1.DS18B20简介
% r5 W$ l/ V$ L. t  a" z6 qDS18B20是由DALLAS半导体公司推出的一种单总线接口的温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它是一种新型的体积小、用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。DS18B20的内部结构如下图示
& ~; v% f/ F( J1 w' I& e. s


ROM中的64位序列号是出厂前就被光刻好的，可以看做是DS18B20的地址序列号。64位光刻ROM的排列是：8位产品类型标号+48位DS18B20序列号+8位循环冗余校验码。光刻ROM 的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20
4 K5 S! O3 \* F  T( j: i% H
DS18B20的内部存储器（9个字节）包括一个高速暂存器RAM和一个EEPROM，EEPROM里存放高温和低温触发器和配置寄存器，存储器详细组成见下图：

  K- q7 C% w# q' ~  }/ ]

7 Q& X# R; ^2 Z1 |* O2 Z" R- v配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化，其结构下图示：低五位都是1，TM是测试模式位（设置工作模式或测试模式，默认为0即工作模式），R1和R0用来设置精度，可设9~12位精度，对应的温度分辨率为0.5, 0.25, 0.125, 0.0625℃

  A/ a# ~# s% ]) v) z- `

所有的单总线器件都要求采样严格的信号时序，以保证设局的完整性。DS18B20的时序有：初始化时序、写(0和1)时序、读(0和1)时序。DS18B20发送所有的命令和数据都是字节的低位在前，下面介绍这几个信号的时序：
2 v5 U0 W; g  C/ J! `⏩ 初始化时序
% j/ D0 Y) O- }. r7 w+ M1 c' D+ Q内置闪存模块可以在通用地址空间直接寻址，任何32位数据的读操作都能访问闪存模块的内容并得到相应的数据。



/ W9 p# U7 Q* ]7 b⏩ 写时序
写时序包括写0和写1时序。所有写时序至少需要60us，并且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，两种写时序均起始于主机拉低总线。写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us；写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us。写时序图如下


/ E$ d& P. M1 E$ N8 H4 R- N2 J$ b4 ]
4 x% C: e# @# A⏩ 读时序
单总线器件仅在主机发出读时序时，才向主机传输数据，所以在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us，且在2次独立的读时序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us，主机在读时序器件必须释放总线，并且在时序起始后的15us之内采样总线状态。典型的读时序过程为，主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取单总线当前的电平，然后延时50us
1 [1 q7 o& L3 }+ Z$ b$ c+ o9 J$ s


DS18B20的典型温度读取过程：复位 --> 发SKIP ROM命令（0XCC） --> 发开始转换命令（0X44） --> 延时 --> 复位 --> 发SKIP ROM命令（0XCC） --> 发读存储器命令（0XBE） --> 连续读出两个字节数据（即温度） --> 结束

2.硬件设计
D1指示灯用来提示系统运行状态，DS18B20温度传感器用来检测环境温度，串口1用来打印温度值
指示灯D1
/ L9 W  O& X. HUSART1串口
DS18B20
TIM7（提供us延时）
7 `8 P+ V# Y7 }" S# M" b  D# L


3.软件设计
$ U- x8 q2 T# C8 Z1 D  ?3.1 STM32CubeMX设置
8 l+ c' G1 n( m1 h. d" D6 o. c# H➡️ RCC设置外接HSE，时钟设置为72M
➡️ PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平
5 U  G# {, G. t➡️ USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位
➡️ PG11设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速
8 ]/ d0 e8 @% f! v2 r# I➡️ 激活TIM7，预分频因子设为72-1，向上计数，自动重载值为65535；因此计数器CNT_CLK = 1MHz，计数器周期为1us


$ n2 J0 w# M) E
$ n: @" j) a7 L  E' [2 I  X# q, t( @➡️输入工程名，选择路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码
& m- ~! b1 e& K, s% l. m2 T4 V
3 V, i2 E& w: C& j3 s' C* h6 {3.2 MDK-ARM软件编程
➡️ 在tim.c文件下实现微秒延时（us）函数
& z$ L; V: H* e/ `3 I" t) G

