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STM32MP1 M4裸机CubeIDE开发指南-DS18B20数字温度传感器实验

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STMCU小助手 发布时间:2022-9-28 14:04
DS18B20数字温度传感器实验5 I, D  g' p7 j4 X! r# e
本章,我们将介绍通过STM32MP157读取外部温度传感器的温度,来得到较为准确的环境温度。本章节我们先了解单总线技术,再了解温度传感器DS18B20,然后实现STM32MP157和DS18B20进行通信,把获取到的温度通过串口打印出来。: I$ [# H" ^+ ^3 B

1 k1 R+ l6 p7 S0 t26.1 单总线和DS18B20简介
1 G5 o5 l$ b! \4 U8 k  O3 q26.1.1 单总线特点; @5 K" [  m- D" A: h( Z1 s- I
单总线(1-Wire Bus),即只有一根线,是由美国DALLAS半导体公司推出的扩展总线技术,和SPI、I2C不同的是,单总线只有一根信号线(地线除外),整个通信过程的数据交换和控制都由这根线完成,可以说单总线既作为时钟线,又作为数据线,数据在单总线上传输是双向的。采用单总线的好处是:节省IO资源、硬件开销小、资源结构简单、易于控制、易于扩展以及后期维护、成本低等,单总线结构具有简洁且经济的特点,可使用户轻松地组建传感器网络,从而为测量系统的构建引入全新的概念。9 @) i* @  o5 H1 T: {2 \3 D
挂在单总线上的器件我们称为单总线器件,目前,常见的单总线器件主要有:数字温度传感器(如DS18B20和DS1821)、门禁、身份识别器(如DS1990A)、A/D转换器(如DS2450)等。单总线的主要特点如下:6 g  D3 b* V1 y0 a, ^' u
①、只有一根线;
1 ~3 W$ W) W. w; r5 `②、传输速度一般是16.3Kbit/s,最大可达142Kbit/s;/ f8 m2 N3 V' K7 }
③、只有一个单主机(可以是微控制器),可以是一个或多个从机,所挂的从机数量几乎不受限制;
1 t# r! W9 R6 l. ?& h& Q5 R④、总线空闲时为高电平,数据传输是双向的;1 A4 i% @0 V0 w1 M6 z" J; `
⑤、总线是分时工作的,同一个时刻只能和一个从机进行通信;- z3 f1 [3 v1 _. g% E/ s
⑥、连接到单总线的每个器件必须具有漏极开路或三态输出;* u: f( P/ Y- q3 }+ V* N/ \  ^
⑦、总线上的信号,除了应答脉冲外,其它都是由主机发出同步信号,并且发出的所有命令和数据字节的低位在前。
8 t* c% j; M' ~% U! W7 [
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4 j0 d' O, E( ?/ V& h
" A$ \; U8 i0 s0 t图26.1.1.1 单总线挂载多个设备
. W3 _* d" i& x$ g26.1.2 单总线硬件接口结构. }* s) [$ i- X
如下是单总线的硬件接口示意图,设备(主机或者从机)通过漏极开路或者三态端口接到单总线上,当设备不发送数据时释放总线,以便总线给其它设备使用。由于是漏极开路,需要在电路中加一个上拉电阻,图中,单总线外接一个4.7KΩ的上拉电阻,所以,当单总线为空闲状态时,总线状态为高电平。不管什么原因,如果传输过程需要暂时挂起,且要求传输过程还能够继续的话,则总线必须处于空闲状态。位传输之间的恢复时间没有限制,只要总线在恢复期间处于空闲状态(高电平)。如果总线保持低电平超过480us,总线上的所有器件将复位。
) G* X% y+ H2 V3 d! {- o我们来看看主机和从机发送数据的过程:' e4 N5 d  s6 l) H. j0 e. Y  u; c
①、当主机通过Tx端发送逻辑1时,经过反相器处理,总线呈现逻辑0,逻辑0经过1-Wire端口的反相器传输给从机的Rx端后为1,则从机接收到逻辑1;
% u% \  i- d, @2 R1 h  D②、当主机通过Tx端发送逻辑0时,经过反相器处理,总线呈现逻辑1,逻辑1经过1-Wire端口的反相器传输给从机的Rx端后为0,则从机接收到逻辑0;
: y) d4 K+ p3 f3 B6 w  r* L/ J③、当从机通过Tx发送逻辑1时,Tx处的NMOS管导通,总线呈逻辑0,到了主机的Rx反相器后,主机得到逻辑1;# E/ I' U; @0 u: N: r
④、当从机通过Tx发送逻辑0时,Tx处的NMOS管截止,总线呈现逻辑1,到了主机的Rx反相器后,主机收到逻辑0。; a9 {9 c) ~8 P4 ^) n6 @3 W
& V6 _; S8 x" l- f5 y5 s
6af02e02506749ad917ef137b15f48c8.png : M0 w5 a* P) d- X
  m! t( v  J, [: A$ S
图26.1.2.1 单总线的硬件接口示意图
( g$ B3 I9 k8 E, ?# O26.1.3 DS18B20简介
' U; A4 @3 Z* }$ S( V1.DS18B20简介) f) Z* I9 T& I9 i$ V
在工农业以及日常生活中经常需要测试温度,传统的方式是使用热电偶或热电阻,测试的值需要经过A/D转换,将模拟量转换为数字量得到,采用这种方式进行设计,硬件结构较复杂,制作成本较高。DS18B20是由美国DALLAS半导体公司推出的一种“单总线”接口的温度传感器,因其突出的优点而广泛用于农业生产、工业制造、气象观测、仓库管理、科学研究、弹药库测温等众多领域,与传统的热敏电阻等测温元件相比,其主要特点有:3 f& i" X- \: |
①、单总线接口方式,只需要一根线即可与微控制通信(地线除外),在使用中不需要任何外围元件,使用简单,节约硬件成本,且以单总线的数字方式传输,大大提高了抗干扰性;
0 ~5 C/ ~$ i" C- N$ A. \②、最高12位分辨率,测试温度范围为-55~+125℃,精度为±0.5℃,测温范围广;
: X6 `  W7 Z6 g③、12位分辨率时,在750毫秒(最大)内可将12位温度转换为数字,转换速度快;5 b! k! ]; S7 X" W
④、工作在3~5.5V的电压范围,适用电压宽;7 x  l3 O0 H2 N! L
⑤、全数字温度转换和输出,能直接读出被测温度,可实现9~12位的数字值读数方式(可编程设备温度读数);
- Y+ c$ T0 ]% c# y⑥、体积小、多种封装形式,适应狭小空间测温,使系统设置灵活、方便;
- `2 n; ?2 {  a4 s/ [⑦、设定分辨率以及用户设定的报警温度存储在EEPROM中,掉电后依然保存;4 }1 }" s# ?0 J: M
⑧、每个DS18B20都包含唯一的芯片序列号,因此同一条1-Wire总线上可以挂接多个DS18B20。
) c  G5 l) T9 O  P6 v' ?3 Q0 {如下图是不同封装的DS18B20,主要引脚有3个:
7 ^) T, @/ ?9 P dc4b28fceca74360b4db26048481b210.png
' U; G! e+ m$ t8 f( J7 c
# s* u3 U( a% P1 k7 {7 x$ V/ O表26.1.3.1 DS18B20引脚1 a" b7 N0 M# I6 t7 g# F

