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。

, d* M" ]% _4 p# ~* ^26.1 单总线和DS18B20简介
8 ?) X8 ]6 A# T8 y" r26.1.1 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：
6 ]3 R  o: O, V5 H  e2 L' I# \" Z①、只有一根线；
4 e) g3 `. a0 K) [②、传输速度一般是16.3Kbit/s，最大可达142Kbit/s；
/ s. j$ d1 c4 V# x- L③、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；
- f& T7 c9 u9 ?% @- i( U' ^5 o# x④、总线空闲时为高电平，数据传输是双向的；
& `7 }) v4 v) }! m⑤、总线是分时工作的，同一个时刻只能和一个从机进行通信；
' a, Z- {9 q4 [4 L1 f% [: E⑥、连接到单总线的每个器件必须具有漏极开路或三态输出；
9 g/ A3 S; f& z" H5 r⑦、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。
3 ]4 A' _3 _' @2 v' t
0 y7 U0 E# w5 l, w+ y
/ o4 I* y, g5 O; Y  i, m! O/ J
图26.1.1.1 单总线挂载多个设备
26.1.2 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。
8 y7 K! O  K0 Y4 E* q我们来看看主机和从机发送数据的过程：
- \/ h# m4 _% L- l# O①、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；
$ [! I) ~- I* E) `②、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；
③、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；
, D  F- l- C7 {0 }! i2 T9 W8 O④、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。


, k# M- N! z* J! r( @# P
图26.1.2.1 单总线的硬件接口示意图
0 M+ y, s* ?' ~0 K) J# q$ G, ~26.1.3 DS18B20简介
4 w3 j2 I2 Y4 z6 K$ E# P2 z0 C( F1.DS18B20简介
$ U% y" p4 Z5 m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：
0 F6 m+ g% }' u" t: Y1 j①、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；
* j" @- H: }! x②、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；
1 f" s% Z  l; Q5 g0 Q' ?- h8 B- ~③、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；
! L( v4 \1 ~3 O1 F⑤、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）；
: U) d% q/ W$ z' E2 C4 `⑥、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；
5 t5 g2 f4 G8 U. K! A/ q% I⑦、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；
" O: o& u* w3 U' p8 m⑧、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。
$ J( s- {2 ~7 [( U5 g% t如下图是不同封装的DS18B20，主要引脚有3个：
7 W! O. {% ?8 ?% g/ R7 A" J- T" c

表26.1.3.1 DS18B20引脚

$ Q  i* ^5 v2 s4 W# k3 @
+ _+ X% x$ d' @) \1 R  |
图26.1.3.1 DS18B20的封装和引脚排列
  u' y) K! L. z3 _" H, H2. DS18B20内部结构
如下是DS18B20的内部结构图：

0 r7 p, E# x5 d

& N" N3 X4 w3 v, _图26.1.3.2 DS18B20内部结构图
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
/ D% x/ D9 W* _( I5 vROM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。
# a: }$ Y! {. u, E" D9 a7 h5 zROM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。
! y' [/ T! n5 N! H

6 v) Q' \6 C, g3 e7 x" F; f
图26.1.3.3 64位序列号
（2）温度传感器
DS18B20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：
2 w$ F0 @* C& U; b4 z

) S2 x1 ^3 a3 H2 E
图26.1.3.4 DS18B20温度格式（12位）
9 I- G6 _  q, i" B- n5 e( Y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：
- ]5 v3 y# F7 _: R5 Z0X07D0H二进制00000 0111 1101 0000十进制2000温度=0.06252000=125℃。
' B+ u7 M$ G7 _9 i9 _! `例如，-55℃的数值为FC90H，计算方法是：
1 u" e. _/ L. O' @$ Q% hFC90H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℃。
9 Z& W/ B0 w7 F( F7 b' l
/ `$ ]; L. l. ?$ G6 S

: X4 y) [5 S4 ^2 n% W表26.1.3.2 DS18B20温度数据表
（1）上电复位寄存器值为+85℃
DS18B20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）
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
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。
( R0 G/ N7 |2 |) ]0 M" K