1. void delay_us(uint16_t us){
   + x$ b6 A5 \2 E  B0 z
2.   uint16_t differ = 0xffff-us-5;
   6 ~% n" D. H0 O3 u3 x+ f% c0 P
3.   //设定TIM7计数器起始值                               
   8 h& u+ w1 V; o
4.   __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim7,differ);       
   7 \) e- O8 Z6 W7 w' p1 K  z
5.   //启动定时器
   
6.   HAL_TIM_Base_Start(&htim7);                       
   
7.        
   / I5 }9 ]  }4 A# l  _& O
8.   while(differ < 0xffff-5){   //判断
   
9.     //查询计数器的计数值
   
10.     differ = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim7);               
    % W( Z+ P1 L, X  v" Y- g, F; P
11.   }
    : d7 ?: A/ q  m7 R  f! s
12.   HAL_TIM_Base_Stop(&htim7);
    
13. }

复制代码

➡️ 创建按键驱动文件ds18b20.c 和相关头文件ds18b20.h

1. void DS18B20_IO_IN(void){
   
2.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
3.   GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;
   
4.   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
   
5.   HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);
   
6. }
   
7. 
   6 l) a' t3 J5 I4 I3 p" j
8. void DS18B20_IO_OUT(void){
   + y9 p* V! u$ W7 r
9.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
10.   GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;
    
11.   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    ) ~, v8 I7 q7 T+ ~
12.   GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    
13.   HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);
    
14. }
    
15. 
    . ]7 n4 c* R" h: P9 g: r( ?- G
16. void DS18B20_Rst(void){
    * k9 T( h! ?4 v, q2 ?% N% @' E
17.   DS18B20_IO_OUT();
    
18.   DS18B20_DQ_OUT_LOW;
    
19.   delay_us(750);
    
20.   DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
    9 A2 Z- |/ N4 R
21.   delay_us(15);
    4 j. v/ }: G) ~/ @$ V  X$ q
22. }
    
23.        
    
24. uint8_t DS18B20_Check(void){
    4 A0 x* C) b3 [% ^& ?
25.   uint8_t retry = 0;
    3 F( M) s' N4 m& d" p7 h
26.   DS18B20_IO_IN();
      W) u9 n+ d' B+ W9 E
27.   while(DS18B20_DQ_IN && retry < 200){
    
28.     retry++;
    & `# G  s+ A3 X7 c  b9 Q# T- [
29.     delay_us(1);
    
30.   }
    # I, l5 Q$ V( o: m! n
31.        
    ! h2 S+ k  B. I- p: r
32.   if(retry >= 200)
    
33.     return 1;
    
34.   else
    " d8 p! I9 u  P% A0 k
35.     retry = 0;
    
36.        
    
37.   while(!DS18B20_DQ_IN && retry < 240){
    $ O: T: N4 w) d; i! R/ }! y& r
38.     retry++;
    / n  U. y0 c0 ^( @
39.     delay_us(1);
    
40.   }
    
41.        
    $ n2 V0 M4 |' |2 v2 @% V
42.   if(retry >= 240)
    
43.     return 1;
    
44.        
    
45.   return 0;
    
46. }
    & K; v: b% @$ [
47. 
    
48. uint8_t DS18B20_Read_Bit(void){
    2 k: m. I: h" `
49.   uint8_t data;
    6 F8 ?: e2 {3 m5 q: h6 H
50.   DS18B20_IO_OUT();
    
51.   DS18B20_DQ_OUT_LOW;
    $ Z2 Z: a# s, A) A6 z' C7 o9 N5 ^
52.   delay_us(2);
    
53.   DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
    3 N/ v8 m5 `& ~) z
54.   DS18B20_IO_IN();
    & ^+ l- n' m1 l" W6 B) t
55.   delay_us(12);
    ( E! v2 _% _$ S; j: [! R$ b' }+ U
56.        
    - J! W( U# u0 `7 A2 y
57.   if(DS18B20_DQ_IN)
    : T6 Q# j9 T4 S4 }/ y" R
58.     data = 1;
    
59.   else
    6 F* E% S( J& R' L
60.     data = 0;
    0 ^2 j7 a, g( m; v; r
61.        
    