9 N" G; t6 s6 u+ g( b$ s( o* V' `/ s 78986d89c1f044ec8dd16442cc1541bc.png ) ]7 w# |/ u; ~& ]- Y% U+ O) f& a  }

# C0 x4 |  i8 v1 H0 \* \0 [* T图26.1.3.1 DS18B20的封装和引脚排列7 e; E3 \; J1 i2 s$ O4 k% x( r
2. DS18B20内部结构
2 X9 H: L. z3 e# f5 E8 G如下是DS18B20的内部结构图:/ r3 @; B. A( p# S6 l6 a
0 p9 f4 w1 Q7 J9 q1 V9 {- m6 P/ b
a4101ac64ca5422d970f71eb44a98507.png . Z( C; I1 m( r# f* i3 ?9 B/ D
) r% c, m6 o5 k6 K. a& _8 {
图26.1.3.2 DS18B20内部结构图
. q) t) f2 \3 S, E* c上图中显示了DS18B20的主要组件,其温度检测和数字输出全部集中在一个芯片中,主要部分有:' C5 Q/ ?- Q, t% ?7 O8 K
(1)64位的ROM* X) K: k5 Q: N
ROM中的64位序列号是出厂前被标记好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码,每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排列是:低8位是产品家族码,接着48位是DS18B20的序列号,最高8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。总线主机可以从64位ROM的前56位计算出CRC值,并将其与DS18B20的8位CRC的值进行比较,以确定总线主机是否已正确接收ROM数据。8 e8 |; g) {1 X- n6 O7 X; a7 K) B/ n
ROM作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就实现了一根总线上挂载多个DS18B20。" r, S7 Z  A: {3 v

. x! G  ?" G# r5 W 3effab2e88ae41ec9dc237752d4b10c5.png # D! q+ g8 h, R

$ {, m" S& m: V3 a- J  L' c图26.1.3.3 64位序列号5 T" _8 V( g. r9 ^' I) L
(2)温度传感器
: |/ b& M9 ~6 F  FDS18B20的温度传感器部分用于完成温度测试,测试得到的值传输到高速缓存存储器中以供主机获取。DS18B20的分辨率可配置(9、10、11或12位),这相当于0.5℃、0.25℃、0.125℃或0.0625℃的温度分辨率,而12位读数为出厂默认状态。我们以12位为例进行介绍:数据以16位符号扩展二进制的补码形式存储在高速缓存存储器中,以0.0625℃/LSB的形式进行表达,MSB包含符号位“S”,该位用于表示温度是整数还是负数:
( \( o+ q5 P& Y  [3 i; P
) y8 b2 _) X% J. b/ x" Y, }7 ^ 2bac7c3cf39343fe8109391765e3361c.png % n0 I$ @1 X$ J, u! J- O

9 R5 d6 q% K3 A/ S, a; }图26.1.3.4 DS18B20温度格式(12位)
0 N. {7 l* l% |9 v! Z转化后得到的12位数据存储在两个字节的RAM中,以二进制表示,最高5位是符号位,表示负数还是正数:如果测试的温度大于0,这5位为0,这16位测试得到的值乘以0.0625就是温度值;如果温度小于0,这5位为1,这16位测试得到的值先取反再加1,最后再乘以0.0625就得到温度值。# {- P* }- j( z$ j$ {* V5 d- e
例如,+125℃的数值为0X07D0H,计算方法:: `- v7 S1 [: U4 R# t
0X07D0H二进制00000 0111 1101 0000十进制2000温度=0.06252000=125℃。0 R5 {9 z! e& O' R2 F( r2 G, h
例如,-55℃的数值为FC90H,计算方法是:
* e* B$ A" f3 X0 H; Q4 {FC90H二进制1111 1100 1001 0000取反后0000 0011 0110 1111加1后为 0000 0011 0111 0000十进制880温度=0.0625880=-55℃。
% j8 F0 \7 U& i/ U$ E9 q4 A1 l; K* M- a8 X$ e$ ^& v  m9 f
7df072c675de43388e5b44c9502c37dc.png
$ s+ S2 q, ^" }
; K, l/ A7 O$ B( `6 j  X表26.1.3.2 DS18B20温度数据表+ e1 d5 S$ ]$ K* X" j0 s6 v
(1)上电复位寄存器值为+85℃
+ K6 G$ m4 X% ?5 DDS18B20的测量结果将存储在高速缓存存储器中,可通过主机发出存储功能命令读取高速缓存存储器的内容,从而获得数值以便进行计算出温度值,关于存储功能命令我们后面会介绍到。0 [8 K2 k! M9 m3 M- A
(3)高温和低温触发器(TH和TL)
& O3 W( Q5 I/ Y1 g& t4 |( W温度警报触发器TH和TL分别由1字节EEPROM组成,如果未将警报搜索命令应用于DS18B20,则这些寄存器可用作通用用户存储器。可使用存储器功能命令完成TH,TL和配置字节的写入,通过高速缓存存储器对这些寄存器进行读写时,首先读取和写入的是所有数据的最低有效位。" @! ]$ o9 y8 h  w, c7 x6 B1 t
(4)配置寄存器
. K7 K5 u) e2 F配置寄存器在高速缓存存储器中占用一个字节,配置寄存器包含设备将温度到数字转换的分辨率信息,其中,读取低5位默认得到1,R0和R1位是分辨率设置位,出厂默认值为R0=1和R1=1(12位分辨率),最高位是测试模式位,用于设置DS18B20处于工作模式(0),还是测试模式(1),默认出厂的时候该位为0,表示工作模式,其它位无法更改,能改动的只有R0和R1位。3 `. `& B8 V5 ^4 l- u% D8 T# v/ A