图26.1.3.5 配置寄存器
- k5 h) |( ^6 FR0和R1位的配置如下：


' V3 R8 q' ^: N' M7 k) y+ b) N' \2 \
表26.1.3.3 配置寄存器的R1和R0位
! K0 j) c4 k6 B% k+ D: p（5）DS18B20的内存映射
3 t6 _3 Y- R# `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。



: `* }5 b  C# n; p图26.1.3.6 DS18B20的内存映射
5 ^- D, |& \3 k  ~4 S4 e, X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。
- q; p' \. f4 u  g$ E$ {3 E# e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。

5 a+ r5 u# ?3 z2 A9 x/ r2 K# \. C! K26.1.4 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：
1.初始化
2 b# ^8 F9 r  v! ?  O) ?& b  ^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。
& |& t0 p: e0 j5 |/ e3 K9 C
) O+ F# p" e' T' T1 f/ G

图26.1.4.1初始化过程=复位脉冲+从机应答脉冲
6 F9 `0 e2 T0 |2. ROM指令
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：
指令 指令代码 说明
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。
7 ^4 a1 q4 l5 ?. t' _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。
- v# R6 x2 q7 @  x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。
7 {  |% D' \4 p; A$ o2 p' I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）。
# x9 R( |6 N6 [3 }6 L


" L8 [; m6 E4 O+ d& ^# M: q表26.1.4.1 操作ROM指令
) {& J/ p) \, Q3. RAM指令
; |' ?! y. u5 t' h; t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
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。
读缓存器 BEh 连续读内部RAM的9字节的内容。
0 U. ]; ]9 J% t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。
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”



8 b5 _! T) X7 t% b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
7 {7 y8 u; P/ p6 C( ^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。
. L. L7 e; K' D* C/ [$ l1 h
) {( ^3 H9 t% @$ N9 J9 X
! z0 l- M  v+ Y* w3 M% F
图26.1.4.2 写时隙
（2）读时隙
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）:


# v& c0 L0 ]& W- U. Z; {6 R% J" |& |
图26.1.4.3 读时隙

26.2 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：
# R8 c0 q9 Z( Y1 h7 U8 g( Y

, b, E) E  E. w6 j6 q+ S# n
2 J; D& _* m' d1 L" Q' G8 v图26.2.1 开发板硬件示意图
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：
" U; S' g7 E1 v5 Z! G% ?0 q2 r

5 X7 h' g! @* `+ T' K2 w4 |
图26.2.2硬件连接示意图
2. 硬件资源
. ^( `2 h# O5 Z/ \: \8 C4 T* t7 r
5 |0 N: J3 p- C  h9 \$ f

3 W5 S2 a+ J2 Q9 _* V6 y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：

  {9 p" G7 W3 _- ~8 r

: f, s* ~" n* }( X0 w; v! `图26.2.3原理图部分
, t5 }# b. u% j4 q
26.3 软件设计
2 y# Y" G6 t1 w8 m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
8 h2 @6 n5 a, A  u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：

0 @+ o9 N3 c" C8 F; a7 r
! B) H( D8 Y% d5 Z
- ~  H8 o8 \" a) e- U图26.3.1.1 配置GPIO
6 v2 L* @+ f; A6 D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：
/ i4 b5 `0 u" J8 q

$ Z8 U/ E' L, E) x
图26.3.2 工程部分目录
* q* _* L3 C, [. J/ Z
4 Q6 b3 p9 L* |( B" Y# [26.3.2 添加用户代码
0 i5 a, }5 h; q+ W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：
1.ds18b20.h文件代码
- u9 j2 C: M* Jds18b20.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：

1. #ifndef __DS18B20_H
   9 }0 o. \" f9 O" M+ S& P9 T
2. #define __DS18B20_H
   
3. #include"gpio.h"
   
4. /* DS18B20引脚 定义 */
   
5. #define DS18B20_DQ_GPIO_PORT      GPIOF
   % G, u1 ^/ M$ U* a6 A7 f% K! U
6. #define DS18B20_DQ_GPIO_PIN       GPIO_PIN_2
   
