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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
. t4 A+ S5 s& @7 b+ m3 aDS18B20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
. E- b6 \$ [( j" X0 M& c. }
1 f7 N- M( b. ], t2 g
微信图片_20230701183641.png
+ t3 r+ @& ^# q
6 @' B, i+ m8 O4 p& K8 M
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
: L2 _) u$ p7 ]: O( D- Q
1 D# n9 _! b' X# K( @; JDS18B20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:
9 H* z. \4 c0 a1 Q/ a- K+ x" X$ G0 `9 A4 P* Y
微信图片_20230701183638.png
9 K" }" S& M1 E2 n% t
; B- b" |5 `( S- m! `; ?$ d! A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℃
9 m) M4 u/ ?6 D5 K3 O# C3 o8 M. m6 Y
% y' b, n5 d# A' m* a
微信图片_20230701183635.png 8 j/ R  _) X  m* Y
- d$ r. ]2 i' O8 B) I7 s
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:
9 o3 T2 i$ ^6 {9 Y. L) q⏩ 初始化时序( ?4 x" a: j4 E6 i
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。1 [6 h% _) O1 f0 Q
% E8 N0 p7 u- V4 R9 n5 g5 q
微信图片_20230701183632.png 1 d" t5 `0 l4 F, z( R

" d. h3 J+ t4 x0 R1 p⏩ 写时序
* v" p/ F2 G! w. b4 z/ U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% }8 u% q# Q1 H; X- ^; F5 T

9 s0 v; {! A1 u; Z1 c: f' }
微信图片_20230701183629.png 1 M' I+ D7 j2 I1 \8 p: Y

/ F2 |3 \% |5 F2 U' I2 y& ^⏩ 读时序  l6 n, j+ P# w
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 ?+ ~8 F; d: E% F/ T  H" J. O' C( s7 n
微信图片_20230701183626.png 7 Q: a$ e0 B2 u  e2 X: x& y

, T4 k# E9 ^% [( m$ VDS18B20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, X. o& o+ o) X0 l8 \1 v: p

- }  [5 j2 e+ K% `5 I2.硬件设计1 O) c3 _/ R4 Q$ ?8 K) W& y
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' j# }4 l! w( Q
指示灯D1
" u$ x6 }9 f  W; ?7 {7 [# C& ^2 IUSART1串口% Y" X2 C2 n$ p& r
DS18B20
- i$ x3 h3 u1 tTIM7(提供us延时)$ u4 `5 m7 F" ]) ?1 z, C
+ o8 X3 d' c- }' m, P
微信图片_20230701183622.png / [- m, T9 v7 p0 u. d

) \. H+ B8 U. k$ R, d, z3.软件设计
2 L0 h1 D) l0 z/ b3.1 STM32CubeMX设置, P* m: _" d' F
➡️ RCC设置外接HSE,时钟设置为72M  [( U* h  ~( P- h/ T* H! \
➡️ 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
! q( m+ {0 H/ V8 @" q0 }➡️ 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
/ D' [) q7 o7 ?, p  c/ v: S- ?➡️ PG11设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速
# V8 u& f& T0 N➡️ 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
4 i& m5 |8 p4 p" t: {% X/ @* i( h
微信图片_20230701183619.png
2 m( b3 |: r: W# y* K: J
6 c9 I- d7 e: U( B* n  f6 \
➡️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$ }  A& C, w& L/ B

9 I. n2 W1 @8 d- t# U/ B7 F3.2 MDK-ARM软件编程& V4 y& }7 Y0 g, _) T
➡️ 在tim.c文件下实现微秒延时(us)函数
; l7 ^  z* j- |
  1. void delay_us(uint16_t us){
    , _7 \8 C, c- I: f3 \$ E% n) ^
  2.   uint16_t differ = 0xffff-us-5;. N) a2 S1 E6 l* a* @. z
  3.   //设定TIM7计数器起始值                                . W* Z# Y4 Z) T9 c# |
  4.   __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim7,differ);        ! T! I! {. v% n
  5.   //启动定时器  g3 w) S, g2 K& P# K
  6.   HAL_TIM_Base_Start(&htim7);                        ; X' y5 n7 r/ x+ s/ R& X
  7.        
    $ Y3 K  A! G* }- O
  8.   while(differ < 0xffff-5){   //判断
    ' E8 {3 g5 P% k0 p! d3 n
  9.     //查询计数器的计数值/ B( n0 p0 {/ k/ y$ A- v$ E
  10.     differ = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim7);               
    7 ?. }) N0 k7 T; Q0 s/ C
  11.   }
    ' b- U& {, K+ S# }2 {' g
  12.   HAL_TIM_Base_Stop(&htim7);
    & O& _" V) o3 G. \' d1 E
  13. }
复制代码
7 y9 w( e8 |0 i, q. C7 S: E* @3 A6 r! e
➡️ 创建按键驱动文件ds18b20.c 和相关头文件ds18b20.h
, j4 K6 {! ?$ r$ s6 E
  1. void DS18B20_IO_IN(void){$ g3 r9 a  P" L; i) B; U5 k
  2.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ! v, x. B: Y0 o5 s5 k; ]* ^
  3.   GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;
    5 ~* P- p8 K8 m. I7 J
  4.   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
      x9 E" [  m$ K# v+ G# r
  5.   HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);
    ; T" b. H( I0 W' u/ x* `6 B
  6. }
    ' [; y, J" U8 m- [1 T8 B