9 j; W+ C7 s% Z! c 2de2e76df35a4a8fa7fe1096c3ec834a.png
% ~2 {' _, n* r8 L' d% r3 y1 \5 g4 _1 w/ ^% i
图26.1.3.5 配置寄存器
* _& b! P# [2 i5 u: LR0和R1位的配置如下:
" t) V% g* u  d5 v6 Y! [6 \2 {0 D( h3 g3 z
35dafccc1e0740478adc811c5914cb7a.png & x, ]; a$ I+ }4 y: B
6 g4 \3 _+ M! R
表26.1.3.3 配置寄存器的R1和R0位
, M+ G# A& ], A8 D1 e(5)DS18B20的内存映射, e2 o2 U+ {5 [, Z
DS18B20的内存映射如下,由高速缓存存储器和非易失性电可擦除EEPROM组成,后者存储高低温触发器TH和TL以及配置寄存器。高速缓存存储器为8个字节的内存(0~7),前2个字节分别包含所测温度信息的LSB和MSB,第三、第四和第五个字节分别是TH、TL和配置寄存器的易失性副本,每次上电复位时都会刷新,新的数值从EEPROM得到。第六、第七和第八字节用于内部计算或保留的字节。还有一个字节我们可以称为第9字节,它包含一个循环冗余校验(CRC)字节,它存储的是前八个字节的CRC值。
2 T  g0 Z; C2 N1 @
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! V1 V$ ^: i( u1 B; Q, b8 j5 c/ ]/ i' M8 s! n+ ~& F* {
图26.1.3.6 DS18B20的内存映射
# Z% [/ k3 r3 T# I1 }当温度转换命令发出后,转换得到的温度值以二字节补码的形式存储在高速缓存存储器的第0和第1个字节中,主机可通过单总线接口读取这两个字节的数值,且读取的时候,低位在前,高位在后。读取得到的值用于计算温度值的方法在前面第(2)小节已经讲解。: W( j9 \* c" W0 k, k8 J
下面,我们结合DS18B20来了解单总线时序,通过时序我们可以知道怎么去操作DS18B20。
9 E+ R6 f* o4 w1 m3 u
/ v/ F; P: ~' b  b26.1.4 DS18B20时序* s- F" E. u7 v2 E& H) ~! }& Q
根据DS18B20的通信协议,主机通过1-Wire端口与DS18B20通信,主机控制DS18B20完成温度转换必须经过以下步骤:初始化发送一条ROM指令发送RAM指令。我们逐个分析这些过程:
5 Y7 L, ~' x+ }0 x5 R% L1.初始化# H7 e' Z; J, }  o; z/ x( z6 A6 {
单线总线上的所有任务都以初始化序列开始,初始化序列由总线主设备发送的复位脉冲和从设备DS18B20发送的存在脉冲组成,存在脉冲让总线上的主机知道DS18B20在总线上并且已经准备就绪。主机通过将总线拉低发出复位信号,要求拉低至少480µs,这样确保总线上的从机都复位,然后主机释放总线,因总线上拉4.7KΩ的电阻,所以总线变成高电平,DS18B20在检测到DQ引脚上的上升沿后,DS18B20等待15-60µs,然后DS18B20发送存在脉冲(60-240µs的低信号)来产生应答,主机接收过程至少480us,主机收到此脉冲后,表示复位成功,初始化过程完成。
( M8 g! G5 Q  h/ \1 [# F0 W3 a0 ]+ l0 h+ g/ @: u4 C9 d
c2dea4dea19049309a7c5175a756e889.png 8 W2 C8 H; {" H: H, H* E
- N4 W% Z" W! Z9 @1 v8 H
图26.1.4.1初始化过程=复位脉冲+从机应答脉冲
6 E# T/ \! {) ]0 v2. ROM指令
* T! y- y5 ]5 L; I复位成功后,一旦总线主机检测到从机存在,它可以发出5个ROM功能命令之一:1)读取ROM;2)匹配 ROM;3)搜索 ROM;4)跳过ROM或5)警告搜索。所有ROM功能命令都有8位长,这些命令的列表如下:
0 w. Y8 `9 F4 E; H. E9 |指令 指令代码 说明
) x% [7 K6 v% i) n4 f4 I" O读ROM 33h 读DS18B20中的64位ROM。仅当总线上有一个DS18B20时,才能使用此命令,如果总线上存在多个从机,则当所有从机同时尝试传输时,将发生数据冲突。
+ p6 y) u, s2 K8 }匹配ROM 55h 匹配ROM后面紧跟64位ROM序列,主机在总线上寻址特定的DS18B20,只有与64位ROM序列完全匹配的DS18B20才会响应,所有与64位ROM序列不匹配的从机将等待复位脉冲。此命令可用于总线上的单个或多个设备。
. S! }+ H, {7 p跳过ROM CCh 忽略64位ROM地址,直接向DS1820发送读取温度命令,这样可以节省时间。该方式适用于单个从机,当有多个从机时,总线上将发生数据冲突。
! `, o' s- ~3 n  p9 g8 G搜索ROM F0h 当系统最初启动时,总线主机可能不知道单线总线上的设备数量或它们的64位ROM代码,搜索ROM用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址,为操作各器件作好淮备。! m% ]1 M5 o" n7 M5 s- @9 N( B
告警搜索 ECh 执行后只有温度超过设定上限或下限值的从机才做出响应,DS18B20仅在上次温度测量时遇到报警情况时才会响应此命令(报警条件定义为温度高于TH或低于TL)。' F. W8 v$ p/ n& R/ ~# Q+ t
4 d2 H: {. a* N/ r! y) _0 g
d4915548641844949bed6ec43e1cb281.png 7 f6 \+ r! z! h9 ~

% w$ b$ _" |& V" `- e. U表26.1.4.1 操作ROM指令  I( x5 W. l# U5 `3 q. o2 L( y9 _
3. RAM指令9 l5 G! e+ S' R1 V8 k2 G
成功执行ROM功能序列后,主机可以访问存储和控制功能,然后主机可以提供6个存储和控制功能命令中的任何一个:1)写缓存器;2)读缓存器;3)温度转换;4)复制缓存器;5)重调缓存器;6)读供电。首先读取和写入所有数据的最低有效位。2 ]4 v  P0 F  k0 b4 }' }
指令 指令代码 说明
: S6 G- k+ f, j1 R9 `写缓存器 4Eh 发出向内部RAM的第2、3和4字节写上、下限温度数据命令,紧跟该命令之后,是传送三字节的数据。
; g# K1 E) F; j% G读缓存器 BEh 连续读内部RAM的9字节的内容。
3 b+ P/ C/ C& R7 S" _9 q4 x6 ?温度转换 44h 启动DS18B20进行温度转换,会将EEPROM的温度值和配置寄存器的值传输给RAM(此操作也会在DS18B20上电后发生,即刷新操作,RAM才能获得有效数据)。12位转换时间最长为750ms,9位为93.75ms(详见表32.1.3.2)* a; G: w9 f' s+ P
复制缓存器 48h 将RAM的第2、3和4字节字节的内容复制到EEPROM中6 ]# ^  n: b& }8 r, b' k% ]
重调缓存器 B8h 将存储在EEPROM中的值复制到RAM中的第2、3和4字节,此操作在DS18B20上电时也会发生。
5 b3 i6 |8 ]3 j, x) z* a. g读供电 B4h 读DS1820的供电模式:寄生供电时DS1820发送“0”,外接电源供电时DS1820发送“1”5 I- U0 S1 m* C8 t$ S
& v2 a* Y1 Z8 u6 u
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. C" P& E- y# x& n
. B6 R" j3 V( Q. r& ]表26.1.4.2 操作RAM指令' m/ P( A  L! r' J
主机和从机之间的数据交换和控制全部在单总线上完成,要想保证数据的完整性,单总线器件必须按照严格的协议来和主机进行通信,要求:除应答信号外,其它信号都由主机发出,并且发出的数据或者命令字节的低位在前,高位在后;主机和从机的数据传输通过时隙(其实也就是时序)来完成,完成1bit传输的时间叫做一个时隙,一个字节8bi就需要8个时隙,这里分为写时隙和读时隙,写时隙是主机把数据传送给从机,读时隙是从机把数据传给主机;写时隙和读时隙有有:写0时隙、写1时隙、读0时隙和读1时隙。, N. D5 s4 L" q  L+ z2 Q* n
(1)写时隙
; C& X% U! p! L当主机将数据线从高电平拉到低电平时,写时隙被启动,所有写时序至少需要60us,两次独立的写时隙之间至少需要1us的恢复时间(图中的tREC)。从图中可以看出:主机要产生一个写0时间隙,就必须把数据线拉低并保持60 us;主机要产生一个写1时间隙,就必须把数据线拉低,在写时间隙开始后的15 us内允许数据线拉高。当数据线拉低后,在15 ~ 60 us的时间窗口内对数据线进行采样:如果数据线为低电平,就是写0,如果数据线为高电平,就是写1。
0 E$ f! y3 y' q( `% M3 Z6 a6 k# g: u& ^$ z, H8 X$ g
f4061a6dd16347af8594a7f85b05fe1c.png 5 R$ ^4 \: i. B) A6 O

