基于总线传输的数字温度计

实验17　基于I²C总线传输的数字温度计

【实验目的】

（1）熟练掌握VHDL语言和QuartusⅡ软件的使用；

（2）理解状态机的工作原理和设计方法；

（3）掌握利用EDA工具进行自顶向下的电子系统设计方法。

【实验所用仪器及元器件】

（1）计算机；

（2）示波器；

（3）直流稳压电源；

（4）万用表；

（5）EDA开发板及相应元器件。

【实验原理】

1.I²C（Inter－Integrated Circuit）总线协议

I²C（Inter－Integrated Circuit）总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I²C总线产生于20世纪80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I²C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I²C总线的另一个优点是，它支持多主控（Multi－Mastering），其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

I²C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址。在信息的传输过程中，I²C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。

SDA线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定，数据线的高或低电平状态只有在SCL线的时钟信号是低电平时才能改变，如图8－13。

图8－13　I² C总线的位传输

在I²C总线中，起始条件（S）是在SCL线是高电平时，SDA线从高电平向低电平跳变；停止条件（P）是在SCL是高电平时SDA线由低电平向高电平跳变，如图8－14所示。

图8－14　总线开始／停止

发送到SDA线上的每个字节必须为8位，每次传输可以发送的字节数量不受限制，每个字节后必须跟一个响应位。首先传输的是数据的最高位，如果从机要完成一些其他功能后（例如一个内部中断服务程序）才能接收或发送下一个完整的数据字节，可以使时钟线SCL保持低电平，迫使主机进入等待状态。当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL后，数据传输继续。

2.DS1775数字温度计和恒温器

DS1775数字温度计和恒温器采用小巧的5引脚SOT23封装，在－10～＋85℃范围内具有±2℃精度。温度计数据采用2进制补码格式，具有9至12位分辨率（用户可编程），通过2线串行总线读出。DS1775具有8个不同的硬件连线地址，允许多达8个DS1775器件工作在同一条总线上。

DS1775提供温控器功能，具有用户可编程的过温（T_OS）和欠温（T_HYST）门限，保存在片内SRAM中。两个门限提供可编程的温控器滞回：当测量温度超过T_OS时，温控器输出有效，并保持有效直到测量温度降至T_HYST以下。

【实验内容】

1.基本内容

设计一个基于I²C总线传输的数字温度计。

（1）温度传感器芯片为DS1775；

（2）根据I²C总线传输协议读取温度传感器的数据，将读取的数据译码后在数码管上显示温度值。

2.提高要求

（1）可设置上下限报警温度，超出正常温度范围报警；

（2）自拟其他功能。