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名稱：溫度傳感器LM75溫度數(shù)碼管顯示（代碼在文末付費(fèi)下載）

軟件：QuartusII

語言：Verilog

代碼功能：

讀取開發(fā)板上的溫度傳感器LM75的數(shù)值，并將溫度顯示在數(shù)碼管上。

本代碼已在開發(fā)板驗(yàn)證，開發(fā)板資料：

FPGA代碼Verilog/VHDL代碼資源下載網(wǎng)：www.hdlcode.com

部分代碼展示

module?LM75A_test(clk,rst_n,scl,sda,cs,seg);
input?clk,rst_n;?//fu復(fù)位信號(hào)低電平有效，時(shí)鐘50MHz;
output?scl;??//I2C時(shí)鐘，250KHz；時(shí)鐘周期為4us;
inout?sda;???//I2C數(shù)據(jù)端；
output[3:0]?cs;??//數(shù)碼管片選；
output[7:0]?seg;??//數(shù)碼管段選；
wire?done;????//?I2C讀取一個(gè)數(shù)據(jù)完畢，更新數(shù)碼管段選寄存器；
wire[15:0]?data;//溫度數(shù)據(jù)；
//LM75的I2C接口控制
I2C_READ?I2C_READ(
????????.clk(clk),
?.rst_n(rst_n),
?.scl(scl),//I2C時(shí)鐘，250KHz；時(shí)鐘周期為4us;
?.sda(sda),//I2C數(shù)據(jù)端；
?.data(data)//溫度數(shù)據(jù)；
??????????????);
??
//數(shù)碼管顯示
SEG_D??SEG_D(
???????.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.cs(cs),//數(shù)碼管片選；
.seg(seg),//數(shù)碼管段選；
.data(data)//溫度數(shù)據(jù)顯示
?????????);
endmodule

//LM75的I2C接口控制
module?I2C_READ(
???????clk,
rst_n,
scl,sda,data
??????????????);
?
?input?clk;//總線時(shí)鐘?50MHz??
input?rst_n;//異步復(fù)位,低電平有效??
??
output?scl;//SCL?時(shí)鐘??
inout??sda;//?SDA?數(shù)據(jù)總線??
output?[15:0]?data;//溫度數(shù)據(jù)??
??
reg?[15:0]data_r;//溫度數(shù)據(jù)寄存器??
reg?scl;//SCL?總線寄存器??
reg?sda_r;//SDA?總線寄存器??
reg?sda_link;//SDA?總線數(shù)據(jù)方向標(biāo)志??
reg?[7:0]scl_cnt;//SCL?時(shí)鐘產(chǎn)生計(jì)數(shù)器??
reg?[2:0]cnt;//用來標(biāo)記SCL時(shí)鐘計(jì)數(shù)器??
reg?[25:0]timer_cnt;//定時(shí)器,每隔2s?讀取一次溫度數(shù)據(jù)??
reg?[3:0]data_cnt;//數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換寄存器??
reg?[7:0]address_reg;//器件地址寄存器??
reg?[8:0]state;//狀態(tài)寄存器??
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////??
//進(jìn)程1、2、3：產(chǎn)生SCL?總線時(shí)鐘??
always@(posedge?clk?or?negedge?rst_n)??
????begin??
????????if(!rst_n)??
????????????scl_cnt?<=?8'd0;??
????????else?if(scl_cnt?==?8'd199)??
????????????scl_cnt?<=?8'd0;??
????????else??
????????????scl_cnt?<=?scl_cnt?+?1'b1;??
????end??
always@(posedge?clk?or?negedge?rst_n)??
????begin??
????????if(!rst_n)??
????????????cnt?<=?3'd5;??
????????else???
????????????case(scl_cnt)??
????????????????8'd49:?cnt?<=?3'd1;//高電平中間??
????????????????8'd99:?cnt?<=?3'd2;//下降沿??
????????????????8'd149:cnt?<=?3'd3;//低電平中間??
????????????????8'd199:cnt?<=?3'd0;//上升沿??
???????????????default:?cnt?<=?3'd5;??
????????????endcase

設(shè)計(jì)文檔：

1.LM75A簡介：

LM75A 是一個(gè)使用了內(nèi)置帶隙溫度傳感器和Σ-△模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的溫度-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它也是一個(gè)溫度檢測(cè)器，可提供一個(gè)過熱檢測(cè)輸出。

LM75A 包含許多數(shù)據(jù)寄存器：配置寄存器（Conf），用來存儲(chǔ)器件的某些配置，如器件的工作模式、OS 工作模式、OS 極性和OS 故障隊(duì)列等（在功能描述一節(jié)中有詳細(xì)描述）；

溫度寄存器（Temp），用來存儲(chǔ)讀取的數(shù)字溫度；設(shè)定點(diǎn)寄存器（Tos & Thyst），用來存儲(chǔ)可編程的過熱關(guān)斷和滯后限制，器件通過2 線的串行I2C 總線接口與控制器通信。LM75A 還包含一個(gè)開漏輸出（OS），當(dāng)溫度超過編程限制的值時(shí)該輸出有效。LM75A 有3 個(gè)可選的邏輯地址管腳，使得同一總線上可同時(shí)連接8個(gè)器件而不發(fā)生地址沖突。

