2 控制器设计

　　2.1 控制器结构

　　控制器结构如图3所示，控制器由4部分组成，即逻辑控制、单总线时序控制、数据缓存和计数器。逻辑控制部分用于实现与CPU的通信，D0～D7为8位双向数据线，EN为启动信号，下降沿有效。A1、A0为地址信号，其组合决定控制器的工作状态。A1A0=00，控制器对DS1820执行复位操作;A1A0=01，控制器执行写入操作;A1A0=10，控制器执行读出操作。控制器由外部提供200 kHz的时钟信号CLK，产生5 μs的计数周期，控制器以5 μs为一个时间片形成DS1820的读写时序。计数器的计数输出值控制读写周期。单总线时序控制部分的主要功能是产生单总线的读写时序，并向DS1820 输出控制命令，读出DS1820测得的数字温度值及其他输出信息。

　　2.2 读写时序的实现

　　DS1820要求引脚驱动必须是漏极开路引脚，控制器用三态门与DS1820连接，如图4所示。其中ctrl为三态门控制信号，当ctrl=0时输出信号，ctrl=1时输入信号。控制器采用5 μs作为基本计时单位，可以保证DS1820时序关系有一定的余地。

　　写字节部分VHDL代码：

　　PROCESS(cq)—输出1 bit

　　SIGNAL cout：STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);

　　VARIABLE di：STD_LOGIC;

　　BEGIN

　　ctrl<=‘0’;

　　IF(cq>=“0000” AND cq<=“0010”)THEN

　　di：=‘0’;——拉低输出电位10 ms

　　ELSIF(cq>“0010”AND cq<“1110”)THEN

　　di：=rq; ——取发送移位寄存器的输出位

　　ELSIF(cq>=“1110”)THEN

　　di：=‘1’;cout<=cout + 1;

　　END IF;

　　dqo<=di;

　　END PROCESS;

　　PROCESS(cout) —计数

　　SIGNAL f：STD_LOGIC;

　　IF cout=“111” THEN

　　f<=‘0’;—8位输出结束，停止计时

　　ELSE f<=‘1’;

　　END IF;

　　END PROCESS;

　　3 仿真波形

　　控制器的VHDL程序在MAX+plusII平台编译通过，并获得了正确的复位、读、写时序。图5为写时序波形，写入77H字节。每次写入新的bit前，控制器将总线电平拉底10 μs。

　　基于VHDL的嵌入式DS1820控制器，具有转换速度快、精度高、通用性好等优点。同时，嵌入软核的FPGA可以分担许多微处理器的工作，降低系统对 CPU实时性的要求，也降低了软件开发的难度。本文虽然是针对DS1820设计的控制器，但由于单总线通信协议的通用性，也可以用于其他单总线器件。

　　参考文献

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　　[5] 张令.温室群的温度自动测试系统[J].邯郸职业技术学院学报，2003，16(4): 65-68.

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　　[7] 袁伟亭，周润景.FPGA与DS18B20组成的测温系统设计[J].内蒙古大学学报(自然科学版)，2006，37(4): 459-463.