  7. " o' C: C3 d7 h0 c: o7 f
  8. void DS18B20_IO_OUT(void){0 Y' n5 b- M& s/ I- l# z3 l$ v
  9.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;) [8 }) e0 ]* i" d
  10.   GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;2 j1 Z- \5 C' J8 L
  11.   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    * C: G4 I$ W- ?3 C
  12.   GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    : e/ N1 ?% X  n  z& _
  13.   HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);
    - p2 ^; d, Z. @3 N
  14. }  R1 f0 ]! ]- B6 k. t9 K) \

  15. 2 w* l6 i3 @4 u7 B5 w
  16. void DS18B20_Rst(void){6 J, x) }/ ~/ o: y! k* ~! z
  17.   DS18B20_IO_OUT();
    3 ?6 O. x+ q" T' N0 e  t
  18.   DS18B20_DQ_OUT_LOW;9 U. ~# r! l% Q8 G; V! C0 x$ W: L
  19.   delay_us(750);% p6 ~' y$ R; I% @+ ?
  20.   DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
    % C# A1 s  K+ ?; ?
  21.   delay_us(15);# r9 s! c( Z+ I* Y; s3 m/ a  M
  22. }
    ) S$ C& s6 A: W
  23.        
    / w0 ]/ t3 k2 o1 J, l% w$ j6 ^
  24. uint8_t DS18B20_Check(void){: w# k; S, q! X( b4 g
  25.   uint8_t retry = 0;
    ! y( k+ e( E9 N: z8 @' d4 x
  26.   DS18B20_IO_IN();0 l' V& K: F9 [
  27.   while(DS18B20_DQ_IN && retry < 200){0 S# G4 L) S2 w( g9 N: Y6 ^5 v8 [5 J: R
  28.     retry++;
    - v) h" i: G; E0 }4 y* G
  29.     delay_us(1);% [" S1 H# ]3 w
  30.   }) ^5 m( @$ r" l) T6 D4 B6 u
  31.         ! V" U. c* K, f% q( q
  32.   if(retry >= 200)1 Q, G  E3 M5 x$ B
  33.     return 1;
    2 {5 i5 C) J# Y. W: V
  34.   else/ j. ~" O) u3 k+ j; y
  35.     retry = 0;
    8 U1 ^0 o3 c0 A- ]
  36.        
    # [9 E, x2 `% d* B$ o
  37.   while(!DS18B20_DQ_IN && retry < 240){8 k  K+ k3 l) `3 o
  38.     retry++;
    + O+ K$ G6 g$ H: M
  39.     delay_us(1);
    1 q; |0 s( u7 ^3 f
  40.   }9 |/ m3 F) W0 E
  41.        
    3 e- [' q0 M6 v6 E& B
  42.   if(retry >= 240)
    % b! Z8 p) L  X( X4 F
  43.     return 1;5 `# U8 E1 |! x3 A- C5 w  `
  44.        
    . }$ I1 e/ |1 _3 P' `
  45.   return 0;
    , {) T2 [$ o6 j* r
  46. }- q9 j  u/ Z4 ^
  47. 3 Z; t* T2 X  l- ]8 y
  48. uint8_t DS18B20_Read_Bit(void){7 S' k, d2 }8 O- h+ o$ g# ]- `8 e
  49.   uint8_t data;
      [! ^* P; l* W. I- u) \0 w& ~
  50.   DS18B20_IO_OUT();0 C2 y$ y& S9 s" y
  51.   DS18B20_DQ_OUT_LOW;
    5 g5 a+ I! C( N% |% c: n! V* I
  52.   delay_us(2);
    / P" c, p+ @8 M( c
  53.   DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
    0 R' e5 D3 l5 R6 E
  54.   DS18B20_IO_IN();
    1 ^7 d, e: K3 K9 o- M  P: U' l9 w( F
  55.   delay_us(12);: T0 [, v& b$ X7 E' ~% X
  56.           u7 X4 N# F" B* F$ @( {
  57.   if(DS18B20_DQ_IN)
    # ^. M  Z' l" U1 F9 ]( t. j
  58.     data = 1;+ _( }6 V: Y2 P" L0 I$ n' I5 y  W% M4 C
  59.   else. P! B+ ]2 ?/ U0 ~8 u/ w5 r( C
  60.     data = 0;) F) M6 O0 L5 _( s6 Y9 M
  61.         # c, G/ y; _4 P0 H# ~
  62.   delay_us(50);6 j1 j5 K( c) B5 A( f  C3 l  c; ?
  63.   return data;  Y' ^# T$ j; j3 N
  64. }
    ! i) {( ]9 J/ J" A1 f1 w
  65. % R- Y) t1 A; y- d# \. x
  66. uint8_t DS18B20_Read_Byte(void){
    $ p6 Q. m, D. T
  67.   uint8_t i,j,data;
    , R/ ~1 Q9 Q- K9 I+ _
  68.   data = 0;
    , S% h, ?+ z- P
  69.   for(i=1;i<=8;i++){# i; i+ x$ ^2 X* ?; a
  70.     j = DS18B20_Read_Bit();# B# D3 z$ ?- k" E* x
  71.     data = (j<<7)|(data>>1);  `2 k# q/ P: M- U4 z1 h
  72.   }0 G, O) E" ]5 }0 x. n
  73.   return data;
      V/ l& e. i5 |
  74. }; l$ e9 a% L. ^7 ]4 ?9 Z7 C