9 U$ z  v. O4 O/ [5 w: Y1 p) R图26.1.4.2 写时隙# C+ z9 k- T( N: W8 |% d4 Z
(2)读时隙
. h# o' {# N' U- {: V5 H当主机将数据线从逻辑高电平拉到逻辑低电平时,启动读取时隙。当主机把总线拉低时,数据线必须保持在低逻辑电平至少1µ后释放,必须在15 us内读取数据。所有读取时隙的持续时间必须至少为60µs。两次独立的读时隙之间至少需要1us的恢复时间(图中的tREC):( s1 K6 C0 b2 O$ K& X4 {. Q
# j8 V5 l7 _6 v
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! ]# w2 g5 ^# e( N$ w+ [& {
图26.1.4.3 读时隙0 L0 H; M6 h; `8 O

; q% {  g4 k0 V$ z26.2 硬件设计# Q' s) w0 ?% J4 }. c/ D( Z- Q5 `2 x  q
1.例程功能  p) `2 g6 m9 j$ Q3 S4 S) `6 d
把DS18B20传感器插在预留的接口上,采用DS18B20默认的12位分辨率测试当前的环境温度,并将温度通过串口打印出来。实验中通过观察LED0闪烁提示程序在运行。预留的接口在开发板底板的位置如下:8 H6 l) U, R8 j4 e4 ?( W% X5 I

9 R' l, j  |7 T% R0 x6 i 580306f7287d49f18927506daa1cb573.png
: G5 M) f$ a3 R8 G- z. o3 A! b! y. J  J1 T
图26.2.1 开发板硬件示意图
& F$ O; _! }7 b将DS18B20插到开发板的预留接口的时候,位置一定要插对,不能将DS18B20的GND插在VCC上,否则会烧坏DS18B20甚至开发板,使用过程中不要用手触摸DS18B20露出来的金属部分。如下图,正面对着DS18B20平面的那一侧,管脚向下,从左到右依次为GND、DQ、VDD,上图中的开发板预留接口的4个引脚从左到右依次为VCC、DQ、GND、GND,所以DS18B20这样插入开发板:" [2 q& K* C: Z2 p0 w8 j

  ]9 {. R! T6 W7 u7 m dc0c5803228f475f9321da090b84432a.png . S- _6 p1 F9 t) J
, F9 U6 o! W' \3 T: E  z2 H
图26.2.2硬件连接示意图
% {' R! k9 t! d7 c4 U2. 硬件资源
) W" k( y" v1 T0 U  x* w8 R, |' m( D" Y
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! a8 T" k, s0 {! N( T
表26.2.1硬件资源* N# H0 q  N5 I6 L5 e
3. 原理图. ~- d: i; J5 y+ G0 D8 W  S  D
如下图,DS18B20接在PF2上,我们通过该IO口模拟单总线的时序来控制DS18B20:2 `6 ?* o2 v" X  Q5 |

5 d* F% Q% q  [, I0 @2 z 85aa6dde4b33482ab44e214323ca54ad.png / d& r! u7 X- h; L% n
9 ~9 P0 Y$ d2 G# p
图26.2.3原理图部分2 A0 }$ K2 s2 k) N, A, q/ T
: Y% H1 V* ]! ~
26.3 软件设计
3 x+ l* z( ?" w  y本实验配置好的实验工程已经放到了开发板光盘中,路径为:开发板光盘A-基础资料\1、程序源码\11、M4 CubeIDE裸机驱动例程\CubeIDE_project\ 19 DS18B20。7 x  C, l$ A% s! W
26.3.1 新建和配置工程$ M7 k/ Q! U4 h8 {
新建工程DS18B20,然后配置LED0和UART4,再配置PF2为开漏输出、上拉、高速模式:
5 F$ e# q# @& X6 o+ ]4 r+ p8 {4 ]/ V0 L0 m$ |6 F
28cd058ab7e94edab05833ada1c4978c.png ' |0 Q7 {$ H. o
# n, c$ s% Z+ r: }1 s! d. }
图26.3.1.1 配置GPIO$ G% @$ X6 v# Q; b# j) ~
本节实验会用到微秒延时函数,需要将第二十三章实验的delay.h和delay.c文件。将上一章节实验的BSP文件夹拷贝到M4工程的Core/Src下,然后在BSP文件夹下新建ds18b20.c文件,在BSP/Include下新建ds18b20.h文件,最后的部分工程如下:
; c3 t9 W. R- F9 w! }  n9 {
. X8 q4 X% \4 T d56d61307ccf4769ad2fc16ba23a9326.png 8 }- Q: x9 y8 ?, v
* m# s. `  [! }) h( I2 E
图26.3.2 工程部分目录
$ K* ~6 }5 n, \: a
9 l- R& k$ h" i6 |; {1 h% F26.3.2 添加用户代码6 Z( e' u  C0 |. C' ]5 K/ ]
关于LED0和UART4相关的代码请参考前面实验章节部分,下面我们直接添加DS18B20相关的代码。DS18B20驱动代码在ds18b20.c和ds18b20.h文件中,下面我们开始添加用户代码:
# b% |4 W7 e: H0 V" m1.ds18b20.h文件代码
# p: e. B! j$ G0 J; b6 S$ E& v! Bds18b20.h的文件代码如下,主要是引脚的定义、IO操作函数定义和函数的声明:
8 H* `/ N) ^) i4 _( G; m
  1. #ifndef __DS18B20_H) t- a& `4 z& c4 Z% P. U% p
  2. #define __DS18B20_H
    ( U$ a6 }: t% A+ i- {' D
  3. #include"gpio.h"" r6 |2 j& Q% }
  4. /* DS18B20引脚 定义 */6 q1 F& r( m' F. v) C# O
  5. #define DS18B20_DQ_GPIO_PORT      GPIOF
    4 l  m1 J; ~: e3 y# q5 J/ I; z  e5 p
  6. #define DS18B20_DQ_GPIO_PIN       GPIO_PIN_2
    # D5 T' M+ o* Z; V$ S, t1 b
  7. /* PF口时钟使能 */
    * N1 Z$ _  {: {  m) c
  8. #define DS18B20_DQ_GPIO_CLK_ENABLE()  do{ __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE(); }while(0)   
    5 D5 o; `6 C( t( C4 A% j
  9. /* IO操作函数 */" N* S9 w8 z8 P3 n. K
  10. #define DS18B20_DQ_OUT(x)   do{ x ? \         
    6 _; H3 O" |$ ?% d3 W
  11. HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, DS18B20_DQ_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET):\
    8 E; }) _0 I1 `* ^4 ?) W7 L  p
  12. HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, DS18B20_DQ_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);\
    $ g. c1 i6 `4 u8 d) q2 U5 \
  13.                                                         }while(0)        /* 数据端口输出 */$ ?$ Q* o# }, q$ @$ E* ]
  14. /* 数据端口输入 */( U7 z; S& p8 d+ [/ L* A/ g* n
  15. #define DS18B20_DQ_IN  HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, DS18B20_DQ_GPIO_PIN)     
    1 l9 a; o& g2 H2 Z+ H% _

  16. 8 D9 V0 B8 `- c& G6 E1 t1 N
  17. uint8_t ds18b20_init(void);                                 /* 初始化DS18B20 */5 Z, x5 [1 w/ B0 c/ ~2 C' s
  18. uint8_t ds18b20_check(void);                                /* 检测是否存在DS18B20 */
    0 i& ^4 R5 E- B
  19. short ds18b20_get_temperature(void);                /* 获取温度 */
    0 L4 n6 w: M% \0 {/ n2 V

