基于STM32F103——DS18B20温度采集+串口打印

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STMCU小助手发布时间：2022-8-22 17:27

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文章简介:	基于STM32F103——DS18B20温度采集+串口打印

DS18B20相关介绍
DS18B20特性
1.独特的单总线接口，就需一条线则可实现双向通信（测温）
2.测温范围：-55℃~+125℃，可通过编程设定9—12位分辨率，对应分辨温度分别为0.5、0.25、0.125、0.0625℃。
3.支持多点组网（可连接多个DS18B20温度传感器），多个DS18B20可以并联（3或2线）实现多个组网测温，但注意超过8个要解决好供电问题，否则电压过低会导致传输不稳定，从而数据不准确。
4.工作电压：3.0~5.5V （寄生电源方式下可由数据线供电）
5.在使用过程中不需要外围电路，全部传感元件及转换电路都在芯片内了。（上拉电阻）
6.测温结果直接是数字量输出，单总线串行传送方式，同时可传送CRC校验码（校验数据采集是否正确），具有极强的抗干扰和纠错能力。
7.在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字。
8.负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

封装形式与引脚说明

供电方式（外部电源供电、寄生电源供电、寄生电源强上拉）

内部结构
DS18B20内部结构如图所示，其中与操作有关的是：64位光刻ROM、温度传感器、9个字节的RAM存储器、EEPROM(温度报警寄存器TH和TL、配置寄存器)。

光刻ROM中64位序列号是出厂前就光刻好的，相当地址序列号。排列是低位开始，低8位（产品类型标号），接着48位（自身序列号，）相当于身份证号、最高8位（前面56位的循环亢余校验码）。
如果一条总线挂接多个DS18B20需要MCU（微控制器）通过单总线对多个DS18B20进行寻址。

温度存储格式及配置寄存器（模式和分辨率）
DS18B20温度传感器进行测温，测温是以16位的二进制形式提供。
存放格式：

16位中低4位是温度的小数部分、最高5位是温度的正负（全为0为正，全为1为负），中间的7位则是温度的整数部分。小数部分十进制等于16进制乘0.0625。

例子：

注意：如果是负数温度，那么得按位取反+1。
下面是数据处理例子

温度数据的处理
比如我接收temp数据:十进制:64656 16进制:0XFC90
二进制: 1111 1100 1001 0000
首先先看高5位是1哦好那温度就是负数（是0就是正数不用取反+1）
我们得得取反＋1 temp = ~temp + 1;
即 1111 1100 1001 0000
取反后 0000 0011 0110 1111
+1结果 0000 0011 0111 0000
此时结果为: 0000 0011 0111 0000
整数温度等于温度整数 = temp >> 4; 把小数部分（低四位扔掉就行了）
二进制: 0011 0111
10进制:55 16进制: 0X37
小数温度等于温度小数 = temp & 0x0f; 就要低四位低四位是小数部分
二进制: 0000 0000
10进制: 0 16进制: 0X00
所以温度就是 -55.0°C

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配置寄存器

TM：测试模式位，用于设置是在工作方式还是测试模式。在DS18B20出厂时该位设为0，用户不要改动。
R1 R0:分辨率设置

ICA~4GKU~S@`VXW}1]J`E%I.png

需要修改精度的往下看下面有写

DS18B20指令（ROM指令操作）

$O{GBTHSEW_LS0JDCG6V4LI2.png$

T[7F}157NI8GFNC[[5X55UK.png

指令的使用
多个DS18B20情况：对某一个操作时，主机先逐个与DS18B20挂接-搜索ROM——（F0H），发出匹配ROM指令（55H），紧接着提供64位序列号，之后操作就是针对DS18B20的了。

单个DS18B20情况：不需要搜索ROM指令，读ROM指令以及匹配ROM等操作，直接跳过ROM指令（CCH），温度转换（44H），读温度操作（8EH）。

注意事项
一、 DS18B20硬件是简单，但软件就比较复杂，特别是时序要求。
二、连接DS18B20线长限制：部分资料显示：
采用普通信号电缆传输超50m时，测温数据不稳定。
采用带屏蔽层双绞线电缆，正常通讯距离可达到150m。
采用每米绞合次数更多的带屏蔽层双绞线电缆时，通讯距离进一步加长。
三、距离长了测温要考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。
在测温程序设计中，一般如果硬件没什么问题，可以采用延时来跳过检测，但是如果要检测是否有应答要注意不要进入了死循环。

