LM75溫度傳感器數(shù)碼管顯示溫度verilog代碼

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

軟件：VIVADO

語言：Verilog

代碼功能：

使用verilog編寫代碼，讀取IIC（I2C）接口的LM75溫度傳感器數(shù)據(jù)，并在數(shù)碼管顯示，代碼兼容LM75A,LM75BD,tmp1075

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

//?*************************************************************/
`define?????SCL_POS??????????(cnt==3'd0)??????
`define?????SCL_HIG??????????(cnt==3'd1)
`define?????SCL_NEG??????????(cnt==3'd2)?????
`define?????SCL_LOW??????????(cnt==3'd3)??
`define????DEVICE_READ????????8'b1001_0001????//read?device?addr
//************************************************************/
module?i2c_read_lm75
(
?input??????????????sys_clk,
?input??????????????rst_n,
?output?????????????scl,?
?inout??????????????sda,??????
?output?reg[16:0]???????data
??);???????????????????????
//--------------------------------------------???????
reg[2:0]?cnt;??
reg[7:0]?cnt_delay;????
reg?scl_r;??????
always?@?(posedge?sys_clk?or?negedge?rst_n)
????if(!rst_n)?cnt_delay?<=?8'd0;
????else?if(cnt_delay?==?8'd199)?cnt_delay?<=?8'd0;???
????else?cnt_delay?<=?cnt_delay+1'b1;
always?@?(posedge?sys_clk?or?negedge?rst_n)?
begin
????if(!rst_n)?cnt?<=?3'd5;
????else?begin
????????case?(cnt_delay)
????????????9'd49:?????cnt?<=?3'd1;
????????????9'd99:?????cnt?<=?3'd2;?
????????????9'd149:????cnt?<=?3'd3;??
????????????9'd199:????cnt?<=?3'd0;?
????????????default:???cnt?<=?3'd5;
????????????endcase
????????end
end
?
always?@?(posedge?sys_clk?or?negedge?rst_n)
????if(!rst_n)?scl_r?<=?1'b0;
????else?if(cnt==3'd0)?scl_r?<=?1'b1;
???????else?if(cnt==3'd2)?scl_r?<=?1'b0;
assign?scl?=?scl_r;???
//---------------------------------------------???????????????
reg[7:0]?db_r;????
(*mark_debug="TRUE"*)?reg[15:0]?read_data;??
//---------------------------------------------
parameter?????IDLE??????=?4'd0;
parameter?????START?????=?4'd1;
parameter?????ADDR??????=?4'd2;
parameter?????ACK1??????=?4'd3;
parameter?????DATA1?????=?4'd4;
parameter?????ACK2??????=?4'd5;
parameter?????DATA2?????=?4'd6;
parameter?????NACK??????=?4'd7;
parameter?????STOP??????=?4'd8;
(*mark_debug="TRUE"*)reg[3:0]?cstate;????
reg?sda_r;?
reg?sda_link;?????????
reg[3:0]?num;??
reg[25:0]?tim;
always?@?(posedge?sys_clk?or?negedge?rst_n)?
????if(!rst_n)?tim<=26'd0;
????else?tim<=tim+1'b1;
always?@?(posedge?sys_clk?or?negedge?rst_n)?begin
????if(!rst_n)?begin
????????????cstate?<=?IDLE;
????????????sda_r?<=?1'b1;
????????????sda_link?<=?1'b0;
????????????num?<=?4'd0;
????????????read_data?<=?16'd0;
????????end
????else???????
????????case?(cstate)

設(shè)計(jì)文檔：

1實(shí)驗(yàn)簡介

本教程介紹使用溫度傳感器 LM75 來進(jìn)行溫度測試，例程中主要介紹溫度傳感器的 ?FPGA 驅(qū)動(dòng)和數(shù)碼管顯示。

2實(shí)驗(yàn)原理

2.1 LM75原理介紹

LM75BD 是一個(gè)高速 I2C 接口的溫度傳感器，可以在-55℃～+125℃的溫度范圍內(nèi)將溫度直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并可實(shí)現(xiàn) 0.125℃的精度。

控制器可以通過 I2C 總線直接讀取其內(nèi)部寄存器中的數(shù)據(jù)，并可通過 I2C 對 4 個(gè)數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行操作，以設(shè)置成不同的工作式。

LM75BD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。

LM75BD 可配置成不同的工作模式。它可設(shè)置成在正常工作方式下周期性地對環(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 中斷方式，OS 輸出可選擇高電平或低電平有效。

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℃，滯后閾值為 75℃。

低功耗設(shè)計(jì)，工作電流典型值為 250uA，掉電模式為 3.5uA；寬工作電壓范圍：2.8V～5.5V。

LM75BD 管腳說明如下圖：

a)溫度寄存器Temp（地址0x00）

溫度寄存器是一個(gè)只讀寄存器，包含?2?個(gè)?8?位的數(shù)據(jù)字節(jié)，由一個(gè)高數(shù)據(jù)字節(jié)（MS）和一個(gè)低數(shù)據(jù)字節(jié)（LS）組成。這兩個(gè)字節(jié)中只有?11?位用來存放分辨率為?0.125℃的?Temp?數(shù)據(jù)（以二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)據(jù)的形式），如下表所示。對于?8?位的?I2C?總線來說，只要從?LM75BD?的“00地址”連續(xù)讀兩個(gè)字節(jié)即可（溫度的高?8?位在前）。

