DS18B20数字温度传感器实验
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。

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
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。
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：
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；
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；
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；
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；
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 [
2 B3 N7 ^5 v2 _7 W9 B, k
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
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：
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；
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。



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
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：
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；
④、工作在3~5.5V的电压范围，适用电压宽；
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；
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
' 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

9 N" G; t6 s6 u+ g( b$ s( o* V' `/ s

# C0 x4 |  i8 v1 H0 \* \0 [* T图26.1.3.1 DS18B20的封装和引脚排列
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：



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：
（1）64位的ROM
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。
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。

. x! G  ?" G# r5 W

$ {, m" S& m: V3 a- J  L' c图26.1.3.3 64位序列号
（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 ^

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。
例如，+125℃的数值为0X07D0H，计算方法：
0X07D0H二进制00000 0111 1101 0000十进制2000温度=0.06252000=125℃。
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

$ s+ S2 q, ^" }
; K, l/ A7 O$ B( `6 j  X表26.1.3.2 DS18B20温度数据表
（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。
（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。
（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。

9 j; W+ C7 s% Z! c
% ~2 {' _, n* r8 L' d% r
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! [


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
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 @
7 \7 Q& D. v2 X3 ^8 q0 B' l& I
! V1 V$ ^: i( u1 B; Q, b8 j
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。
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
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
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 ]


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。
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）。



% w$ b$ _" |& V" `- e. U表26.1.4.1 操作ROM指令
3. RAM指令
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。
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）
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
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”


. C" P& E- y# x& n
. B6 R" j3 V( Q. r& ]表26.1.4.2 操作RAM指令
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。
（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 a


9 U$ z  v. O4 O/ [5 w: Y1 p) R图26.1.4.2 写时隙
（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）:



图26.1.4.3 读时隙

; q% {  g4 k0 V$ z26.2 硬件设计
1.例程功能
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：

9 R' l, j  |7 T% R0 x6 i
: G5 M) f$ a3 R8 G- z
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：

  ]9 {. R! T6 W7 u7 m

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


表26.2.1硬件资源
3. 原理图
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：

5 d* F% Q% q  [, I0 @2 z

图26.2.3原理图部分

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。
26.3.1 新建和配置工程
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+ ]


图26.3.1.1 配置GPIO
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

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
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
   
2. #define __DS18B20_H
   ( U$ a6 }: t% A+ i- {' D
3. #include"gpio.h"
   
4. /* DS18B20引脚 定义 */
   
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 */
   
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 */
    
14. /* 数据端口输入 */
    
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 */
    
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
2.ds18b20.c文件代码
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DS18B20

1. /**
   
2. * @brief       复位DS18B20
   
3. * @param       data: 要写入的数据
   
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)
   
7. {
   
8.     DS18B20_DQ_OUT(0);          /* 主机拉低DQ,复位 */
   
9.     delay_us(750);              /* 主机拉低750us */
   
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。

（2）等待DS18B20的回应

) p* a) P: E8 C& H% C+ x

1. /**
   
2. * @brief       等待DS18B20的回应
   * A3 i& F( b: A, R1 O
3. * @param       无
   
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. {
   
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 */
    
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++;
    
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 */
    
18.     if (retry >= 200)
    
19.     {
    * t4 v! o: U: p) P: H+ L# d0 K
20.         rval = 1;
    
21.     }
    $ P; K! O- E' a; l! d+ M' D; _* b
22.     /* 当等待时间小于200us时，DS18B20正常 */     
    
23.     else                                                                                                            
    ' d9 G% ?" a: O' Y0 a  w  b! ^2 q
24.     {
    
25.         retry = 0;
    ; o& Z: B: B. E2 B
26.         /* 等待DQ变高, 等待240us */
    
27.         while (!DS18B20_DQ_IN && retry < 240)   
    
28.         {
    
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 */
    
33.         if (retry >= 240) rval = 1;                        
    0 b0 m' ^* d$ I  Y1 @
34.     }
    + X' N8 }  L8 x8 F7 B+ p
35.     return rval;
    
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

0 @/ e4 ~7 K# B/ _9 T' B, L

1. /**
   
2. * @brief       从DS18B20读取一个位
   / c2 g8 j# U) f5 E
3. * @param       无
   
4. * @retval      读取到的位值: 0 / 1
   
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 */
   
9.     DS18B20_DQ_OUT(0);          /* 主机将总线DQ拉低 */
   
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 */
    
13. 
    5 J: g5 a! n0 {2 v6 c- D; N
14.     if (DS18B20_DQ_IN)          /* 读到的值为1 */
    
15.     {
    
16.         data = 1;
    
17.     }
    
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。

" w/ d4 C7 K. z9 A7 @1 o, k( Z（4）从DS18B20读取一个字节
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 @

1. /**
   % F# r* D3 L( \- C6 F
2. * @brief       从DS18B20读取一个字节
   
3. * @param       无
   ; G; W# x) X+ H6 W, z
4. * @retval      读到的数据
   
5. */
   
6. static uint8_t ds18b20_read_byte(void)
   
