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基于STM32CubeMX的DS18B20温度传感器经验分享

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攻城狮Melo 发布时间:2023-7-1 18:38
1.DS18B20简介5 g: `7 Z" j, Y6 @" l
DS18B20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
3 O" B  @( p; ?, w  Y! Y; H: [: [
. E: K# A; s$ X1 r2 l9 t8 p
微信图片_20230701183641.png
6 |# _% a; z7 ?% V% l
+ k) i: j# F$ F2 W* c3 G" }% h
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
( ^+ g2 Z3 z/ W, [1 ^4 Z1 q* x
2 Q5 q- r0 d5 |8 H$ yDS18B20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:/ J# T: C1 k4 M( G$ b0 }6 s

, ?6 {4 c. Z: O% }0 H
微信图片_20230701183638.png 8 h: `8 P5 l) y$ E; g$ _8 i, K/ `

, `% s; V% ]9 D. H+ T0 p! O. O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℃
3 m4 x0 n2 P. \
2 G2 \, d2 k4 i5 I3 P
微信图片_20230701183635.png
3 y9 u5 O/ R) [& Q6 ?- f

" q. r0 _5 |: W7 O4 l! b5 m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:
1 K' J3 m: J* v( P) [⏩ 初始化时序
7 K% Z! R/ v4 q& w3 }( }. 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。! ]+ ~4 E6 Y# s
# J) W4 O- c, ?# V7 M
微信图片_20230701183632.png   m  h" Z; \& M

& D  g( ?. }0 h4 ]& Z1 v⏩ 写时序
% g- S4 Z( V+ E& \- F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+ H2 R4 O  n0 U8 a

) s& p. v' U$ c9 C8 e  q# p2 p
微信图片_20230701183629.png
8 M; a0 }$ o& W. B7 Q! R' p
( r+ p% O+ ^& n+ Z$ _1 X3 y
⏩ 读时序
8 x, X* \) U1 C0 p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
9 N; U2 Z' D* J/ W6 Y6 }4 n- ^% W9 Y- [& P# r  R% Z
微信图片_20230701183626.png / w3 E1 g, u$ d% ^
9 _' V( O. {" A
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; l8 }8 z+ i7 L8 r* M
2 y- X$ F  n. M
2.硬件设计
2 I$ ^) Y4 [! sD1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* K& x: N7 O0 ?" {+ {( B7 ?  G- T
指示灯D1
' z/ ~; f: B, j; a6 h# ]9 j+ hUSART1串口- k( \7 v/ N2 Y) i0 _7 G/ p
DS18B201 z& W  {; w( H9 g8 N4 y* I
TIM7(提供us延时)" w7 O9 e9 [* n! G

, t0 O, g" c: a. q( i  R  j) c, v: G
微信图片_20230701183622.png
, h* d6 l' ?$ B. O& V

4 C% Y4 A. _# G1 y( m3.软件设计
% V$ }9 w* s7 ~0 w# @: J1 \# X3.1 STM32CubeMX设置
) y# |, W- T# f3 z! J& h+ j# n➡️ RCC设置外接HSE,时钟设置为72M" P8 e7 j/ L# y- j3 y' @" a
➡️ 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
0 K/ T; ]& Y7 v/ [➡️ 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
0 w/ }! u3 f% e$ `3 I➡️ PG11设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速, }* V9 ^5 y; A" \3 V
➡️ 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
" N9 S. v. z) Z) k8 d0 s
% ?: V) K7 f9 w' A" r% X1 ]
微信图片_20230701183619.png
) k: Q, l3 k* D2 p+ v8 p/ Y
& D  s' u, H; Z* d: z- p) @
➡️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! o' \9 D' T1 W  F/ P! o