7. /* PF口时钟使能 */
   
8. #define DS18B20_DQ_GPIO_CLK_ENABLE()  do{ __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE(); }while(0)   
   
9. /* IO操作函数 */
   
10. #define DS18B20_DQ_OUT(x)   do{ x ? \         
    
11. HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, DS18B20_DQ_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET):\
    
12. HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, DS18B20_DQ_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);\
    
13.                                                         }while(0)        /* 数据端口输出 */
    * y1 j; X0 |$ C% A6 x
14. /* 数据端口输入 */
    
15. #define DS18B20_DQ_IN  HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, DS18B20_DQ_GPIO_PIN)     
    
16. 
    
17. uint8_t ds18b20_init(void);                                 /* 初始化DS18B20 */
    " T. X- L3 N! [. T7 X$ m' r
18. uint8_t ds18b20_check(void);                                /* 检测是否存在DS18B20 */
    
19. short ds18b20_get_temperature(void);                /* 获取温度 */
    
20. 
    " d( W) j' V5 N) v# C6 l( d/ m" p
21. #endif

复制代码

2 ^: e; L; V+ w# ~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。

0 z0 k8 l1 r0 k2.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：
（1）复位DS18B20
" m0 b# M/ k2 ^2 z% P& C

1. /**
   
2. * @brief       复位DS18B20
   3 u9 U: j  a: X4 L- w
3. * @param       data: 要写入的数据
   # C  l! \, ^2 n6 G; p0 O0 T# O
4. * @retval      无
   ! O1 X/ g9 E2 K/ p# w) N2 q, p: t
5. */
   9 v) @' K* h6 Z  v
6. static void ds18b20_reset(void)
   
7. {
   9 j# _3 H1 B5 \0 Q+ P2 x
8.     DS18B20_DQ_OUT(0);          /* 主机拉低DQ,复位 */
   2 I, M& W" a2 t' p
9.     delay_us(750);              /* 主机拉低750us */
   
10.     DS18B20_DQ_OUT(1);          /* DQ=1, 主机释放复位 */
    8 C) d( @' H7 I
11.     delay_us(15);               /* 延迟15US */
    + U5 F6 Q3 u8 c* B6 P  R7 ]5 v
12. }

复制代码

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。
& \% p$ u% P7 U2 x$ [+ \
（2）等待DS18B20的回应
2 Y. q6 m" B/ r  J; Z& X- e# t
9 k, L+ V2 I7 a2 n! M4 @

1. /**
   % }- `5 o6 b( k& S
2. * @brief       等待DS18B20的回应
   9 [/ r; j4 Y  g
3. * @param       无
   ' }# P, |7 w5 D2 h, \1 z3 }
4. * @retval      0, DS18B20正常
   8 M$ R6 N9 m# Y6 p* M
5. *              1, DS18B20异常/不存在
   , O$ M/ t' m  R/ \. }
6. */
   
7. uint8_t ds18b20_check(void)
   
8. {
   ; H" q$ |2 |0 \" q" M
9.     uint8_t retry = 0;
   
10.     uint8_t rval = 0;
    / O" M2 d) ?4 ?" B- ]7 V' Q$ z
11.     /* 读取DQ值，等待DQ变低, 等待200us */
    9 V+ ?1 l% n/ F5 {* b' P  \
12.     while (DS18B20_DQ_IN && retry < 200)
    
13.     {
    
14.         retry++;
    
15.         delay_us(1);
    
16.     }
    1 M! t5 h' @( z8 s! K
17.     /* 当等待时间大于200us时，DS18B20异常 */
      k# O/ o# O* d$ H$ K' j
18.     if (retry >= 200)
    
19.     {
    
20.         rval = 1;
    
21.     }
    7 R2 _, ~; H: `! `+ |
22.     /* 当等待时间小于200us时，DS18B20正常 */     
    , w/ j$ k8 |0 L6 D9 h
23.     else                                                                                                            
    + F4 L9 e/ M( p- ?/ C
24.     {
      o) K0 K$ k, n6 G3 v+ S- e6 N
25.         retry = 0;
    
