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FPGA与DS18B20型温度传感器通信的实现

来源:电子开发网?? 2007年04月28日 ?? 收藏1

  1 引言

  DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,采用3引脚TO-92型小体积封装;温度测量范围为-55℃~+125℃,可编程为9位~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。

  一线式(1-WIRE)串行总线是利用1条信号线就可以与总线上若干器件进行通信。具体应用中可以利用微处理器的I/O端口对DS18B20直接进行通信,也可以通过现场可编程门阵列(FPGA)等可编程逻辑器件(PLD)实现对1-WIRE器件的通信。

  本文介绍利用ACTEL公司的ProASICplus系列FPGA实现与DS18B20的通信功能。FPGA可以将读出DS18B20的48位ID号和12位温度测量结果保存在内部寄存器中,微处理器可以随时快速地从FPGA寄存器中读取这些信息。

  一般在使用DS18B20时往往采用微处理器的I/O端口实现与该器件的通信,这种方法虽然比较容易和方便,但是,因为DS18B20的一线式串行总线对时序要求比较严格,因此,为了保证与DS18B20的通信可靠性,微处理器与DS18B20通信时需

要采用关闭中断的办法,以防止操作时序被中断服务破坏。

  利用FPGA实现与DS18B20通信不存在被迫关闭中断的情况,可以满足对实时性要求严格的应用要求。

  2 ProASICplus系列FPGA简介

  ProASICplus系列FPGA是ACTEL公司推出的基于Flash开关编程技术的现场可编程门阵列,包括从7.5万门的APA075型到100万门的APAl000型,具有高密度、低功耗、非易失、含有嵌入式RAM及可重复编程等特点。

  因为ProASICplus系列FPGA基于Flash技术,利用Flash开关保存内部逻辑,因此不需要另外的器件。由于不需要上电配置过程,因此具备上电就立即工作的特点。不用配置器件,系统的保密性提高。

  笔者在电力监控的产品中利用APA150型FPGA实现了逻辑控制、A/D采样控制和FIFO存储等功能,并利用剩余的资源实现了DS18B20的通信功能。APA150在整个系统中充当协处理器,使主CPU从繁重的实时处理中解脱出来。


?????? 3 DS18B20简介

  3.1内部结构

  DS18B20的内部结构如图1所示,主要由以下几部分组成:64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH(温度高)和TL(温度低)、配置寄存器、暂存寄存器(SCRATCHPAD)、存储器控制逻辑。DQ为数字信号输入/输出端。
? DS18B20的内部结构图
?????? ROM中的64(8位产品家族编号、48位ID号、8位CRC)位序列号是出厂前刻好的,这64位序列号具有惟一性,每个DS18B20的64位序列号均不相同。

  8位CRC生成器可以完成通信时的校验。

  暂存寄存器有9个字节,包含温度测量结果、温度报警寄存器、CRC校验码等内容。

  3.2操作步骤

  对DS18B20的操作分为3个步骤:初始化、ROM命令和DS18B20功能命令。

  3.2.1初始化

  FPGA要与DS18B20通信,首先必须完成初始化。FPGA产生复位信号,DS18B20返回响应脉冲。

  3.2.2ROM命令

  该步骤完成FPGA与总线上的某一具体DS18B20建立联系。ROM命令有搜寻ROM(SEARCH ROM)、读ROM(READ ROM)、匹配ROM(MATCH ROM)、忽略ROM(SKIP ROM)、报警查找等命令(ALARM SEARCH)。

  这里,FPGA只连接1个DS18B20,因此只使用读ROM命令,来读取DS18B20的48位ID号。

  3.2.3 DS18B20功能命令

  FPGA在该步骤中完成温度转换(CONVERTT)、写暂存寄存器(WRITE SCRATCHPAD)、读暂存寄存器(READ SCRATCHPAD)、拷贝暂存寄存器(COPYSCRATCHPAD)、装载暂存器寄存器(RECALL E2)、读供电模式命令(READ POWER SUPPLY)。

  文中不用温度报警功能,因此在本步骤中只需完成温度转换,然后通过读暂存寄存器命令完成温度转化的结果。


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FPGA? 温度传感器? 通信控制?

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