了一個基于 FPGA 的 DS18B20 溫度測量系統，具備以下特點：

• ? 單總線協議完整實現（初始化、讀、寫）

• ? 溫度數據補碼轉原碼、BCD 轉換

• ? 數碼管實時顯示溫度

• ? 串口輸出溫度值（含小數點）

• ? 狀態機控制流程清晰，代碼可讀性強

適用于嵌入式系統、FPGA 學習、溫度監控等場景。