  20. 0 i! d  x7 k6 o* o$ E. h. G3 o& \
  21. #endif
复制代码

. x, n* _- C  f8 \1 Z( r- `DS18B20_DQ_IN用于读取PF2引脚(总线)的电平,DS18B20_DQ_OUT通过参数X设置引脚PF2的电平,当X为0时,设置PF2输出0,当X为1时,设置PF2输出1。
, w. Q* P5 r: I/ }( Z" o/ }8 T0 t3 F; N6 I3 W. K
2.ds18b20.c文件代码: F4 {6 Y; C5 m) a$ U( n! F% ?
ds18b20.c文件代码中有几个函数,分别是:初始化DS18B20的IO口、复位DS18B20、等待DS18B20的回应、从DS18B20读取一个位、从DS18B20读取一个字节、写一个字节到DS18B20、开始温度转换以及从DS18B20得到温度值。我们分别进行讲解:
' i5 ?$ Z' M5 L+ E! t(1)复位DS18B208 K1 x2 L4 }2 v2 b# d
  1. /**8 v* P9 H2 r& V2 {+ c
  2. * @brief       复位DS18B202 u8 ^. ^% N7 D$ m
  3. * @param       data: 要写入的数据! s2 ^; z+ @8 Q) w4 t" F: {
  4. * @retval      无
    & r4 [+ G5 F# ?) J/ W: K9 S: v
  5. */
    + @& Q8 ^6 L) s: j" M" \# _, n
  6. static void ds18b20_reset(void); j6 S  p) D* H, d! W5 f
  7. {7 q1 J3 M$ p0 G. `' f$ E# [
  8.     DS18B20_DQ_OUT(0);          /* 主机拉低DQ,复位 */# x# ~& S4 S( a0 ^
  9.     delay_us(750);              /* 主机拉低750us */! ?2 _1 `: G# P- Y# i
  10.     DS18B20_DQ_OUT(1);          /* DQ=1, 主机释放复位 */
    4 W  w! g- ^0 f" M: b2 f' o
  11.     delay_us(15);               /* 延迟15US */
    ; y5 O' m6 ]1 a' @
  12. }
复制代码

9 K) p: u7 n; Y6 V9 |( \经过前面时序的分析,复位DS18B20函数很好理解,先将DQ拉低750us(在480us~960us时间内),然后再拉高DQ,即释放DQ,然后再延时15us等待DS18B20应答。% s2 p- z0 |: e: [1 k4 u7 k4 j* t" Z, b
5 l1 y( L8 I- q/ B( K8 D% ?
(2)等待DS18B20的回应1 H  i7 I: N% `! u" z* E

) p* a) P: E8 C& H% C+ x
  1. /**; l+ @! f* \. y
  2. * @brief       等待DS18B20的回应
    * A3 i& F( b: A, R1 O
  3. * @param       无! t: M9 d' Z5 L' |
  4. * @retval      0, DS18B20正常
    ) Q0 I9 Q& J: I+ t) c
  5. *              1, DS18B20异常/不存在
    : D- M8 A( y% m
  6. */
    / s& ?, u. x5 \  }; ~
  7. uint8_t ds18b20_check(void)
    0 d  ~6 \+ t0 d2 }. O: {0 p# a
  8. {" j7 Q# l2 ?7 A- {4 f# Y. @% y
  9.     uint8_t retry = 0;
    4 M3 F% E( W# h* p- I$ v6 N
  10.     uint8_t rval = 0;
    , l; l" q; m5 A; R/ y1 H
  11.     /* 读取DQ值,等待DQ变低, 等待200us */- E* f6 E4 y4 F
  12.     while (DS18B20_DQ_IN && retry < 200)
    2 \$ t8 I5 Q( z; y4 K" b' Y1 L7 i* R
  13.     {
    7 B, X! D7 A4 h* b, ~. s: G
  14.         retry++;! y/ q, q9 c; W
  15.         delay_us(1);
    5 a( N& m5 Y# H7 J* h
  16.     }
      O- B1 ]$ J' q. Q* J2 ?
  17.     /* 当等待时间大于200us时,DS18B20异常 */0 |! V' q$ w7 u
  18.     if (retry >= 200) 9 |8 S4 \1 S( D
  19.     {
    * t4 v! o: U: p) P: H+ L# d0 K
  20.         rval = 1;& n  u. C% u! z3 y+ e
  21.     }
    $ P; K! O- E' a; l! d+ M' D; _* b
  22.     /* 当等待时间小于200us时,DS18B20正常 */     ' B3 @  X7 H! \% K* o
  23.     else                                                                                                            
    ' d9 G% ?" a: O' Y0 a  w  b! ^2 q
  24.     {( s1 \/ l6 ?+ U8 c( _8 m
  25.         retry = 0;
    ; o& Z: B: B. E2 B
  26.         /* 等待DQ变高, 等待240us */4 E7 b( S3 R2 l/ B
  27.         while (!DS18B20_DQ_IN && retry < 240)   6 k0 V5 L2 X# j/ s5 j6 L; P
  28.         {: \0 [8 I' `' ^: c  z% M
  29.             retry++;
    * k5 e9 o* T, h
  30.             delay_us(1);
    8 H) Y( `* J6 N+ K7 O) C
  31.         }
    5 _/ O% q: F8 ~7 L  `& d' v) Q
  32.         /* 超过240us,则认为DS18B20异常 */( m  n% L; l4 S
  33.         if (retry >= 240) rval = 1;                        
    0 b0 m' ^* d$ I  Y1 @
  34.     }
    + X' N8 }  L8 x8 F7 B+ p
  35.     return rval;' Q9 {' p4 R% U7 w7 L8 ]! u6 u
  36. }
复制代码

% b& f: K( p& S! u" Q/ h5 t该函数的实现也是依据时序图进行逻辑判断,例如当主机发送了复位信号之后,按照时序图,DS18B20应拉低数据线60~240us,整个过程中主机接收最小时间为480us,所以我们就依据这两个硬性条件进行判断:首先需要设置一个时限等待DS18B20响应,时间为200us,DS18B20通过将总线拉低来应答;然后,将总线拉高,模拟DS18B20释放总线,并且延时240us,因为主机的整个接收过程至少为480us(200+240=480),当满足这两个条件后即判断DS18B20成功响应。
: b4 F5 m9 O/ J+ i(3)从DS18B20读取一个位2 J6 K: A4 h. b" [

0 @/ e4 ~7 K# B/ _9 T' B, L
  1. /**; G9 `0 J9 x3 N: _; i
  2. * @brief       从DS18B20读取一个位
    / c2 g8 j# U) f5 E
  3. * @param       无5 H/ U- d' o1 v; s; @
  4. * @retval      读取到的位值: 0 / 1' Q2 u1 Q4 f9 T  Y$ M* i/ d. [; i
  5. */
    / {( t: v# q7 J6 a7 D: K
  6. static uint8_t ds18b20_read_bit(void)
    % N3 b$ E9 r2 b, \9 X% D4 a
  7. {
    % T8 E  @1 m6 f% B+ h: ~5 }: G$ o
  8.     uint8_t data = 0;           /* 读到的值默认为0 */( v) k1 r/ _! J/ {3 E7 }! u: J- K! ?
  9.     DS18B20_DQ_OUT(0);          /* 主机将总线DQ拉低 *// H6 S# l8 ~' Z
  10.     delay_us(2);                /* 延时2us */
    $ R8 P' i( p: M3 {! _
  11.     DS18B20_DQ_OUT(1);          /* 主机将总线DQ拉高,释放总线 */
    4 \- ^8 y7 k: z2 Q; r* J* z
  12.     delay_us(12);               /* 延时12us,等主机读取 */6 M; K6 x4 k$ R% n- u