$ [: s; @# t2 r  g' A7 g4 w' v3.2 MDK-ARM软件编程
& k# B/ f) t5 Y$ ~: P0 u➡️ 在tim.c文件下实现微秒延时(us)函数
5 ?+ c" x, {0 R% s
  1. void delay_us(uint16_t us){
    / M' _+ D6 K& J: ^4 a# |" [/ L3 b
  2.   uint16_t differ = 0xffff-us-5;
    4 R( c. s. w6 q6 @9 q
  3.   //设定TIM7计数器起始值                                / b$ c( Y: x7 U- S
  4.   __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim7,differ);        , s+ n3 c* ?6 ^+ D
  5.   //启动定时器1 B1 t6 j6 t) v2 W# Z5 {8 ~; k- o
  6.   HAL_TIM_Base_Start(&htim7);                       
    5 C3 ?! a) C! {! w/ n8 [
  7.         + C9 t- h6 c" x  ]: _
  8.   while(differ < 0xffff-5){   //判断
    7 r3 e+ L) H% M) u: @  W5 A: W4 ^7 P6 x3 K
  9.     //查询计数器的计数值. U: |# P" j# b. |( E& i$ y
  10.     differ = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim7);               
    9 m8 Y5 \, E4 G
  11.   }
    6 q$ M1 r/ U: o/ I
  12.   HAL_TIM_Base_Stop(&htim7);
    5 M; x  ?* ^& B4 s- i
  13. }
复制代码

" Q: ~/ G" @2 U, M: W➡️ 创建按键驱动文件ds18b20.c 和相关头文件ds18b20.h7 x; Z8 m& S8 y$ F  t
  1. void DS18B20_IO_IN(void){' p' }1 L# e+ d# }; q- e
  2.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;! T2 [  c% L; Q# x! U  j. d
  3.   GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;8 |( o, }* `% }3 F
  4.   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    & K/ R! X: o5 P4 h' q$ x  M' n
  5.   HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);
    9 }0 z9 Y0 c  ]9 ~/ m6 @
  6. }# o2 a( D! v* p+ a* A# v6 G3 N

  7. 6 i' C. |1 b4 K( N6 M( ]
  8. void DS18B20_IO_OUT(void){0 h- q" p3 R6 E- O7 S+ K+ A- X/ v. w
  9.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ; r: c2 x# R- u' d1 d, @
  10.   GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;( B. G  r; X( I$ Z  O
  11.   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  ^, ?* Z4 e2 w& O0 R0 ?
  12.   GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    2 @# o* i0 z4 @, ^9 a( q" O3 j
  13.   HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);# d# b& ~; C' Z! n* W& V" e$ _
  14. }
    2 d0 N8 F) ^1 \" v9 j