时序图
查看 DS18B20 状态函数

/******************************************************************
描述: DS18B20 查看状态函数
返回: 0:应答 1:不应答
*******************************************************************/
uint8_t ds18b20_check(void)
{
uint8_t ack = 0;
DS18B20_SET_OUT; //设置输出模式
DS18B20_HIGH; //起始拉高电平
DS18B20_LOW; //拉低电平
delay_us(480); //维持480us
DS18B20_HIGH; //释放总线
DS18B20_SET_IN; //设置输入模式
delay_us(25); //维持15~60us 最好是25us以上 25以下测试不够时间
if( GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN) == SET)
{
ack = 1; //没应答
}
DS18B20_HIGH; //释放总线
delay_us(240); //保证时序完整
return ack;
}

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写时序 DS18B20写一字节函数

/******************************************************************
描述: DS18B20 写一字节指令函数
参数: cmd: 要写入的指令
*******************************************************************/
void ds18b20_write_cmd(uint8_t cmd)
{
uint8_t i;
DS18B20_SET_OUT;//设置输出模式
for(i=0; i<8; i++)
{
DS18B20_LOW; //拉低总线
delay_us(1); //至少1us
if(cmd & 0x01)
{
DS18B20_HIGH;
}
else
{
DS18B20_LOW;
}
delay_us(60); //继续维持至少60us 最多120us 电平
DS18B20_HIGH; //释放总线
cmd >>= 1; //右移一位
}
}

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读时序 DS18B20读取一字节函数

/******************************************************************
描述: DS18B20 读取一字节数据函数
返回: 返回读取到的数据
*******************************************************************/
uint8_t ds18b20_read_data(void)
{
uint8_t i;
uint8_t data = 0;
for(i=0; i<8; i++)
{
DS18B20_SET_OUT;//设置输出模式
DS18B20_LOW; //拉低总线
DS18B20_SET_IN; //设置输入模式
data >>= 1;
if( GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN) == 1)
{
data |= 0x80;
}
delay_us(45);
DS18B20_HIGH; //释放总线
}
return data;
}

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程序代码（部分）
由于代码多我这里就不一一贴出来了需要可以留言
由于代码多我这里就不一一贴出来了需要可以留言

每一次进行写ROM相关命令都记得初始化。
对于单个DS18B20我们可以直接跳过ROM指令直接温度转换。读取温度

步骤：
1.初始化
2.跳过ROM指令
3.启动温度转换（转换出来需要时间）
4.延时（等待温度转换）加不加都行
5.初始化（记得每写ROM相关命令记得需要从初始化开始）
6.读取温度

DS18B20 相关代码
DS18B20 修改精度函数
修改精度需要用到一个指令写暂存器 0X4E
写暂存器: 在该写暂存器指令后向DS18B20的暂存器TH.TL以及配置寄存器中写入数据。（不了解可以看看上面的结构图）
所以我们一次得写入3个参数代码如下：

/*******************************************************************************
描述: DS18B20 设置低温限值、高温限值、精度函数
参数: temp_low: 写高速缓存器TL低温限值 temp_high:写高速缓存器TH高温限值
accuracy: 精度设置 9/10/11/12 (默认12位)
********************************************************************************/
static uint8_t ds18b20_set_accuracy(uint8_t temp_low,uint8_t temp_high,uint8_t accuracy)
{
if(ds18b20_check() == 1)
{
return 1;
}
ds18b20_write_cmd(WRITE_MEMORY); //写暂存器指令4E
ds18b20_write_cmd(temp_high); //写高速缓存器TH高温限值 temp_high 度
ds18b20_write_cmd(temp_low); //写高速缓存器TL低温限值 temp_low 度
ds18b20_write_cmd(accuracy); //精度设置
return 0;
}

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DS18B20初始化函数

#define DS18B20_SET_OUT ds18b20_set_output_mode() //设置输出模式
/******************************************************************
描述: DS18B20 设置成输出模式函数
*******************************************************************/
void ds18b20_set_output_mode(void)
{
GPIO_InitTypeDef DS18B20_Struction; //定义结构体成员
RCC_APB2PeriphClockCmd(DS18B20_RCC, ENABLE); //打开时钟
DS18B20_Struction.GPIO_Pin = DS18B20_PIN; //引脚
DS18B20_Struction.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
DS18B20_Struction.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速率
GPIO_Init(DS18B20_PORT,&DS18B20_Struction); //对成员进行初始化
}
/******************************************************************
描述: DS18B20 配置函数
参数: accuracy: 精度
默认是 12位分辨率转换时间750ms
9位分辨率 0x1f ： 0.5 °C 转换时间需要93.75ms
10位分辨率0x3f ： 0.25 °C 转换时间需要187.5ms
11位分辨率0x5f ： 0.125 °C 转换时间需要375ms
12位分辨率0x7f ： 0.0625°C 转换时间需要750ms
返回: 0:成功 1:失败
*******************************************************************/
uint8_t ds18b20_init(uint8_t accuracy)
{
uint8_t status;
DS18B20_SET_OUT; //设置成输出模式
status = ds18b20_set_accuracy(0,70,accuracy); //设置转换精度
return status;
}