  13. 5 J: g5 a! n0 {2 v6 c- D; N
  14.     if (DS18B20_DQ_IN)          /* 读到的值为1 */5 o7 h% r6 O. C) v
  15.     {1 ]4 i! {% _! L& ?% K" [
  16.         data = 1;- d& _& ~. q, q! ^5 c. T* v
  17.     }; F$ H8 l# f% F+ o4 r
  18.     delay_us(50);        /* 延时50us,因为整个读的时间至少为60us */
    0 W: G2 m1 U) c$ I
  19.     return data;
    . I4 `% f+ I% N: k
  20. }
复制代码

* L* f5 o1 L4 p从DS18B20读一个字节比较简单,按照时序图进行,主机将总线拉低2us后再释放总线,然后延时12us,因为主机要在15us内读取,这里就设置为12us,然后在总线拉高的状态再延时50us,因为主机读取的过程至少要60us(2+12+50>60),所以这里设置50us。' L9 ?. z" y8 ]9 h$ f. U1 d

" w/ d4 C7 K. z9 A7 @1 o, k( Z(4)从DS18B20读取一个字节7 \4 ^7 I3 k8 B  A7 E. j  Z4 j
从DS18B20读取一个字节比较简单,每次读一位,分别读取8次即可:
+ y' u- |+ [6 ^# E1 @3 d8 f: |1 d6 t* \+ m1 }
  1. /**
    % F# r* D3 L( \- C6 F
  2. * @brief       从DS18B20读取一个字节$ V( \+ ]! E1 Z  y9 H0 s, s' E
  3. * @param       无
    ; G; W# x) X+ H6 W, z
  4. * @retval      读到的数据$ N( @% f9 o8 ~) {1 ?
  5. */; V1 [* v+ C" T7 R) Q) J$ f& I
  6. static uint8_t ds18b20_read_byte(void)) t3 K5 _0 g4 Q5 B4 v- D
  7. {9 \  m& o! e" P2 P; i
  8.     uint8_t i, b, data = 0;
    ) }  ^6 [5 [  w
  9.     for (i = 0; i < 8; i++)             /* 一个字节8位,分8次 */! `8 y2 b! V/ B8 o" J7 K
  10.     {: s3 M  q8 K$ R
  11.         b = ds18b20_read_bit();         /* DS18B20先输出低位数据 ,高位数据后输出 */    , [. V$ Y7 h) X( [. E
  12.         data |= b << i;                 /* 填充data的每一位 */
    ! M! q% g/ y, O
  13.     }) J( ]8 W3 ]$ r: o
  14.     return data;0 k, O- i$ w$ R7 ?+ [. H
  15. }
复制代码

7 T0 B+ v6 ^" N8 C(5)写一个字节到DS18B20/ w- P' O( T& J# a
根据读写时序,编写如下的程序:
$ O$ [9 j6 m& A( o: Q1 |/ S) l) I  u* R- Q
  1. /**
    " F0 I4 K* r  T$ }6 [, x  ~# I: u
  2. * @brief       写一个字节到DS18B20+ Y/ x" G( {$ \1 i& Y: i
  3. * @param       data: 要写入的字节
    ' [# y' D; G$ W5 B
  4. * @retval      无$ |0 T$ l4 u7 i: i% ^  [; }; Q
  5. */
    & P6 g" X4 p8 B% X
  6. static void ds18b20_write_byte(uint8_t data)
    $ p- X1 u0 T: B, p  t
  7. {8 l, p, h* x5 _$ W7 a+ G+ _6 A
  8.     uint8_t j;/ G  e# E( }+ c9 E8 k# g; U
  9.     for (j = 1; j <= 8; j++)
    1 t4 G/ Z+ K, c! r4 S
  10.     {
    ( O7 P- v$ g/ q) B. ^* w
  11.         /* 写 1 操作*/( k( G4 l& Y+ A; t. L
  12.         if (data & 0x01)
    4 T; N2 L9 _/ |6 s' y
  13.         {; \8 u6 M6 z% f9 o
  14.             DS18B20_DQ_OUT(0);  /* 主机拉低DQ */* [/ s1 R* n) @1 [$ j
  15.             delay_us(2);         /* 拉低2 us的时间 */
    8 u9 Z) V) ]- f1 S7 X
  16.             DS18B20_DQ_OUT(1);  /* DQ=1, 主机释放DQ */
    / M/ }& N( z6 Z5 F  J* h
  17.             delay_us(60);        /* 延时60us */
    ( w( k: b' V0 k5 a
  18.         }% P2 H( J3 U" A. h$ L
  19.         /*  写 0 操作*/- L( `/ _: K* f) z8 b
  20.         else1 N2 G; s9 S' K7 l
  21.         {
    ' \9 e5 {) T5 y% l
  22.             DS18B20_DQ_OUT(0);  /* 主机拉低DQ */+ ?+ W  T2 j/ e8 t/ W
  23.             delay_us(60);        /* 拉低60 us的时间 */
    3 t  o2 {# }( a6 z- `# @" x
  24.             DS18B20_DQ_OUT(1);  /* DQ=1, 主机释放DQ */( M0 H: a9 p7 j8 j& K% M; A4 i
  25.             delay_us(2);         /* 延时2 us */5 r, h7 @6 i- |" D
  26.         }
    , R) C* k  S4 s3 w3 Y
  27.         data >>= 1;              /* 右移,获取高一位数据 */
    # h6 U8 d% }% E3 x# G4 q, p
  28.     }
    0 d$ I4 ~( P  m
  29. }
复制代码
7 q7 u- w6 R5 [, h
(6)开始温度转换" s0 }0 V/ s6 n+ [. H
温度转换的过程是先复位DS18B20,等待DS18B20应答,主机收到应答后,在只有一个从机时,可跳过ROM直接执行RAM指令进行温度转换,代码如下:- E. A7 _; \- Y+ k/ J2 e# Z
* a5 S2 v% Z- |) N5 G4 O8 ~( I, d
  1. /**
    2 K8 a- ~$ ~1 a% ~
  2. * @brief       开始温度转换
    , a5 b: R0 L) M+ {  A/ D
  3. * @param       无
    3 i$ a+ I$ d2 Q' o5 w" ]4 m
  4. * @retval      无
    ; G" u' `1 F2 ?  t0 t
  5. */
    / n' S% r/ o; m8 ^5 o" |6 B
  6. static void ds18b20_start(void)7 R' k3 y: ~- N8 x( Q) R. l
  7. {
    4 p; ~0 M6 p8 }/ M
  8.     ds18b20_reset();            /* 复位DS18B20 */6 ~& B& ~3 I3 e
  9.     ds18b20_check();            /* 等待DS18B20的回应 */
    . f6 Y2 Z, [6 _5 e% i
  10.     ds18b20_write_byte(0xcc);   /*  跳过ROM */5 r9 ^" `1 K# N) X7 g
  11.     ds18b20_write_byte(0x44);   /*  开始温度转换 */
    3 {* a* i3 e0 ?/ E
  12. }
复制代码