  15.   a3 S8 \3 E% {0 m1 S
  16. void DS18B20_Rst(void){
    7 S7 a( a3 n7 I) J
  17.   DS18B20_IO_OUT();0 u8 i: D  p7 i3 m  V! T
  18.   DS18B20_DQ_OUT_LOW;- m) J; ~0 a3 @1 o. t8 c4 P2 d7 L" a
  19.   delay_us(750);
    # G0 ~' N5 ~" W) e
  20.   DS18B20_DQ_OUT_HIGH;$ s2 C: f2 N- r- N% [" ?
  21.   delay_us(15);: h- B/ w4 m) t+ r/ k0 G# j5 U! j
  22. }! u, t  H' C. e+ n7 h' u
  23.        
    " A: _1 p7 }, {* M+ O4 d* @
  24. uint8_t DS18B20_Check(void){; n) L# m. Q2 A
  25.   uint8_t retry = 0;+ q6 \% ]/ w% j9 _5 }/ [( y; t
  26.   DS18B20_IO_IN();
    - x/ p0 S! t/ y( Q
  27.   while(DS18B20_DQ_IN && retry < 200){
    . ~7 S$ R( r( t+ a- L
  28.     retry++;
      T8 c8 q# ^5 r9 ^. C
  29.     delay_us(1);" [* D  F5 {+ C/ F
  30.   }
    ( g" t- l6 G  O& Q
  31.        
      N  m- G" [; ^5 {6 B
  32.   if(retry >= 200)- m7 S- S# b/ \3 H
  33.     return 1;
    3 d" Z" J# N+ L# Y& w
  34.   else1 J2 f) A9 H8 u6 R' v  K# v
  35.     retry = 0;8 f" @$ |9 n. }* x8 H3 l
  36.         8 t9 u- ]' k% A- h" Z
  37.   while(!DS18B20_DQ_IN && retry < 240){  d) M3 M' }0 r, p3 r& B0 ~' ]5 E' C
  38.     retry++;
    . P8 Z; g# @- L8 I- V5 K" \2 M
  39.     delay_us(1);( i; z, y9 {3 }* O/ S8 m) x5 y- z% F
  40.   }
    # ]: {# ]: i' k" y, t
  41.        
    & P" Q/ U3 C2 c: r2 @" }% P
  42.   if(retry >= 240)
    " y2 v3 }" m- W) U! M3 G. x& A3 f" z- g
  43.     return 1;7 p( ^' l$ o3 A2 `* k$ K4 _* a
  44.        
    , g1 F7 H# Z$ Z+ B2 ^
  45.   return 0;
    ' R# b& _6 q6 f. J
  46. }
    : y7 _( k! I8 x' B- q* f5 X0 C
  47. 5 f$ C: @' A9 O
  48. uint8_t DS18B20_Read_Bit(void){
    " M& F3 g& Y. D! L9 O6 r+ _
  49.   uint8_t data;
      A/ p) r4 Q' b
  50.   DS18B20_IO_OUT();+ P2 i# N- o0 U! \
  51.   DS18B20_DQ_OUT_LOW;9 }( p' f6 ?/ c& f1 O8 i& h5 j
  52.   delay_us(2);
    0 T/ c) F/ A& i$ X4 w: C
  53.   DS18B20_DQ_OUT_HIGH;. R# {: E, W; X" ~& i3 x, Y- z  q
  54.   DS18B20_IO_IN();: W- Q' Q. n7 A) Y4 i. b2 G
  55.   delay_us(12);
    + k4 q) p% D9 @% s
  56.        
    ! R( O1 V% x7 }# t$ s7 T
  57.   if(DS18B20_DQ_IN)
    6 g6 |: }) J2 Z) V4 d
  58.     data = 1;
    + Z! L/ }$ n1 d0 V3 L+ P: c, Z
  59.   else
    2 N2 W  A. e+ d% y2 m% x7 }8 b
  60.     data = 0;0 A/ k4 w$ ^3 w- k0 M1 I/ M
  61.         / _! H( l) B! l1 h5 [* H
  62.   delay_us(50);
    / h: ~3 H' t& W# H4 H; F( W
  63.   return data;
    . ]3 Y) j1 e5 F: B  A2 I1 [; P
  64. }* S$ u0 ^4 U& n6 z& Y# \
  65. . X2 y$ `4 ~; I, t
  66. uint8_t DS18B20_Read_Byte(void){
    2 p, Q: R$ y. @0 X5 B8 |0 \
  67.   uint8_t i,j,data;
    / S! L/ Q3 q1 F' [4 V% @* @0 C
  68.   data = 0;
    8 Y. h6 p8 y# O- k. O! Y9 E, J
  69.   for(i=1;i<=8;i++){3 g$ e/ W( F& d3 B- J. y# H7 W
  70.     j = DS18B20_Read_Bit();0 q: `7 ~# d7 Z: h1 R5 W! v; T5 I
  71.     data = (j<<7)|(data>>1);
    3 f/ b- o; y6 v' f& D8 T- b6 _
  72.   }
    1 L! h8 q# c' }% m4 ]& t- y
  73.   return data;
    : W5 c0 q# I5 W2 F3 Z
  74. }) y1 S! J: e. P3 L% ?  {

