1.概述
本设计基于CPLD设计一款数字温度计，温度传感器使用DS18B20，CPLD采用EPM240T100C5。DS18B20具有体积小，硬件开销低（只需要一根信号线），抗干扰能力强等优点。EPM240T00C5具有延时低、功耗小、稳定性高等优点。
2.硬件简介
硬件平台采用BigTree的CPLD开发板，有如下硬件资源：
CPLDEPM240T100C5；
USB转串口（省去USB转串口线）；
LED；
有源蜂鸣器；
DS18B20温度传感器；
四位共阳极数码管；
按键；
GPIO拓展接口（18个通用IO）。
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3.系统框图
温度采集模块：负责初始化、读写DS18B20温度传感器；
十六进制转十进制模块：将DS18B20的温度输出数据转换成十进制数据；
数码管显示模块：将转换好的十进制数据动态显示在数码管上。
4.DS18B20工作原理
DS18B20引脚功能
GND：地信号
DQ：数据信号线
VDD：电源
存储资源
ROM：只读存储器，用于存放DS18B20编码，一共64位，第一个8位是1-wire家族号（28h），第二个48位是唯一的序列号。最后一个8位是前56位的CRC校验码。
RAM：数据暂存器，共9个字节，第1、2字节是温度转后的数据值。
EEPROM：用于存放长期需要保持的数据，如上下限温度报警值等。
设备操作
1.初始化
->数据线拉高1；
->短延时；
->数据线拉底0；
->延时750ms；
->数据线拉高1；
->延时等待（如果初始化成功则在15～60毫秒内产生一个由DS18B20返回的低电平）；
->若读到数据线上的低电平，再做延时（第五步算起，最少480ms）；
->数据线拉高，结束。
2.发送ROM指令
ROM指令共5条，每一个工作周期只能发一条，分别为：读ROM、匹配ROM、跳跃ROM、查找ROM和报警查找。一般只有单个18B20芯片，可使用跳过ROM指令［CCH］。
3.发送存储器操作指令
在ROM指令后，紧接着发送存储器操作指令，分别为：
?温度转换44H：
启动DS18B20进行温度转换，将温度值放入RAM的第1、2个地址。
?读暂存器BEH
从RAM中读数据，读地址从0开始到9，可只读前两个字节。
?写暂存器4EH
将数据写入暂存器的TH、TL字节。
?复制暂存器48H
把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中。
?重新调E2RAMB8H
把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节。
?读电源供电方式B4H
启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主控。
4.读当前温度数据
需要执行两次工作周期，第一个周期为复位，跳过ROM指令，执行温度转换存储器指令等待500us温度转换时间。紧接着执行第二个周期为复位，跳过ROM指令，执行读RAM的存储器，读数据。
5.写操作
写时隙分为写“0”和写“1”，时序如图，在写数据时间间隙的前15us总线需要是被主控拉低，然后则将是芯片对总线数据的采样时间，采样时间在15-60us，采样时间内，如果主控将总线拉高则表示写1，如果主控将总线拉低则表示写0。每一位的发送都应该有一个至少15us的低电平起始位随后的数据0或1应该在45us内完成。整个位的发送时间应该保持在60-120us，否则不能保证通信的正常。
6.读操作
读时隙时也是必须先由主控产生至少1us的低电平，表示读时间的起始。随后在总线被释放后的15us中DS18B20会发送内部数据位。注意必须要在读间隙开始的15us内读数据为才可以保持通信的正确。通信时，字节的读或写是从高位开始的，即A7到A0。控制器释放总线，也相当于将总线置1。
5.进制转换（Hex2Dec）
由于DS18B20输出的是十六进制数据，所以需要做进制转换为10进制输出。这里由于CPLD资源问题，故只设计温度显示范围为：0～47度，最小分辨率为1度。
```
wire［7:0］data_in;
assigndata_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
assigntemperature=data_out［7:0］
#6.数码管显示
本设计采用4位共阳极数码管作为温度显示模块，驱动代码如下：
//-----------------数码管显示-------------------
assignsm_sel={2’b11，sm_sel_r};
assignsm_dat=sm_dat_r;
//XXXX=8‘b{a，b，c，d，e，f，g，dp}
parameterZERO=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@（posedgeclk_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.最终结果
下图为实测的温度结果，比实际温度高出2-3度。由于芯片出厂的误差（没有对0校准），加上板卡本身的散热，使得温度偏高2～3度。但不影响我们学习使用。
