基于FPGA的DS18B20温度监控与管理系统：实时显示温度，按键查看历史数据并存储温度点，超...

基于FPGA的 DS18B20多功能温度显示 实现功能： 1.实时温度显示在数码管上，更新速率1-2s一次 2.按下按键显示最近30s内的最高温和最低温 不包含板子， 3.按下按键可以存储当前温度，最多存5个 4.超过温度报警

最近在搞一个挺有意思的FPGA温度显示项目，用DS18B20数字温度传感器搭配数码管玩出了新花样。这种单总线协议的温度传感器用起来有点小脾气，不过搞定了之后发现FPGA驱动起来还挺带感的。

先上段单总线通信的状态机核心代码：

always@(posedge clk_1mhz) begin case(state) 0: begin // 初始化 if(cnt == 750_000) begin cnt <= 0; state <= 1; end else cnt <= cnt + 1; end 1: begin // 发送跳过ROM命令 if(bit_cnt == 8) begin state <= 2; bit_cnt <= 0; end else begin tx_data <= 8'hCC; // 发送单字节代码... end end // ...后续状态省略 endcase end

这个状态机负责和DS18B20的通信握手。注意时钟用1MHz分频得来，实测发现这个频率下通信最稳定。状态0做传感器复位操作，拉低总线至少480us。这里用计数器实现时间控制比用定时器模块更节省资源。

数码管显示部分玩了个小花招，把温度数据拆成三个数码管显示：

// 温度数据处理 wire [11:0] temp_data = {rx_buffer[1], rx_buffer[0]}; wire [15:0] temp_bcd = bin2bcd(temp_data[11:4]); // 动态扫描模块 always@(posedge scan_clk) begin case(sel) 2'b00: begin seg_data <= temp_bcd[11:8]; // 十位 seg_point <= 1'b0; end 2'b01: begin seg_data <= temp_bcd[7:4]; // 个位 seg_point <= 1'b1; // 点亮小数点 end 2'b10: begin seg_data <= temp_bcd[3:0]; // 小数位 seg_point <= 1'b0; end endcase sel <= sel + 1; end

这里用bin2bcd自定义函数把二进制温度转成BCD码，注意DS18B20的温度数据是12位分辨率，所以只取高8位整数部分。小数位的处理可以自己决定要不要显示，实测发现0.5度精度对大多数场景够用了。

基于FPGA的 DS18B20多功能温度显示 实现功能： 1.实时温度显示在数码管上，更新速率1-2s一次 2.按下按键显示最近30s内的最高温和最低温 不包含板子， 3.按下按键可以存储当前温度，最多存5个 4.超过温度报警

按键处理模块是功能切换的核心：

// 按键状态机 always@(posedge clk) begin case(key_state) 0: begin if(key_pressed) begin key_timer <= 0; key_state <= 1; end end 1: begin if(key_timer == 200_000) begin // 20ms消抖 if(key_hold) begin key_state <= 2; // 触发功能切换 mode <= (mode == 3'd4) ? 3'd0 : mode + 1; end else key_state <= 0; end else key_timer <= key_timer + 1; end // ...状态处理省略 endcase end

这里用时间戳方式实现按键长短按判断。消抖计数器跑在10kHz时钟下，实测比用机械消抖电路更可靠。模式切换时要注意数码管显示内容的切换逻辑，特别是最高最低温需要从环形缓冲区里读取历史数据。

温度存储用了简单的FIFO结构：

reg [7:0] temp_mem [0:4]; reg [2:0] mem_ptr; always@(posedge save_trigger) begin if(mem_ptr <5) begin temp_mem[mem_ptr] <= current_temp; mem_ptr <= mem_ptr +1; end else begin // 循环覆盖旧数据 temp_mem[0] <= temp_mem[1]; temp_mem[1] <= temp_mem[2]; // ...数据移位操作 temp_mem[4] <= current_temp; end end

这里用指针循环覆盖的设计比用真正的FIFO更节省资源，毕竟只需要存5个数据。注意存储触发条件要放在按键处理模块里，避免误触发。

报警模块就比较直接了：

always@(posedge clk) begin if(current_temp > 38 || current_temp <5) begin alarm_led <= 1'b1; buzzer <= ~buzzer; // 产生方波报警声 end else begin alarm_led <= 1'b0; buzzer <= 1'b0; end end

阈值可以改成参数化设计，这里直接写死方便调试。蜂鸣器用PWM控制的话效果更好，不过方波实现起来最简单。

这个项目最坑的地方是单总线时序，建议调试时先用示波器抓波形，确保符合DS18B20的时序要求。数码管刷新率设在60Hz左右比较合适，肉眼看起来不会有闪烁感。最后实测效果挺有意思，按键切换时能看到温度数据像跑马灯一样在数码管上流转，报警时的蜂鸣器尖叫也够刺激——当然，别在图书馆玩这个。