  75.   a' ?3 ]3 _/ T. `9 _
  76. void DS18B20_Write_Byte(uint8_t data){
    8 E  {( w5 n/ K) W' r, W
  77.   uint8_t j;
    " Q  t* R% {4 e, e& A+ s8 |
  78.   uint8_t testb;
    * Q: c! I% I& N4 N* A( h
  79.   DS18B20_IO_OUT();4 |+ |5 A3 C/ |8 i% r7 r
  80.   for(j=1;j<=8;j++){
    2 L5 q/ X9 i* G2 o9 \& {
  81.     testb=data&0x01;! j6 \7 P, B0 [+ H0 _# B( U
  82.     data=data>>1;
    4 y; Q) `3 x  k
  83.     if(testb){3 S1 h; v# ^9 R2 L
  84.       DS18B20_DQ_OUT_LOW;
    & ^! w; `# @) c/ F7 t" H3 }" X# L
  85.       delay_us(2);0 }' \( z, B1 u: G- W5 F' l
  86.       DS18B20_DQ_OUT_HIGH;& ~; {: H2 ~9 ~  u. E) g
  87.       delay_us(60);
    : w+ V- Q+ O8 p$ f
  88.     }else{+ C: L7 Q  m' M: {% C# v) I1 c) F; Q
  89.       DS18B20_DQ_OUT_LOW;! u. [. d0 l, i3 |8 _
  90.       delay_us(60);
    & F* \% M3 p0 e" z6 G
  91.       DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
    3 b9 `; M+ q2 ^1 s* W2 r! F8 ~; ~8 ^$ H. V+ r
  92.       delay_us(2);
    , i7 k! [0 d: j0 x) X+ {* u' f
  93.     }
      u/ [. l  S) W5 i
  94.   }
    & H% @, |$ H7 h: U
  95. }
    5 s  J8 u( v6 T" E, t2 n
  96. ' {! i9 N; e1 g
  97. void DS18B20_Start(void){
    ) m, i( |" O& W' z
  98.   DS18B20_Rst();2 D7 _& ?. H3 M# D  o% @' O% Z# ]
  99.   DS18B20_Check();
    ' u7 S, K  B% v6 y: ^& K* S2 z
  100.   DS18B20_Write_Byte(0xcc);
    & ~; `0 a/ e0 R& G+ x/ M
  101.   DS18B20_Write_Byte(0x44);( ~5 ~* k0 `0 L& v  r" E
  102. }4 v7 ?; T8 E; o6 v7 ^