26.         /* 等待DQ变高, 等待240us */
    
27.         while (!DS18B20_DQ_IN && retry < 240)   
    
28.         {
    . |+ z, o0 ~" s6 y8 Y4 y4 |
29.             retry++;
    5 Z" A6 T$ \( B' I0 a
30.             delay_us(1);
    
31.         }
    , a* w; D+ n5 j! I9 {
32.         /* 超过240us，则认为DS18B20异常 */
    
33.         if (retry >= 240) rval = 1;                        
    
34.     }
    
35.     return rval;
    
36. }

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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。
（3）从DS18B20读取一个位
, h6 H" S  x' R  a" L

1. /**
   9 O/ c& o" ^! D5 A6 Y8 w
2. * @brief       从DS18B20读取一个位
   
3. * @param       无
   
4. * @retval      读取到的位值: 0 / 1
   
5. */
   
6. static uint8_t ds18b20_read_bit(void)
   
7. {
   ; p: ?8 x2 y) O. T" W
8.     uint8_t data = 0;           /* 读到的值默认为0 */
   2 `. Y3 K" L; n; X
9.     DS18B20_DQ_OUT(0);          /* 主机将总线DQ拉低 */
   
10.     delay_us(2);                /* 延时2us */
    
11.     DS18B20_DQ_OUT(1);          /* 主机将总线DQ拉高，释放总线 */
    
12.     delay_us(12);               /* 延时12us，等主机读取 */
    
13. 
    ( F4 W) F9 V* a; w! H" E# d
14.     if (DS18B20_DQ_IN)          /* 读到的值为1 */
    8 i) A9 c. Q  {2 i5 G0 l6 o3 R, P# A
15.     {
    
16.         data = 1;
    , _2 o, ~! }4 W% F2 k/ m0 U, R
17.     }
    4 t) O1 X0 r: }( l* y+ d! w- o; ]
18.     delay_us(50);        /* 延时50us，因为整个读的时间至少为60us */
    7 u9 f5 H4 ]- T" P4 Y9 j
19.     return data;
    
20. }

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6 D0 V# k1 c' a# ^: A0 z- o9 E: G; U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。
( a% D' k& \% A; a1 a- V! h
) r/ z' ~, n2 d1 H1 d- J, L3 `9 D（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：
0 n" |' |6 k5 m( Y* B9 D( Y) `( a

1. /**
     l8 y3 Y: Q* l& ^' e1 `+ o
2. * @brief       从DS18B20读取一个字节
   + `8 y( {7 y4 Y* @! M1 U1 z
3. * @param       无
   
4. * @retval      读到的数据
   * j0 p& z3 n- i; E
5. */
   
6. static uint8_t ds18b20_read_byte(void)
   $ m- Z3 U) C/ z# w; D, y
7. {
   
8.     uint8_t i, b, data = 0;
   2 }( ]% `( B8 c9 q) J
9.     for (i = 0; i < 8; i++)             /* 一个字节8位，分8次 */
   - w* `# P5 S% I" Q
10.     {
    $ ^2 Y8 E$ k* d4 W, ?# S
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 */
    
13.     }
    
14.     return data;
    4 m) T( c3 a) W. @9 @" B
15. }

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（5）写一个字节到DS18B20
' |" X7 Y3 [8 E, O; r5 l* u8 U根据读写时序，编写如下的程序：
, t/ {8 a+ v5 f0 C. Q& d7 j# b
/ _8 x# D- H' Q, _$ g

1. /**
   5 L) `6 E* W# z3 J( Y2 R, I
2. * @brief       写一个字节到DS18B20
   2 K$ x, `, `  q" A2 ^" C3 U
3. * @param       data: 要写入的字节
   
4. * @retval      无
   
5. */
   
6. static void ds18b20_write_byte(uint8_t data)
   : J5 l4 O1 T0 m
7. {
   3 V0 t; t1 a- E0 C. r; @2 `
8.     uint8_t j;
   3 q+ s# R& ~. n- d: i7 c2 {7 _( d
9.     for (j = 1; j <= 8; j++)
   