62.   delay_us(50);
    
63.   return data;
    
64. }
      w; W& i% Y7 \  ~  Z! \
65. 
    + h" t+ r' w9 K" E  I6 Y! d
66. uint8_t DS18B20_Read_Byte(void){
    8 x0 y9 Z: h! a0 p0 c6 o. Y. o) r
67.   uint8_t i,j,data;
    
68.   data = 0;
    
69.   for(i=1;i<=8;i++){
    
70.     j = DS18B20_Read_Bit();
    
71.     data = (j<<7)|(data>>1);
    ( b+ |( ~% r# S2 \2 ?- j. w
72.   }
    " x; m  U; B" }. h5 p! J3 S
73.   return data;
    ) K& G) R) `5 o% P# w
74. }
    4 y7 }0 Y# O3 Y5 `# Z2 \
75. 
    
76. void DS18B20_Write_Byte(uint8_t data){
    , |) O4 d& A0 e7 d% Z
77.   uint8_t j;
    
78.   uint8_t testb;
    5 c$ T1 ~' p% V' u
79.   DS18B20_IO_OUT();
    + a7 _0 p7 Z. ?' a
80.   for(j=1;j<=8;j++){
    
81.     testb=data&0x01;
    : j$ X  y) ~- K' B
82.     data=data>>1;
    : G; V3 A6 N: O0 `& b) Z( A
83.     if(testb){
    - v. ~: `) Z! f& ~+ j
84.       DS18B20_DQ_OUT_LOW;
    $ i* |4 ]$ A/ z5 T7 p
85.       delay_us(2);
    ; s# b' W% l7 u/ U; `/ o3 M$ ^
86.       DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
    
87.       delay_us(60);
      L* H% Z7 {* h+ i; Y" m5 ^8 z
88.     }else{
    2 P- j4 U! r: T7 I1 i8 z
89.       DS18B20_DQ_OUT_LOW;
    3 O: z- u5 U2 k  M2 K  j+ G
90.       delay_us(60);
    & ]" o& p- z! s6 q  G+ x: ]5 u9 q
91.       DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
    . ~* l: i& w9 a6 P) u
92.       delay_us(2);
    4 h: P! N0 z* J, B1 S$ _* U9 w. H
93.     }
    
94.   }
    
95. }
    
96. 
    
97. void DS18B20_Start(void){
    
98.   DS18B20_Rst();
    
99.   DS18B20_Check();
    " n+ k; g9 D. ^2 \0 x' Y* T9 X; k
100.   DS18B20_Write_Byte(0xcc);
     , ]& T; e4 m+ c% [* l
101.   DS18B20_Write_Byte(0x44);
     
102. }
     
103. 
     
104. uint8_t DS18B20_Init(void){
     
105.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
     / ]9 B# v# ]0 @
106.   GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;
     . L8 L; z  P; h
107.   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
     
108.   GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;
       j% q" k8 ~/ M# T+ ^; c7 b3 l
109.   GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
     
110.   HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);
     & d* q. [5 l) `
111.        
     6 D' u4 m, R# w% t7 w: o
112.   DS18B20_Rst();
     
113.   return DS18B20_Check();
     6 _1 C+ ?  q. ?% [2 d
114. }
     ! {+ s0 g5 U7 @
115. 
     ; W5 l7 V* B$ w8 }
116. short DS18B20_Get_Temperature(void){
     ! a( N  t3 [% E$ M" T
117.   uint8_t temp;
     