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DS18B20读取温度函数

/******************************************************************
描述: DS18B20 读取温度函数
返回: 读取成功:DS18B20_READ_SUCCESS 读取失败:DS18B20_READ_FAILURE
*******************************************************************/
uint8_t ds18b20_read_temperature(void)
{
uint8_t low,high;
uint16_t temp = 0;
if(ds18b20_check() == 1) //DS18B20 初始化
{
return DS18B20_READ_FAILURE;//读取失败
}
ds18b20_write_cmd(SKIP_ROM); //跳过ROM
ds18b20_write_cmd(TEMP_SWITCH); //启动温度转换
ds18b20_check(); //DS18B20 初始化
ds18b20_write_cmd(SKIP_ROM); //跳过ROM
ds18b20_write_cmd(READ_MEMORY); //发送读暂存存储器指令
//D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 16位数据说明
//** 温度正负标志 ** ** 温度整数部分 ** **小数部分**
low = ds18b20_read_data(); //低字节
high = ds18b20_read_data(); //高字节高5位是正负标志全为1 负全为0 正
temp = ((uint8_t)high<<8) | low;
if(temp & 0x8000)
{
ds18b20_temp_symbol = 1;//负温度
temp = ~temp + 1;
}
else
{
ds18b20_temp_symbol = 0;//正温度
}
ds18b20_temp_integer = temp >> 4; //整数部分
ds18b20_temp_decimal = temp & 0x0f; //小数部分
if(ds18b20_temp_integer >= 100)
{
ds18b20_temp_integer = 99; //保持在2位数
}
return DS18B20_READ_SUCCESS;//读取成功
}

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串口相关代码
如果对串口不熟悉的可以参考我之前写的文章STM32串口通信介绍

串口初始化函数

/* 配置串口1 函数*/
void usart1_init(uint32_t baudRate)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //打开GPIOA时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); //打开串口1时钟
GPIO_InitTypeDef GPIO_initStruction;
USART_InitTypeDef USART_initStruction;
/*配置GPIOA TX */
GPIO_initStruction.GPIO_Pin = USART1_TX; // TX
GPIO_initStruction.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_initStruction.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_initStruction);
/*配置GPIOA RX */
GPIO_initStruction.GPIO_Pin = USART1_RX; // RX
GPIO_initStruction.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_initStruction);
/*配置USART1 TX和RX */
USART_initStruction.USART_BaudRate = baudRate; //波特率
USART_initStruction.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //8位有效数据位
USART_initStruction.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //1个停止位
USART_initStruction.USART_Parity = USART_Parity_No; //无奇偶校验位
USART_initStruction.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //不硬件控制流
USART_initStruction.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; //发送和接收
USART_Init(USART1, &USART_initStruction);
NVIC_USART1_configuration(); //串口1中断优先级配置
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//使能接收中断
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口1
}

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串口发送一字节函数

/*串口发送1字节函数*/
void usart_sendByte(USART_TypeDef* USARTx,uint8_t data)
{
USART_SendData(USARTx, data);
while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET); //等待发送寄存器为空证明发送完
}

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串口发送字符串函数

/*串口发送字符串函数*/
void usart_sendString(USART_TypeDef* USARTx,char *str)
{
while(*str != '\0')
{
usart_sendByte(USARTx,*str);
str++;
}
while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TC) == RESET); //发送完成标志位
}

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主程序 main
main.c（主函数）

#include "stm32f10x.h"
#include "ds18b20.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "stdio.h"
int main()
{
char ds18b20_str[10] = {0};
usart1_init(9600); //串口1初始化波特率9600
while(ds18b20_init(0x5f)) //DS18B20初始化 11位分辨率 0.125
usart_sendString(USART1,"DS18B20 error!\r\n");
usart_sendString(USART1,"DS18B20 success!\r\n");
while(1)
{
delay_ms(500);
if(ds18b20_read_temperature() == DS18B20_READ_SUCCESS)
{
//将温度转换成字符串
sprintf(ds18b20_str,"%2u.%1u%1u%1u\r\n",(uint32_t)ds18b20_temp_integer,((uint32_t)ds18b20_temp_decimal*10/16),
((uint32_t)ds18b20_temp_decimal*100/16%10),((uint32_t)ds18b20_temp_decimal*1000/16%10));
usart_sendString(USART1,ds18b20_str); //通过串口发送出去
}
else
{
usart_sendString(USART1,"DS18B20 error!\r\n");
}
}
}