10.     {
    
11.         /* 写 1 操作*/
    
12.         if (data & 0x01)
    
13.         {
    
14.             DS18B20_DQ_OUT(0);  /* 主机拉低DQ */
    - \' a' q3 z5 Q2 m, c  x' F! ~
15.             delay_us(2);         /* 拉低2 us的时间 */
    
16.             DS18B20_DQ_OUT(1);  /* DQ=1, 主机释放DQ */
    8 b0 W9 _! E# `6 u- c; I) ?& ~
17.             delay_us(60);        /* 延时60us */
    ! G! @3 r' V7 t6 v& x
18.         }
    
19.         /*  写 0 操作*/
    , `3 F! P% D6 ^4 r! ~4 `2 K/ q9 N
20.         else
    0 @; J$ r( M& \0 r  E; |
21.         {
    
22.             DS18B20_DQ_OUT(0);  /* 主机拉低DQ */
    
23.             delay_us(60);        /* 拉低60 us的时间 */
    
24.             DS18B20_DQ_OUT(1);  /* DQ=1, 主机释放DQ */
    & f: o9 r" H1 Q' l" s
25.             delay_us(2);         /* 延时2 us */
    
26.         }
    : a2 ?0 e4 _! w% R" b) A! ^
27.         data >>= 1;              /* 右移,获取高一位数据 */
    / {6 R3 _4 r* k% m
28.     }
    & j& ~, ^8 J  i1 E" l+ l
29. }

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  G1 x; G3 U+ V* Z（6）开始温度转换
8 R" X0 T. W6 g$ o5 a/ p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：

# ]' C, b) E' J5 F: C: {

1. /**
   
2. * @brief       开始温度转换
   
3. * @param       无
   
4. * @retval      无
   
5. */
   / V9 s$ Q: Z  O$ w  {" z
6. static void ds18b20_start(void)
   
7. {
   
8.     ds18b20_reset();            /* 复位DS18B20 */
   
9.     ds18b20_check();            /* 等待DS18B20的回应 */
   : h! o% c* s' }, z( a! \
10.     ds18b20_write_byte(0xcc);   /*  跳过ROM */
    
11.     ds18b20_write_byte(0x44);   /*  开始温度转换 */
    
12. }

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; Q' }7 f' S. d- W（7）从DS18B20获取温度值
7 b' T' r4 _% y& t

1. 1   /**
   
2. 2    * @brief       从DS18B20得到温度值(精度：0.1C)
   0 {# d2 x- |, L. y
3. 3    * @param       无
   % J, k5 k; c9 I" h
4. 4    * @retval      温度值 （-550~1250）
     \4 P2 g% q2 z. z: e* R5 ?
5. 5    *   @note      返回的温度值放大了10倍.
   
6. 6    *              实际使用的时候,要除以10才是实际温度.
   
7. 7    */
   
8. 8   short ds18b20_get_temperature(void)
   . B' Z% w6 Y! P4 B  c2 a5 {
9. 9   {
   $ \: ~. k# u/ [* N" a+ R
10. 10      uint8_t flag = 1;                   /* 默认温度为正数 */
    
11. 11      uint8_t TL, TH;
    : Y) b7 Z! W% G( P- ~' j% v: k% E
12. 12      short temp;
    
13. 13      
    
14. 14      ds18b20_start();                    /*  开始温度转换 */
    
15. 15      ds18b20_reset();                    /* 复位DS18B20 */
    % L2 z5 {5 `+ `$ ^
16. 16      ds18b20_check();                    /* 等待DS18B20应答 */
    0 ~6 i+ a4 H3 C  C
17. 17      ds18b20_write_byte(0xcc);   /*  跳过ROM */
    , o: D1 F7 i  `/ C! a7 E
18. 18      ds18b20_write_byte(0xbe);   /*  读缓存器 */
    