7. {
   
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 */
   
10.     {
    
11.         b = ds18b20_read_bit();         /* DS18B20先输出低位数据 ,高位数据后输出 */   
    
12.         data |= b << i;                 /* 填充data的每一位 */
    ! M! q% g/ y, O
13.     }
    
14.     return data;
    
15. }

复制代码

7 T0 B+ v6 ^" N8 C（5）写一个字节到DS18B20
根据读写时序，编写如下的程序：
$ O$ [9 j6 m& A( o: Q1 |

1. /**
   " F0 I4 K* r  T$ }6 [, x  ~# I: u
2. * @brief       写一个字节到DS18B20
   
3. * @param       data: 要写入的字节
   ' [# y' D; G$ W5 B
4. * @retval      无
   
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.     uint8_t j;
   
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*/
    
12.         if (data & 0x01)
    4 T; N2 L9 _/ |6 s' y
13.         {
    
14.             DS18B20_DQ_OUT(0);  /* 主机拉低DQ */
    
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.         }
    
19.         /*  写 0 操作*/
    
20.         else
    
21.         {
    ' \9 e5 {) T5 y% l
22.             DS18B20_DQ_OUT(0);  /* 主机拉低DQ */
    
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 */
    
25.             delay_us(2);         /* 延时2 us */
    
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

（6）开始温度转换
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：

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. {
   4 p; ~0 M6 p8 }/ M
8.     ds18b20_reset();            /* 复位DS18B20 */
   
9.     ds18b20_check();            /* 等待DS18B20的回应 */
   . f6 Y2 Z, [6 _5 e% i
10.     ds18b20_write_byte(0xcc);   /*  跳过ROM */
    
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

1. 1   /**
   ' p  p8 O9 K4 [  Z1 u
2. 2    * @brief       从DS18B20得到温度值(精度：0.1C)
   
3. 3    * @param       无
   
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   {
   
10. 10      uint8_t flag = 1;                   /* 默认温度为正数 */
    
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 */
    
16. 16      ds18b20_check();                    /* 等待DS18B20应答 */
    
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         
    
22. 22      if (TH > 7)                         /* 判断温度正负 */
    + h, q# M' N9 X  \* m
23. 23      {
    
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      }
    
29. 29      
    
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 */
    
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      {
    
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      
    
40. 40      return temp;
    0 _6 ]$ }9 W: F" \/ ]& [+ K
41. 41  }
    4 U& O: u/ v5 Q1 S) A8 u

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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）；
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。
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）。
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。
第35~38行，如果温度值是负数，将温度转换成负值。

2 K$ e7 m7 a; A* ?3 p" ?（8）初始化DS18B20的IO口
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

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
   
3. * @param       无
   
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. */
   
7. uint8_t ds18b20_init(void)
   0 Y5 b! \" b5 f0 A! ^2 C2 g: k
8. {
   
9.     GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
     l) X  X- O6 L' @
10. 
    
11.     DS18B20_DQ_GPIO_CLK_ENABLE();                                   /* 开启DQ引脚时钟 */
    % b5 W" ^. m, J8 a, \
12. 
    
13.     gpio_init_struct.Pin = DS18B20_DQ_GPIO_PIN;
    
14.     gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;                    /* 开漏输出 */
    
15.     gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                            /* 上拉 */
    
16. gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;     /* 高速 */
    
17. /* 初始化DS18B20_DQ引脚 */
    
18.     HAL_GPIO_Init(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
    
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 */
    
20. 
    / P6 P5 e' Q! [  B
21.     ds18b20_reset();                /* 复位DS18B20 */
    
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"
   
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"
   
8. 8   /* USER CODE END Includes */
   
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)
    
13. 13  {
    
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 */
    
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 */
    
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;
    
27. 27    /* USER CODE END 2 */
    
28. 28    while (1)
    
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 */
    
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);
    
35. 35        }
    
36. 36        while (1)
    
37. 37         {
    3 n! l1 ~: _7 W) ^
38. 38          t++;
    
39. 39          if (t == 20)
    
40. 40          {
    
41. 41              t = 0;
    
42. 42              temperature = ds18b20_get_temperature(); /* 获取温度值*/
    
43. 43              /* 计算温度值，注意最后要除以10（因前面程序乘以0.625）*/
    
44. 44              printf("DS18B20 Temp=%.1f\r\n", temperature / 10.0f);   
    
45. 45              LED0_TOGGLE();                                 /* LED0闪烁 */
    
46. 46          }
    0 }2 h5 t  O! D0 y* ]3 T
47. 47              delay_ms(10);                                  /* 延时10ms */
    
48. 48        }
    # e! R9 c4 }2 ^+ Q+ a/ }
49. 49    }
    : [/ M% Q8 `- S& n7 I9 Y; K5 f4 @
50. 50    /* USER CODE END 3 */
    
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
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

& 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# `————————————————
版权声明：正点原子
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