  75. : m/ F# r, s" k3 ~$ i7 y* w$ Z
  76. void DS18B20_Write_Byte(uint8_t data){
    0 I* |5 D& x. `& j
  77.   uint8_t j;9 {" {5 C: H5 B, }$ j3 n- l
  78.   uint8_t testb;9 m: ~( v# u1 R1 J
  79.   DS18B20_IO_OUT();
    8 p3 s" h& \; J8 m; E% M
  80.   for(j=1;j<=8;j++){/ w. r& Y6 P5 ^, E. Y; D/ p
  81.     testb=data&0x01;
    # {1 B9 ]) C- B1 e5 w' Z8 E
  82.     data=data>>1;6 g. |& a* s0 o! V, P
  83.     if(testb){# e: z* x/ T: u* f
  84.       DS18B20_DQ_OUT_LOW;
    & f  E+ p7 l( t# P7 r* F7 [4 p
  85.       delay_us(2);4 A% l/ X  [, v/ h$ W& s7 f2 I
  86.       DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
    4 Y: w* E8 |# P$ k
  87.       delay_us(60);
    6 j2 V3 i  d  Q3 {' ?% u# m- B' }
  88.     }else{
    % E6 E: x2 T$ |8 W$ A: T2 f
  89.       DS18B20_DQ_OUT_LOW;# b, t8 Q3 R+ \3 ^0 I9 z- _, W
  90.       delay_us(60);, N( I# e. N3 o; _, F- W' a
  91.       DS18B20_DQ_OUT_HIGH;' T, Z$ W2 c8 b  H6 t5 i, p: f6 G7 ?
  92.       delay_us(2);$ o/ ?- Q" m9 _/ A
  93.     }! N" k. O) L0 c2 K4 o1 R
  94.   }' m2 \6 Q; T9 _& p
  95. }
      m3 Y1 y* b& ?+ u% y' @) R" Y) E1 b