下表給出了一些 Temp 數(shù)據(jù)和溫度值的例子。

b)配置寄存器（地址 0x01）

配置寄存器為 8 位可讀寫寄存器，其位功能分配如下表所示。

B7-B5： 保留，默認(rèn)為 0。

B4-B3： 用來編程 OS 故障隊(duì)列。00 到 11 代表的值為 1、2、4、6，默認(rèn)值為 0。

B2： 用來選擇 OS 極性。B2=0，OS 低電平有效（默認(rèn)）；B2=1，OS 高電平有效。

B1： 選擇 OS 工作模式。B1=0，配置成比較器模式，直接控制外圍電路；B1=1，OS 控制輸出功能配置成中斷模式，以通知 MCU 進(jìn)行相應(yīng)處理。

B0： 選擇器件工作模式。B0=0，LM75A 處于正常工作模式（默認(rèn)）；B0=1，LM75A 進(jìn)入關(guān)斷模式。

c)滯后寄存器 Thyst（0x02）

滯后寄存器是讀/寫寄存器，也稱為設(shè)定點(diǎn) ? ?存器，提供了溫度控制范圍的下限溫度。每次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，Temp 數(shù)據(jù)（取其高 9 位）將會(huì)與存放在該寄存器中的數(shù)據(jù)相比較，當(dāng)環(huán)境溫度低于此溫度的時(shí)候，LM75BD 將根據(jù)當(dāng)前模式（比較、中斷）控制 ?OS ?引腳作出相應(yīng)反應(yīng)。該寄存器都包含 2 個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)字節(jié)，但 2 個(gè)字節(jié)中，只有 9 位用來存儲(chǔ)設(shè)定點(diǎn)數(shù)據(jù)（分辨率為 0.5℃的二進(jìn)制補(bǔ)碼），其數(shù)據(jù)格式如下表所示，默認(rèn)為 75℃。

d)超過溫關(guān)斷閾值寄存器 Tos（0x03）

超溫關(guān)斷寄存器提供了溫度控制范圍的上限溫度。每次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，Temp 數(shù)據(jù)（取其高 9 位）將會(huì)與存放在該寄存器中的數(shù)據(jù)相比較，當(dāng)環(huán)境溫度高于此溫度的時(shí)候，LM75BD將根據(jù)當(dāng)前模式（比較、中斷）控制 OS 引腳作出相應(yīng)反應(yīng)。其數(shù)據(jù)格式如表 4 所示，默認(rèn)為 80℃。

e)OS 輸出

OS ?輸出為開漏輸出口。為了觀察到這個(gè)輸出的狀態(tài)，需要接一個(gè)外部上拉電阻，其阻值應(yīng)當(dāng)足夠大（高達(dá) 200kΩ），以減少溫度讀取誤差。OS 輸出可通過編程配置寄存器的 B2 位設(shè)置為高或低有效。如下圖所示，為 LM75BD在不同模式下 OS 引腳對溫度作出的響應(yīng)。OS 設(shè)為低有效。

可以看出，當(dāng) LM75BD工作在比較器模式時(shí)，當(dāng)溫度高于 Tos 時(shí)，OS 輸出低電平。此時(shí)采取了降溫措施，啟動(dòng)降溫設(shè)備（如風(fēng)扇），直到溫度再降 ? ?Thyst，則停止降溫，因此在這 ? ?式下，LM75BD可以直接控制外部電路來保持環(huán)境溫度；而在中斷模式，則在溫度高于 Tos 或低于Thyst 時(shí)產(chǎn)生中斷。注意：在中斷式下，只有當(dāng) MCU 對 LM75BD進(jìn)行讀操作后，其中斷信號才會(huì)消失（圖中 OS 變?yōu)楦唠娖剑?/p>

f)I2C 串行接口

在主控器的控制下，LM75BD可以通過 SCL 和 SDA 作為從器件連接到 I2C 總線上。主控器必須提供 SCL 時(shí)鐘信號，可以通過 SDA 讀出器件數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入到器件中。LM75BD從地址（7 位地址）的低 3 位可由地址引腳 A2、A1 和 A0 的邏輯電平來決定。地址的高 4 位預(yù)先設(shè)置為‘1001’。

2.2 ? ?硬件原理圖

如下為開發(fā)板的溫度傳感器 LM75BD 部分原理圖：

LM75 部分原理圖

3程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)比較簡單，功能是 FPGA 驅(qū)動(dòng) LM75 溫度傳感器不斷地讀取溫度值并送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

代碼說明：

temp_test.v 是頂層模塊，包含了 i2c_read_lm75，hextobcd 和 smg_interface 模塊；

i2c_read_lm75.v 是 LM75 的溫度讀取模塊，實(shí)時(shí)讀取溫度值；

hextobcd.v 為十六進(jìn)制轉(zhuǎn) BCD 模塊；

smg_interface.v 為數(shù)碼管顯示模塊，在數(shù)碼管上顯示 LM75 的溫度。

4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

將工程目錄下的bit文件下載至開發(fā)板，8位數(shù)碼管顯示實(shí)際采集到板卡溫度，如下圖所示：

點(diǎn)擊鏈接獲取代碼文件：http://www.hdlcode.com/index.php?m=home&c=View&a=index&aid=223