  103. " X; E. {! y, }/ Y1 `6 Z' Z
  104. uint8_t DS18B20_Init(void){
    " \, l" B- j0 o1 A. j
  105.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;$ A6 ]: A' c9 \$ ^: N6 V
  106.   GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;
    + |& P7 |  g) S; X+ \+ \# V
  107.   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    ! p, @0 B0 o5 f8 c# d
  108.   GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;
    6 X+ Q7 o- ^2 O! h  B+ D3 v6 q9 Q
  109.   GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    / p2 x/ F' y# Q4 T
  110.   HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);9 m, {: ^$ Q. m7 P3 m
  111.         " v! \( c" p  D% o4 e" C9 |
  112.   DS18B20_Rst();
    1 @1 ]& t. n4 H( T, h( n
  113.   return DS18B20_Check();/ l+ a. _& A8 `, R
  114. }9 h) O2 _; u4 y4 S& Z
  115. 7 j. F# C0 W5 j$ \- M1 Z8 @
  116. short DS18B20_Get_Temperature(void){
    ( m8 B: D* _# d8 _
  117.   uint8_t temp;
    / o6 s( L2 [1 \# |; m& `
  118.   uint8_t TL,TH;: c2 R  l" L+ c
  119.   short temperature;
    , V; m* ]4 k3 L* C1 m0 X: i4 R& J
  120.         9 T% _& w- X, r5 e' o% i8 Q& w
  121.   DS18B20_Start();2 u- x. O- |& t5 |
  122.   DS18B20_Rst();
    # {5 Q. V8 x' |# h- u
  123.   DS18B20_Check();' g5 Q$ L* v; ]" m* m* v0 z0 ~
  124.   DS18B20_Write_Byte(0xcc);$ T1 H5 K7 g9 x7 w$ Z
  125.   DS18B20_Write_Byte(0xbe);* u( p! N& e1 E. a+ ^2 ^( r" C5 i
  126.   TL = DS18B20_Read_Byte();- d0 W, l0 Q4 S
  127.   TH = DS18B20_Read_Byte();$ H# G6 q) C$ o; Y0 B9 E& Z
  128.         $ T+ K# Y& n/ s/ F8 Y8 |
  129.   if(TH>7){! ]% O% d! `$ ]' z) Y. h
  130.     TH = ~TH;
    ! I. K: o2 k# s% G: G" u
  131.     TL = ~TL;( f; F5 S& K% X; w
  132.     temp = 0;/ Y# z7 ^8 i! n9 a
  133.   }else; y/ R( H' A- \
  134.     temp = 1;; Z) [- e7 {0 r. q
  135.        
    $ h8 s3 ?/ @6 t3 m9 d4 X
  136.   temperature = TH;3 x! T+ @' h" |0 H
  137.   temperature <<= 8;) ^. W2 ~  Y  I
  138.   temperature += TL;
    4 n- p# z# S! c2 n
  139.   temperature = (float)temperature*0.625;
    * a: R9 B& W" I1 F9 n7 f9 ~$ Y/ r
  140.   if(temperature)  m$ \! X; M  u- D) F) F: I$ Q1 L
  141.     return temperature;
    & t; w3 a# M% ^( l
  142.   else
    8 o9 T% ]: T0 v/ C; O3 \
  143.     return -temperature;% D; i2 F7 w; L0 }
  144. }
复制代码
* ^  S& b9 W/ W$ r8 g- R" z. |
➡️ 在main.c文件下编写ds18b20测试代码  p- Z4 O7 T! Q% j: q0 l; t
  1. int main(void){
    % Q# ?1 k" L7 M+ v* ^
  2.   float temperature;
    % y% M0 U0 j  g9 w* K
  3.   HAL_Init();
    ! K& u) c8 E7 l4 ?
  4.   SystemClock_Config();# k2 {9 H0 J- E
  5.   MX_GPIO_Init();6 C( x$ e9 l& j4 i2 n! C8 u
  6.   MX_TIM7_Init();& Z6 i$ |/ w- F% b) Z
  7.   MX_USART1_UART_Init();
    ' F7 n# u# F2 e- v) I8 o: o
  8.   /* USER CODE BEGIN 2 */7 Y3 \5 p2 ?' K% E' j* ^
  9.   while(DS18B20_Init()){2 J0 b, A6 ~2 t/ a. W1 v* V
  10.     printf("DS18B20 checked failed!!!\r\n");
    . I3 Z7 u; y! ]* l
  11.     HAL_Delay(500);
    2 |. F  K  g4 U4 i) j5 B
  12.   }  a6 d2 t/ i" L6 @/ |
  13.   printf("DS18B20 checked success!!!\r\n");- P9 X) u' E1 @, e
  14.   /* USER CODE END 2 */, y, H7 N; {( m+ k% b& [" G
  15.   while (1){
    # C( F9 b( }6 e
  16.     temperature = DS18B20_Get_Temperature();  B$ _8 V( s) [: {: U- q: c
  17.     if(temperature < 0)0 [# e' [# C/ }) ^* X0 d
  18.       printf("temperature = -%.2f degree\r\n",temperature/10);
    8 a$ v/ d4 F% i! r
  19.     else( S1 h3 f* W; P/ }( U4 f0 w
  20.       printf("temperature = %.2f degree\r\n",temperature/10);1 H2 {, g. @. \4 A! e  X# h
  21.                 - Y- B) w+ K$ Q/ B' r2 W9 G
  22.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);; r! f5 m* g. [5 ~1 U  ~; q
  23.     HAL_Delay(200);4 _: B6 f) n4 t$ M
  24.   }6 l) m! g1 M; L
  25. }
复制代码

+ I1 S8 p+ p, L0 t9 X4.下载验证! x6 i/ K& ?! Y# \- S% V; Z) L$ R
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
& V* j8 R' K& D8 l' ^% X
& k0 v0 z  x1 v/ F3 V
8 I/ \/ i, S1 h5 ]6 g4 V1 Z  m6 E 微信图片_20230701183615.png 4 s" _+ d) |7 T2 n: G, V5 \

: S! D7 m# @' v% G9 W5 S' K转载自: 嵌入式攻城狮, T# f6 ]! q- b; z
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9 @! I; _2 c) U/ Q0 w' u$ k) t
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