+ e/ J8 Z) C$ {2 g, s# r(7)从DS18B20获取温度值6 A5 I# c" f( A+ v+ o4 ?" ?4 l
4 R1 i$ I. z7 p4 L
  1. 1   /**
    ' p  p8 O9 K4 [  Z1 u
  2. 2    * @brief       从DS18B20得到温度值(精度:0.1C)4 n# `* y; ]: \; M; R
  3. 3    * @param       无  e7 I0 @7 Y3 c" k5 }
  4. 4    * @retval      温度值 (-550~1250)
    6 L- K. p1 d. T) }/ E/ q
  5. 5    *   @note      返回的温度值放大了10倍.
    # u" i( J; j) s7 G
  6. 6    *              实际使用的时候,要除以10才是实际温度.
    - x, b% n3 l9 p  Z5 y8 p( {% Z
  7. 7    */
    1 x6 ]& z% l# i) l/ u% [' ~
  8. 8   short ds18b20_get_temperature(void)
    ; f/ S, ^. @2 `  y3 h
  9. 9   {- ]8 K$ l/ ^# z* O, q
  10. 10      uint8_t flag = 1;                   /* 默认温度为正数 */4 t. x$ k1 m1 f' s4 W* y# v% }3 ?0 ~
  11. 11      uint8_t TL, TH;
    ' H) j; S& ?: q) S8 H% k3 H
  12. 12      short temp;
    ( Q4 g5 a2 z& s
  13. 13      
    ' Q" ~! B6 S6 D, r2 C
  14. 14      ds18b20_start();                    /*  开始温度转换 */
    8 O+ k; B7 z+ T" {
  15. 15      ds18b20_reset();                    /* 复位DS18B20 */* K6 S, k9 P( z$ c7 q2 T, w
  16. 16      ds18b20_check();                    /* 等待DS18B20应答 */- \# B5 A; C$ |. @: R* H, x9 x! g
  17. 17      ds18b20_write_byte(0xcc);   /*  跳过ROM */
    , J  h* j" n+ M  s
  18. 18      ds18b20_write_byte(0xbe);   /*  读缓存器 */
    % I6 k. `$ v# ^* H5 M7 G8 o
  19. 19      TL = ds18b20_read_byte();   /*  获取温度低位值 LSB */
    1 R; c/ ?9 G: O
  20. 20      TH = ds18b20_read_byte();   /*  获取温度高位值 MSB */
    $ P) ^3 N/ z6 L0 [% B2 C
  21. 21          . W3 D) p  v! v  k5 ^
  22. 22      if (TH > 7)                         /* 判断温度正负 */
    + h, q# M' N9 X  \* m
  23. 23      {3 O# b3 `: [$ ?1 Q4 h
  24. 24          TH = ~TH;
    * ?9 A$ x* y. l1 A4 ?$ M
  25. 25          TL = ~TL;
    - X3 [% ^, a& y$ v$ z9 W
  26. 26          TL+=1;
    ( x7 P6 Y/ W5 I& a. ]& c
  27. 27          flag = 0;                       /* 温度为负 */
    3 ^/ d( z5 j/ v. e0 O! ]: o$ r
  28. 28      }) s2 {# f- K$ k$ \) v
  29. 29      " C; t$ u, G2 a7 C( s
  30. 30      temp = TH;                          /* 获得高八位 */
    ; U) \. H- h; l  [0 A
  31. 31      temp <<= 8;
    ( M  _9 f3 e6 j& \& G0 H! T
  32. 32      temp += TL;                         /* 获得底八位 */1 U% a# |, M0 |# P) T. c+ B" _
  33. 33      temp =(double)temp * 0.625; /* 转换 */
    # R" H4 o: M# C8 A3 p8 D
  34. 34
    ) _0 O7 @# S# u2 L  x& K
  35. 35      if (flag == 0)                      /* 如果温度为负数 */
    + a4 L0 t( Z4 \$ @4 ?
  36. 36      {- J. {' w5 ?, r& B( [9 D3 u
  37. 37          temp = -temp;                   /* 将温度转换成负温度 */
    $ b  y1 n2 Z# y0 k
  38. 38      }
    * w% \- s5 \7 {
  39. 39      " ]. k* |/ F( ?: A
  40. 40      return temp;
    0 _6 ]$ }9 W: F" \/ ]& [+ K
  41. 41  }
    4 U& O: u/ v5 Q1 S) A8 u
复制代码
- d8 O6 }9 t, b& r0 H6 h5 E! P' T
第10行,设置标志位flag,如果flag为1,表示温度为整数,如果flag为0,表示温度为负数(即零下温度);+ u# Q& h8 m* F& x. [9 [
第14~18行,温度转换的步骤是:先开始温度转换,此时EEROM里得到最新的温度值,且值从EEROM传输给RAM,然后复位DS18B20并等待应答,因为只有一个DS18B20,所以可以直接跳过ROM,直接向DS1820发送读取温度命令去读取温度值,这些值是从RAM中得到的。- x! [9 Y( i& ~/ Z1 @0 b  \: O0 k
第19~20行,读取到的温度值,高8位保存在MSB中,低8位保存在LSB中。
# V* U( D3 I- u第22~28行,判断温度值是正数还是负数,第32.1.3小节有介绍过,如果高5位是0,温度为正值;如果高5位为1,温度为负值;所以当为负数时,高5位的值至少大于7(二进制是0000 011)。" }& A" s1 _, I
第30~33行,分别获取高8位和低8位的值,两个值组合得到用于计算温度的值。在前面第32.1.3小节我们有讲解温度的计算方法:默认采用12位分辨率时,如果测试的温度大于0,这5位为0,这16位测试得到的值乘以0.0625就是温度值;如果温度小于0,这5位为1,这16位测试得到的值先取反再加1,最后再乘以0.0625就得到温度值。9 x: K/ l9 v: Y, x; k
第35~38行,如果温度值是负数,将温度转换成负值。$ U2 V$ o6 ?+ y2 \

2 K$ e7 m7 a; A* ?3 p" ?(8)初始化DS18B20的IO口- i; ~( m+ [" e. a
最后不要忘了要初始化总线,即DS18B20的IO口(PF2),初始化过程:开启PF2时钟、配置IO口为开漏输出、上拉、高速模式:
$ B( p# {% C  Y* B- u: Y6 v" e& a
  1. /**
    2 O/ B2 t3 K: Y: \/ n( e& E
  2. * @brief       初始化DS18B20的IO口 DQ 同时检测DS18B20的存在& e- I1 O- u  X- v7 z
  3. * @param       无7 G6 S3 b/ {. E) T
  4. * @retval      0, 正常
    . W5 T2 k( ~- s4 ]( @+ ]; c$ f7 A
  5. *              1, 不存在/不正常
    * R  u$ }, @3 h9 m
  6. */1 y4 ~- T0 C* T- ]& I
  7. uint8_t ds18b20_init(void)
    0 Y5 b! \" b5 f0 A! ^2 C2 g: k
  8. {/ q- d' n6 g3 F& v6 P+ D2 a
  9.     GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
      l) X  X- O6 L' @
  10. , |2 x+ j1 Z# X: H" ~8 c4 o2 T
  11.     DS18B20_DQ_GPIO_CLK_ENABLE();                                   /* 开启DQ引脚时钟 */
    % b5 W" ^. m, J8 a, \
  12. 2 X& O  U. G, {0 i4 `
  13.     gpio_init_struct.Pin = DS18B20_DQ_GPIO_PIN;4 v' Z$ S. j, c' v# ?
  14.     gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;                    /* 开漏输出 */6 t! y0 H( }9 F7 m
  15.     gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                            /* 上拉 */  g5 {! S) T  E; U. o, O
  16. gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;     /* 高速 */5 I( W% i( s! U/ e/ a" }& k3 ]9 `
  17. /* 初始化DS18B20_DQ引脚 */% `9 c/ E0 G7 ^- l$ x1 V' s6 o
  18.     HAL_GPIO_Init(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); + j1 m+ `) r' B5 U( s! e
  19.     /* DS18B20_DQ引脚模式设置,开漏输出,上拉, 这样就不用再设置IO方向了, 开漏输出的时候(=1),         也可以读取外部信号的高低电平 */) \1 ~. C0 g" T+ r, s