19. 19      TL = ds18b20_read_byte();   /*  获取温度低位值 LSB */
    
20. 20      TH = ds18b20_read_byte();   /*  获取温度高位值 MSB */
    6 C) w6 G) ?+ P9 _& K+ {
21. 21         
    6 a! I0 |. \) m$ I3 j
22. 22      if (TH > 7)                         /* 判断温度正负 */
    6 s0 u+ a) b: \$ j( y6 \# r
23. 23      {
    
24. 24          TH = ~TH;
    6 a( f9 v* h5 N7 Y9 p
25. 25          TL = ~TL;
    
26. 26          TL+=1;
    3 f' q/ D% N9 \0 l# f
27. 27          flag = 0;                       /* 温度为负 */
    
28. 28      }
    , i& I4 i) b7 N; U  m# z* C
29. 29      
    & _. P* ^0 p7 r, P& K  W. m; _& l4 \1 Z
30. 30      temp = TH;                          /* 获得高八位 */
    9 t8 @7 q& K" s' ]8 H- K( u  w
31. 31      temp <<= 8;
    - `: O0 u6 ]0 }% T
32. 32      temp += TL;                         /* 获得底八位 */
    
33. 33      temp =(double)temp * 0.625; /* 转换 */
    5 Y  A+ t) M: R0 ~
34. 34
    ; m- H4 g+ N9 l$ o6 i  i# ]
35. 35      if (flag == 0)                      /* 如果温度为负数 */
    1 z$ e5 b+ Q9 e: @, m+ f
36. 36      {
    & ^8 I+ L; J' Z4 V! o9 L$ A
37. 37          temp = -temp;                   /* 将温度转换成负温度 */
    
38. 38      }
    
39. 39      
    - J  U; n% [) w+ X
40. 40      return temp;
    
41. 41  }
    " W( c) ]) W$ `8 m, G8 r+ E6 P+ Z4 x- D

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* k1 n3 V" h1 Z7 E/ S, r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）；
2 P4 j/ p5 u6 r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。
" e3 u: t7 L( X: t6 |! B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。
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 ~; o+ H/ P* _5 x* c" F
! B. Z8 I& Q) T- ~3 I1 Q+ `（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：
" G3 O7 B# v1 X/ u- e# u5 u$ k- o

1. /**
   
2. * @brief       初始化DS18B20的IO口 DQ 同时检测DS18B20的存在
   
3. * @param       无
   4 y1 H; M9 u0 a0 B4 q. w1 }
4. * @retval      0, 正常
   " B# c3 ]# a/ d5 J
5. *              1, 不存在/不正常
   ( X% h; `1 g: F; c. s' V: ]' |
6. */
   7 u* o/ |/ L% a! G
7. uint8_t ds18b20_init(void)
   % P+ l. m1 r0 Q; l
8. {
   - t8 U* b: C$ l- H8 J
9.     GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
   
10. 
    8 v" L+ ~* k6 f2 t
11.     DS18B20_DQ_GPIO_CLK_ENABLE();                                   /* 开启DQ引脚时钟 */
    3 ^% A/ T8 B; m2 J# ?# a) l
12. 
    
13.     gpio_init_struct.Pin = DS18B20_DQ_GPIO_PIN;
    ( H3 l! Z( A% N' q
14.     gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;                    /* 开漏输出 */
    1 d" c4 t; ~% L
15.     gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                            /* 上拉 */
    / _* o( l3 M9 r5 g1 C4 N& V
16. gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;     /* 高速 */
    " @9 ^1 j) M/ \# y
17. /* 初始化DS18B20_DQ引脚 */
    7 y3 `0 i3 S9 X1 ^$ l
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 */
    4 v7 i3 t  h# t7 n7 G; w
20. 
    