  96. ; S5 M$ [) p0 G% i. _
  97. void DS18B20_Start(void){# ?5 `3 y. F( z) b, S
  98.   DS18B20_Rst();
    , j8 A; `6 s. ]& i: f' d
  99.   DS18B20_Check();& ^# ^+ p7 l7 ?& P9 |/ O. i# u
  100.   DS18B20_Write_Byte(0xcc);. D) n, k2 d% p" h
  101.   DS18B20_Write_Byte(0x44);) X6 _- b, s+ r" A/ @) P) R9 H
  102. }) h  r: u  c9 J6 }' Y
  103. " N- M9 G& E7 L! l* a- Q8 \
  104. uint8_t DS18B20_Init(void){2 g  i, O& O7 E1 Y5 P- L
  105.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    8 h5 S3 E1 g! v+ G' B
  106.   GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;2 J2 i1 S; Y0 c; O2 M/ {
  107.   GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    . t) ]# y. {) N% |+ y- U: ~  Q0 R; B
  108.   GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;9 l' C! M; r0 h
  109.   GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    ! H- K; n! L. H7 Z( X+ j' ~' j
  110.   HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);0 @* k  [: ?7 V) ]
  111.        
    + o9 w4 Z1 Z$ ?& i. r# I
  112.   DS18B20_Rst();0 t; Z7 g" V2 m( q3 G
  113.   return DS18B20_Check();$ W: A% p' G6 s. S+ |; M6 G; v
  114. }
    2 c8 y/ w6 N' F6 g* l
  115. & p# A* e+ f- l, V% @" o
  116. short DS18B20_Get_Temperature(void){" x* |# ^. y; \/ w& U  ~# G
  117.   uint8_t temp;8 Z; W+ S& G+ n5 W( p5 A
  118.   uint8_t TL,TH;
    7 m) D6 b$ Q7 K
  119.   short temperature;: Q7 t+ v( U, M" Z4 u; t
  120.        
    8 V% g' U; ~  Z- E1 G0 c
  121.   DS18B20_Start();  s0 T4 q9 j4 `7 Z7 X. F% T+ j2 O
  122.   DS18B20_Rst();
    : F; B2 p, J0 U5 X, {
  123.   DS18B20_Check();0 c2 B  }# ^/ q* d
  124.   DS18B20_Write_Byte(0xcc);+ x4 J9 W! S& |( p3 }4 Z
  125.   DS18B20_Write_Byte(0xbe);
    1 r9 n- F  p" u3 |. m9 n
  126.   TL = DS18B20_Read_Byte();
    5 z/ y2 f7 [  c# B$ G
  127.   TH = DS18B20_Read_Byte();
    2 z2 F& {1 R9 S( r
  128.         / W+ }& p% ^5 z5 D+ g
  129.   if(TH>7){
      q0 O% L' x( C0 _6 M/ C3 W; F' [
  130.     TH = ~TH;
    5 }, l' B8 w3 [8 x- O0 p
  131.     TL = ~TL;: ~: t8 `; B5 A) L& Y
  132.     temp = 0;; z6 N* M& ], x4 a8 Q3 v' [' ]$ t
  133.   }else* V/ [* h* ~. |* b3 ^
  134.     temp = 1;2 j" ?) Z8 H3 Y
  135.        
    8 D5 @3 ]( M! ]" N
  136.   temperature = TH;
    7 P' P, b. L1 l
  137.   temperature <<= 8;
    # G6 Q" _* m8 M+ m4 e: {
  138.   temperature += TL;
    ) y9 F  g3 a0 }2 G# F
  139.   temperature = (float)temperature*0.625;/ _# o; I% V3 x3 ?
  140.   if(temperature)" j/ r6 n: O* T; e0 v& i, H8 A  x
  141.     return temperature;& Z3 O* L9 p5 Y; ?
  142.   else
    : p, u9 O5 T0 `
  143.     return -temperature;  l% m# ^# z6 F) O
  144. }
复制代码
8 A0 _8 H* q: m( ~  o% X- f, ~
➡️ 在main.c文件下编写ds18b20测试代码4 O6 g5 q' E; \! A6 C
  1. int main(void){+ o2 F- p- z: O# E3 }( m( l
  2.   float temperature;3 z+ L; g4 Z+ s# |
  3.   HAL_Init();
    8 L# W$ b3 [" h
  4.   SystemClock_Config();1 @6 [" v, q+ N8 F! a- J6 W3 M
  5.   MX_GPIO_Init();
    ' ?; U' m9 [8 u; ~
  6.   MX_TIM7_Init();, ^# Y8 l" g8 C" r
  7.   MX_USART1_UART_Init();+ p9 d- }3 W0 ~6 i
  8.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    + Z! V0 ~7 t1 R4 N" E: L: f
  9.   while(DS18B20_Init()){  V  O  C5 c" ~
  10.     printf("DS18B20 checked failed!!!\r\n");) k2 a3 P5 q! Y6 |3 g% L
  11.     HAL_Delay(500);
    + O: q# S& K' U: N5 t) R$ s4 L( @. W/ C
  12.   }( v* n8 ], G- D+ h9 m! I2 G
  13.   printf("DS18B20 checked success!!!\r\n");! c5 S  ]3 \. \6 E3 q4 B& `
  14.   /* USER CODE END 2 */
      U/ n5 X0 z3 C2 X. y8 ~9 |
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