  20. / P6 P5 e' Q! [  B
  21.     ds18b20_reset();                /* 复位DS18B20 */( K/ V7 q# ?( T/ [3 Q
  22.     return ds18b20_check(); /* 返回DS18B20应答结果,这里可以判断DS18B20是否存在 */
    5 z* t- t! G% d6 V; X" {2 K* W( `
  23. }
复制代码

9 T0 ]( u# V: g! L, @  O8 e最后两行代码,先复位DS18B20后再等待其应答,主要是判断DS18B20是否存在,存在的话,我们才可以进行后续的读写操作。
- e/ z- m$ C4 J8 y, S2 R& t- F
) U! M, y, X! \9 k' }: K3.main.c文件代码
8 n7 D5 y8 c0 n: l2 Qmain.c文件部分代码如下,我们在标红的字体之间手动添加代码:
6 ]& K2 s; T3 g4 j6 s
  1. 1   #include "main.h"
    : s) N+ E8 ]4 h. B+ a
  2. 2   #include "usart.h"
    1 I8 ~( E; `" v- h) c; x; ?: x' L
  3. 3   #include "gpio.h"+ q( x$ K' z% G4 }7 j+ y0 w
  4. 4   /* USER CODE BEGIN Includes */
    - q5 R/ I# o5 K
  5. 5   #include "./BSP/Include/led.h"
    / Q9 n: E: k4 c! c# i' ~1 u' n, G
  6. 6   #include "./BSP/Include/delay.h"
      Q3 Q; J' H$ e7 e& ^
  7. 7   #include "./BSP/Include/ds18b20.h"( d! b0 B: S0 ]6 n- \6 U% f
  8. 8   /* USER CODE END Includes */" l3 p) `4 Z+ z
  9. 9
    , P6 M$ u$ A5 z( Z! p
  10. 10  void SystemClock_Config(void);
    . y3 C  l1 `) p# ^5 M
  11. 11
    , I: A0 x. J" s
  12. 12  int main(void)0 ?$ v$ T( y9 K' B/ V
  13. 13  {  g; L4 q3 |3 {/ k9 J9 f. `6 `
  14. 14    HAL_Init();                               /* 初始化HAL库 */
    4 [) H) _! Z. N
  15. 15    if(IS_ENGINEERING_BOOT_MODE())
    7 L0 |* {( b, N3 V
  16. 16    {
    . {- X; N  ?, {( y4 f$ h5 U2 y
  17. 17      SystemClock_Config();            /* 系统时钟初始化 */ 8 }. i& v' i$ Q2 I, _, E5 g
  18. 18    }
    ( p: d2 f, t) j( b! E/ ^- d1 [
  19. 19    MX_GPIO_Init();                     /* GPIO初始化 */
    $ C0 Q7 H2 g8 z1 \
  20. 20    MX_UART4_Init();                    /* UART4初始化 */
    - x- v( U1 F& i( o. b
  21. 21    /* USER CODE BEGIN 2 */. G: m" |& \- b
  22. 22    HAL_UART_Receive_IT(&huart4,&RxBuffer,1); /* 以中断方式接收函数 */
    ( Y, K9 ?9 P( u4 T8 X. r
  23. 23    led_init();                                     /* 初始化LED  */
    , \0 u7 C  e9 H/ a4 `: _3 n
  24. 24    delay_init(209);                               /* 延时初始化延时函数 */
    , S8 j) \* c$ J+ D$ ^
  25. 25    uint8_t t = 0;
    / q& g& ]. b" B: H% R% Y* W( w
  26. 26    short temperature;, [5 N, }) C! i4 i- q) K3 D
  27. 27    /* USER CODE END 2 */* ?8 E$ f) G* l% m! D
  28. 28    while (1)6 k* h  L: ?& n  c% ^
  29. 29    {
    $ K, Q! l, E' ~1 f3 z
  30. 30      /* USER CODE BEGIN 3 */
    ) N0 h9 Z' u, l! s" T9 Y3 x
  31. 31        while (ds18b20_init())                     /* DS18B20初始化 */; J. Z" T# l: W* }; b
  32. 32        {
    2 A* ~9 q& z5 g2 `& v9 {* x- @& G
  33. 33          printf("DS18B20 Error!\r\n");
    / k# A' t, [5 Z& c- U- x! @5 E
  34. 34          delay_ms(1000);+ e) B" Q/ K. d1 D
  35. 35        }. e/ B& r+ `; N$ }& o
  36. 36        while (1)( D# v' r' j+ @! x0 [5 @
  37. 37         {
    3 n! l1 ~: _7 W) ^
  38. 38          t++;( f( t# E8 y% F8 Z  `
  39. 39          if (t == 20)* K- U- C5 A4 T: H; r
  40. 40          {' r* h1 ~& F. y1 D
  41. 41              t = 0;' R4 J9 R' I% m, H0 A
  42. 42              temperature = ds18b20_get_temperature(); /* 获取温度值*/" U/ L6 R/ \3 C- ^) w; H
  43. 43              /* 计算温度值,注意最后要除以10(因前面程序乘以0.625)*/! f, u! [1 D1 F/ t/ }
  44. 44              printf("DS18B20 Temp=%.1f\r\n", temperature / 10.0f);   : ^- T# O7 r  l8 E4 ?
  45. 45              LED0_TOGGLE();                                 /* LED0闪烁 */9 r, [- |# c( E/ W& g
  46. 46          }
    0 }2 h5 t  O! D0 y* ]3 T
  47. 47              delay_ms(10);                                  /* 延时10ms */  T" i6 L" L  L$ ~
  48. 48        }
    # e! R9 c4 }2 ^+ Q+ a/ }
  49. 49    }
    : [/ M% Q8 `- S& n7 I9 Y; K5 f4 @
  50. 50    /* USER CODE END 3 */* S) @# L* H7 d" q- L# l) {  d
  51. 51  }
复制代码

. U% p8 b: \6 Y9 X) ~+ N第31~35行,初始化DS18B20;
' ]  c* x& H& m5 D第42行,获取温度值;
& o' A9 h$ q6 {5 x" J第44行,打印温度值,注意要再除以10才得到真正的温度值。
# b2 T/ ~$ t. H
1 J8 j( T  N9 s& }/ Y3 u26.4 编译和测试4 C! r" b- d) B% U
开发板上电,进入仿真运行后结果如下,可以看到一开始打印85.0,这是因为上电后,复位寄存器值默认为85℃。然后,串口打印此时测试的环境温度,且LED0在闪烁。
9 Q* i3 r, c9 I  {# j( X$ v- X: X$ `5 @5 d6 S
5cae19e27d2e4cb99752433502db9f9e.png
& g9 ^+ J  ], h$ ^# R* a
" X2 z! E7 e1 G6 K* V; h图26.4.1 运行结果
  G. c6 Q3 [  J/ ^1 K# `————————————————8 c/ Z3 ^5 H% v+ m, b9 J
版权声明:正点原子
; x0 @+ P9 w3 G5 R# u! j
* R8 Y: d2 \/ O% ~! j3 a8 o+ m6 q0 F( c$ u
7 v8 N7 g. p: R4 A

- D! d- F  C: u1 @, e) l& `9 S
收藏 评论0 发布时间:2022-9-28 14:04

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