LM75A 可配置成不同的工作條件。它可設(shè)置成在正常工作模式下周期性地對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控或進(jìn)入關(guān)斷模式來將器件功耗降至最低。OS 輸出有2 種可選的工作模式：OS 比較器模式和OS 中斷模式。OS 輸出可選擇高電平或低電平有效。故障隊(duì)列和設(shè)定點(diǎn)限制可編程，為了激活OS 輸出，故障隊(duì)列定義了許多連續(xù)的故障。

溫度寄存器通常存放著一個(gè)11 位的二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼，用來實(shí)現(xiàn)0.125℃的精度。這個(gè)高精度在需要精確地測(cè)量溫度偏移或超出限制范圍的應(yīng)用中非常有用。

正常工作模式下，當(dāng)器件上電時(shí)，OS 工作在比較器模式，溫度閾值為80℃，滯后75℃，這時(shí)，LM75A就可用作一個(gè)具有以上預(yù)定義溫度設(shè)定點(diǎn)的獨(dú)立的溫度控制器。

2.LM75A規(guī)格：

讀出溫度數(shù)據(jù)。

3.實(shí)現(xiàn)原理

LM75A時(shí)鐘頻率入下圖所示：

由于系統(tǒng)時(shí)鐘為50Mhz，為了分頻方便，此處選用50Khz的頻率作為LM75A時(shí)鐘頻率。

50Mhz/50Khz = 50000000/50000 = 1000

LM75A讀溫度數(shù)據(jù)時(shí)序如下圖所示：

0 0 0 1 1 1 1 0?1 0 0

總共28個(gè)時(shí)鐘周期完成一次讀操作，所以計(jì)數(shù)器寬度設(shè)置為8位寬。

使用SCL的四倍頻率來控制計(jì)數(shù)器，使用計(jì)數(shù)器控制SDA相對(duì)于SCL的相位關(guān)系。

本程序還增加了上電初始化關(guān)斷LM75操作，因?yàn)槠骷想娨话阈枰幸粋€(gè)初始化時(shí)間，本程序初始化延時(shí)大概在幾十秒左右，故將程序下進(jìn)去后幾十秒后才顯示溫度數(shù)據(jù)。

I2C總線數(shù)據(jù)通信協(xié)議規(guī)范（必須遵守）：

主機(jī)和LM75A 之間的通信必須嚴(yán)格遵循I2C 總線管理定義的規(guī)則。LM75A 寄存器讀/寫操作的協(xié)議通

過下列描述之后的各個(gè)圖來說明：

1. 通信開始之前，I2C 總線必須空閑或者不忙。這就意味著總線上的所有器件都必須釋放SCL 和SDA 線，SCL 和SDA 線被總線的上拉電阻拉高。

2. 由主機(jī)來提供通信所需的SCL 時(shí)鐘脈沖。在連續(xù)的9 個(gè)SCL 時(shí)鐘脈沖作用下，數(shù)據(jù)（8 位的數(shù)據(jù)字節(jié)以及緊跟其后的1 個(gè)應(yīng)答狀態(tài)位）被傳輸。

3. 在數(shù)據(jù)傳輸過程中，除起始和停止信號(hào)外，SDA 信號(hào)必須保持穩(wěn)定，而SCL 信號(hào)必須為高。這就表明SDA 信號(hào)只能在SCL 為低時(shí)改變。

4. S：起始信號(hào)，主機(jī)啟動(dòng)一次通信的信號(hào)，SCL 為高電平，SDA 從高電平變成低電平。

5. RS：重復(fù)起始信號(hào)，與起始信號(hào)相同，用來啟動(dòng)一個(gè)寫命令后的讀命令。

6. P：停止信號(hào)，主機(jī)停止一次通信的信號(hào)，SCL 為高電平，SDA 從低電平變成高電平。然后總線變成空閑狀態(tài)。

7. W：寫位，在寫命令中寫/讀位＝0。

8. R：讀位，在讀命令中寫/讀位＝1。

9. A：器件應(yīng)答位，由LM75A 返回。當(dāng)器件正確工作時(shí)該位為0，否則為1。為了使器件獲得SDA 的控制權(quán)，這段時(shí)間內(nèi)主機(jī)必須釋放SDA 線。

10. A’：主機(jī)應(yīng)答位，不是由器件返回，而是在讀2 字節(jié)的數(shù)據(jù)時(shí)由主控器或主機(jī)設(shè)置的。在這個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，為了告知器件的第一個(gè)字節(jié)已經(jīng)讀走并要求器件將第二個(gè)字節(jié)放到總線上，主機(jī)必須將SDA 線設(shè)為低電平。

11. NA：非應(yīng)答位。在這個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)器件和主機(jī)都必須釋放SDA 線，然后由主機(jī)產(chǎn)生停止信號(hào)。

12. 在寫操作協(xié)議中，數(shù)據(jù)從主機(jī)發(fā)送到器件，由主機(jī)控制SDA 線，但在器件將應(yīng)答信號(hào)發(fā)送到總線的時(shí)鐘周期內(nèi)除外。

13. 在讀操作協(xié)議中，數(shù)據(jù)由器件發(fā)送到總線上，在器件正在將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線和控制SDA 線的這段時(shí)間內(nèi)，主機(jī)必須釋放SDA 線，但在主器件將應(yīng)答信號(hào)發(fā)送到總線的時(shí)間周期內(nèi)除外。

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