118.   uint8_t TL,TH;
     2 y$ h/ s$ K4 J0 O0 w# z: R
119.   short temperature;
     0 x/ t7 O  C; ^& p, s
120.        
     ) a* Z/ A5 c. A- C2 h& U7 g
121.   DS18B20_Start();
     & w; e7 V+ e( i* D, T' G/ A# e2 v
122.   DS18B20_Rst();
     
123.   DS18B20_Check();
     
124.   DS18B20_Write_Byte(0xcc);
     8 `! h5 I# d* O- p( A
125.   DS18B20_Write_Byte(0xbe);
     1 T2 C5 e. d9 U. Y4 @
126.   TL = DS18B20_Read_Byte();
     * U; L6 j# l$ N; C) f2 Z
127.   TH = DS18B20_Read_Byte();
     $ [+ g: U- L/ x2 z1 H, y
128.        
     
129.   if(TH>7){
     1 _; Z6 N5 s1 s- e6 d
130.     TH = ~TH;
     0 G) {. ^# U5 m' U4 E- D. @! b' f
131.     TL = ~TL;
     
132.     temp = 0;
     
133.   }else
     
134.     temp = 1;
     
135.        
     ) T+ O8 _1 u" a& q8 Z* y9 l: r8 a/ N
136.   temperature = TH;
     / _4 B2 l+ }. X2 f
137.   temperature <<= 8;
     
138.   temperature += TL;
     $ ^  T2 R( S; N4 u. ]  O; L) M
139.   temperature = (float)temperature*0.625;
     
140.   if(temperature)
     
141.     return temperature;
     
142.   else
     ( r: ]2 B1 Q* ~0 \9 m. ~
143.     return -temperature;
     
144. }

复制代码

) }# [8 B2 Q/ O6 S5 e+ u0 O➡️ 在main.c文件下编写ds18b20测试代码
5 o4 ~5 [% [& [' J1 I$ d7 P

1. int main(void){
   
2.   float temperature;
   ; `+ e# o1 g2 o, E
3.   HAL_Init();
   0 S. @! _6 j' i1 K  i: m7 q0 @6 g
4.   SystemClock_Config();
   3 J7 [2 W/ Z; K' O
5.   MX_GPIO_Init();
   
6.   MX_TIM7_Init();
   / A( d; R5 K8 X4 }! |
7.   MX_USART1_UART_Init();
   9 Q! `9 x# y  T* ^; K
8.   /* USER CODE BEGIN 2 */
   # _" d. ~( e$ F% v  A
9.   while(DS18B20_Init()){
   
10.     printf("DS18B20 checked failed!!!\r\n");
    
11.     HAL_Delay(500);
    
12.   }
    
13.   printf("DS18B20 checked success!!!\r\n");
    
14.   /* USER CODE END 2 */
    * e( o* R9 K4 i0 S' O; B  T7 q2 E4 u
15.   while (1){
    9 K/ j: q  n/ _4 K- _& M- L6 A
16.     temperature = DS18B20_Get_Temperature();
    
17.     if(temperature < 0)
    
18.       printf("temperature = -%.2f degree\r\n",temperature/10);
    
19.     else
    7 X- R3 A. _3 g& s! g7 r4 _4 B
20.       printf("temperature = %.2f degree\r\n",temperature/10);
    
21.                
    & Q7 {' h2 R& t6 G+ ~' U
22.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    . n" X4 |) a& u5 Y# [+ k
23.     HAL_Delay(200);
    ) Z* {  \' z: O7 r
24.   }
    ) E- l% u+ |1 W9 \  u
25. }

复制代码

6 t7 V; A# x8 l5 q: p* _! F" o4.下载验证
0 j! W% L- B. v' W编译无误下载到开发板后，可以看到D1指示灯不断闪烁，串口不断打印出当前温度值




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7 c' B" G! X% l  m1 s