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 */
    
23. }

复制代码

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。
% L2 M, j6 W1 `' f# g2 T7 G
8 h0 y# S) f: C: |7 A3.main.c文件代码
' k9 {% `- @7 v' J- ~' Q2 e8 gmain.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：
- e5 J5 C+ N  M

1. 1   #include "main.h"
   
2. 2   #include "usart.h"
   
3. 3   #include "gpio.h"
   6 K; L& O6 k" y, C
4. 4   /* USER CODE BEGIN Includes */
   + j+ n8 }) h& M# p$ [" F
5. 5   #include "./BSP/Include/led.h"
   ' c9 H0 U! c, }4 f) O* ]
6. 6   #include "./BSP/Include/delay.h"
   4 Y8 Q* V) h3 O! n# n
7. 7   #include "./BSP/Include/ds18b20.h"
   
8. 8   /* USER CODE END Includes */
   
9. 9
   
10. 10  void SystemClock_Config(void);
    / k4 N2 a+ ~) W% b1 `$ u5 M
11. 11
    
12. 12  int main(void)
    / u1 l, H+ p( a  V' [" ^: X3 f: N
13. 13  {
    , @# i4 q8 z( ?, l* Y% X. d
14. 14    HAL_Init();                               /* 初始化HAL库 */
    
15. 15    if(IS_ENGINEERING_BOOT_MODE())
    $ a* i# r8 C% \$ x" F0 y; q+ z6 b8 G
16. 16    {
    
17. 17      SystemClock_Config();            /* 系统时钟初始化 */
    
18. 18    }
    
19. 19    MX_GPIO_Init();                     /* GPIO初始化 */
    
20. 20    MX_UART4_Init();                    /* UART4初始化 */
    
21. 21    /* USER CODE BEGIN 2 */
    / N* }/ z. ~: P+ A- t& l  Q
22. 22    HAL_UART_Receive_IT(&huart4,&RxBuffer,1); /* 以中断方式接收函数 */
    
23. 23    led_init();                                     /* 初始化LED  */
    / o9 g( }/ q; w
24. 24    delay_init(209);                               /* 延时初始化延时函数 */
    
25. 25    uint8_t t = 0;
    9 N& _9 l& W/ Q: X
26. 26    short temperature;
    
27. 27    /* USER CODE END 2 */
    
28. 28    while (1)
    
29. 29    {
    
30. 30      /* USER CODE BEGIN 3 */
    
31. 31        while (ds18b20_init())                     /* DS18B20初始化 */
    ( @$ A& G& q! @) U; k
32. 32        {
    
33. 33          printf("DS18B20 Error!\r\n");
    , i7 t0 {/ G1 S4 E' N8 Y* f
34. 34          delay_ms(1000);
    
35. 35        }
    
36. 36        while (1)
    5 s" R5 r: K& }* `; R4 D
37. 37         {
    $ [' a+ N$ p: l0 l: N5 d+ }) N
38. 38          t++;
    3 [7 p7 @  `" f; ?2 k4 ?9 }5 u
39. 39          if (t == 20)
    
40. 40          {
    # l3 G: j+ {9 x( M) c
41. 41              t = 0;
    
42. 42              temperature = ds18b20_get_temperature(); /* 获取温度值*/
    5 H9 w4 H, x9 R* f# _" ^. B
43. 43              /* 计算温度值，注意最后要除以10（因前面程序乘以0.625）*/
    * X5 U* b; ~+ V- L( N: D5 }: t
44. 44              printf("DS18B20 Temp=%.1f\r\n", temperature / 10.0f);   
    
45. 45              LED0_TOGGLE();                                 /* LED0闪烁 */
    
46. 46          }
    
47. 47              delay_ms(10);                                  /* 延时10ms */
    / h+ y$ W1 q9 x% d; H
48. 48        }
    % C5 {% \; {: ?9 a; d
49. 49    }
    
50. 50    /* USER CODE END 3 */
    
51. 51  }

复制代码

/ c5 H" P# |; o. e第31~35行，初始化DS18B20；
第42行，获取温度值；
第44行，打印温度值，注意要再除以10才得到真正的温度值。
9 _' e* `' V, R. i3 o
26.4 编译和测试
0 j" i6 h/ D  v* o5 W4 d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。
. }. j. `5 y. n8 t% d/ c- g


5 a3 s# f2 l5 {! \; {% G图26.4.1 运行结果
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版权声明：正点原子

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