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温度传感器模块 [2017/06/06 14:16] anran [STEP FPGA驱动温度传感器DS18B20Z] |
温度传感器模块 [2017/06/07 17:06] anran [硬件说明] |
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| - | 在前面之前的入门教程中[[4. 数码管显示| 数码管独立显示 ]]章节已为大家介绍了数码管独立显示的相关内容，关于独立显示这里就不在赘述。我们的底板上有6位数码管，根据驱动方法不同，有以下比较： | + | DS18B20是我们日常设计中常用的一款温度传感器芯片，只需要一根总线就可以实现通信，非常的方便，我们的[[STEP-BaseBoard]]底板上就集成了温度传感器DS18B20Z，下面我们就一起来学习一下它的硬件链接及驱动方法。 |
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| - | 独立显示：控制每个数码管至少需要8个I/O口控制，6位数码管就需要6*8 = 48根信号线才能分别显示。独立显示实现简单，但是需要大量的信号线。 | + | DS18B20Z只有一根总线，硬件电路非常简单，但是一定记得总线需要做上拉处理，如下图总线上连接了10K（上拉电阻取值可以一定范围内自行调整）的上拉电阻，另外我们使用FPGA驱动，一定记得将FPGA对应的管脚同样作上拉配置，重要的事情说三遍，总线上拉，总线上拉，总线上拉。 |
| + | {{ :ds18b20z硬件电路.jpg?800 |}} | ||
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| - | 扫描显示：将每位数码管的同一段选信号连接在一起，这样我们就只需要8根段选信号和6根位选信号，共计14根信号。扫描显示可以有效节约I/O口资源，实现起来稍显复杂。 | + | 聊完硬件连接，接下来简要介绍如何驱动（更加详细的信息需要大家参考数据手册），不同的功能需求对应不同寄存器配置，本设计执行的操作案例如下。 |
| - | {{ :6位数码管.jpg?1600 |}} | + | |
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| - | 我们小脚丫底板上使用的6位共阴极数码管，分析扫描显示的原理如下： | + | {{ :ds18b20z驱动案例.jpg?800 |}} |
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| - | 当某一时刻，FPGA控制8根公共的段选接口输出数字1对应的数码管字库数据8'h06（DP=0、G=0、F=0、E=0、D=0、C=1、B=1、A=0）时，同时控制6位数码管只有第1位使能（DIG1=0、DIG2=1、DIG3=1、DIG4=1、DIG5=1、DIG6=1）这样我们会看到第1位数码管显示数字1，其余5位数码管不显示，如果不明白可以参考入门教程中实验四：[[4. 数码管显示| 数码管独立显示 ]]章节 | + | 下面为大家展示上述案例中每个环节的时序要求： |
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| - | 按照扫描的方式，一共分为6个时刻，段选端口分别对应输出6位数码管需要显示的字库数据，位选端口保持每个时刻只有1位数码管处于使能状态，6个时刻依次循环，当扫描频率足够高（例如当扫描频率等于100Hz）时，则在人眼看到的数码管显示就是连续的，我们看到的就是6个不同的数字。 | + | {{ :ds18b20z初始化时序.jpg?800 |}} |
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| - | 上面为大家介绍了数码管的独立显示和扫描显示两种方法，扫描显示的方式使用了14个I/O口控制，相对于简单的处理器来讲14个I/O口也是非常多了，这里我们又使用了一款常见的驱动芯片74HC595，下面我们一起了解一下： | + | {{ :ds18b20z读写时序.jpg?800 |}} |
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| - | 74HC595是较为常用的串行转并行的芯片，内部集成了一个8位移位寄存器、一个存储器和8个三态缓冲输出。在最简单的情况下我们只需要控制3根引脚输入得到8根引脚并行输出信号，而且可以级联使用，我们使用3个I/O口控制两个级联的74HC595芯片，产生16路并行输出，连接到扫描显示的6位数码管上，可以轻松完成数码管驱动任务。 | + | {{ :温度转换时间.jpg?800 |}} |
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| - | {{ :74hc595电路.jpg?1000 |}} | + | {{ :温度编码格式.jpg?800 |}} |
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| - | 不同的IC厂家都可以生产74HC595芯片，功能都是一样的，然而不同厂家的芯片手册对于管脚的命名会存在差异，管脚顺序相同，大家可以对应识别 | + | {{ :温度码值对照表.jpg?800 |}} |
| - | 上图是本设计中74HC595芯片的硬件电路连接，参考74HC595数据手册了解其具体用法，下图中我们了解到OE#（G#）和MR#（SCLR#）信号分别为输出使能（低电平输出）和复位管脚（低电平复位），OE#（G#）我们接GND让芯片输出使能，MR#（SCLR#）我们接VCC让芯片的移位寄存器永远不复位，如此FPGA只需要控制SH_CP（SCK）、ST_CP（RCK）和DS（SER）即可。 | + | |
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| - | {{ :74hc595引脚功能.jpg |74hc595引脚功能}} | + | |
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| - | {{ :74hc595逻辑图.jpg |74hc595逻辑图}} | + | |
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| - | {{ :74hc595时序图.jpg |74hc595时序图}} | + | |
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| - | {{ :数码管程序框图.jpg?1000 |数码管驱动程序框图}} | + | |
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| ====Verilog代码==== | ====Verilog代码==== | ||