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《MiniPRO H750开发指南》第三十九章 DS18B20数字温度传感器实验 　　1）实验平台：正点原子MiniPro STM32H750开发板 　　2) 章节摘自【正点原子】MiniPro STM32H750 开发指南_V1.1 　　3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=677017430560 　　4）全套实验源码+手册+视频下载地址：MiniPro STM32H750开发板 　　5）正点原子官方B站：正点原子官方的个人空间_哔哩哔哩_Bilibili 　　6）MiniPro STM32H750技术交流sigusoft群:756580169 　　第三十九章 DS18B20数字温度传感器实验 　　本章，我们将介绍STM32如何读取外部温度传感器的温度，来得到较为准确的环境温度。我们将学习单总线技术，通过它来实现STM32和外部温度传感器DS18B20的通信，并把从温度传感器得到的温度显示在LCD上。 　　本章分为如下几个小节： 　　39.1 DS18B20及其时序简介 　　39.2 硬件设计 　　39.3 程序设计 　　39.4 下载验证 　　39.1 DS18B20及其时序简介 　　39.1.1 DS18B20简介 　　DS18B20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件相比，它是一种新型的体积小、适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。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，测试温度范围为-55~+125℃，精度为±0.5℃。现场温度直接以单总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。它工作在3~5.5V的电压范围，采用多种封装形式，从而使系统设置灵活、方便，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。其内部结构如图39.1.1所示：

图39.1.1.1 DS18B20内部结构图 　　ROM中的64位序列号是出厂前被标记好的，它可以看作使该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：前8位是产品家族码，接着48位是DS18B20的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1）。ROM作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样设计可以允许一根总线上挂载多个DS18B20模块同时工作且不会引起冲突。 　　39.1.2 DS18B20时序简介 　　所有单总线器件要求采用严格的信号时序，以保证数据的完整性。DS18B20共有6种信号类型：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。所有这些信号，除了应答脉冲以外，都是由主机发出同步信号。并且发送所有的命令和数据都是字节的低位在前。这里我们简单介绍这几个信号的时序。复位脉冲和应答脉冲

图39.1.2.1 复位脉冲和应答脉冲时序图 　　单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机输出低电平，保持低电平时间至少要在480us，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7K的上拉电阻将单总线拉高，延时时间要在15~60us，并进入接收模式（Rx）。接着DS18B20拉低总线60~240us，以产生低电平应答脉冲。写时序

图39.1.2.2 写时序图 　　写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在两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。读时序

图39.1.2.3 读时序图 　　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。主机在读时序期间必须释放总线，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。 　　在了解单总线时序之后，我们来看一下DS18B20的典型温度读取过程，DS18B20的典型温度读取过程为：复位→发SKIP ROM（0xCC）→发开始转换命令（0x44）→延时→复位→发送SKIP ROM命令（0xCC）→发送存储器命令（0xBE）→连续读取两个字节数据（即温度）→结束。 　　39.2 硬件设计 　　1. 例程功能 　　本实验开机的时候先检测是否有DS18B20存在，如果没有，则提示错误。只有在检测到DS18B20之后才开始读取温度并显示在LCD上，如果发现了DS18B20，则程序每隔100ms左右读取一次数据，并把温度显示在LCD上。 LED0闪烁用于提示程序正在运行。 　　2. 硬件资源 　　1）LED灯 　　LED0 – PB4 　　2）串口1(PA9/PA10连接在板载USB转串口芯片CH340上面) 　　3）正点原子2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块(仅限MCU屏，16位8080并口驱动) 　　4）DS18B20温度传感器(接在PC13上) 　　3. 原理图 　　DS18B20接口与STM32的连接关系，如下图所示：

图39.2.1 DS18B20接口与STM32的连接电路图 　　从上图可以看出，我们使用的是STM32的PC13来连接U4的DQ引脚，图中U4为DHT11（数字温湿度传感器）和DS18B20共用的一个接口，DHT11我们将在下一章介绍。 　　DS18B20只用到U4的3个引脚（U4的1、2和3脚），将DS18B20传感器插入到这个上面就可以通过STM32来读取DS18B20的温度了。连接示意图如图39.2.2所示：

图39.2.2 DS18B20连接示意图 　　从上图可以看出，DS18B20的平面部分（有字的那面）应该朝内，而曲面部分朝外。然后插入如图所示的三个孔内。 　　39.3 程序设计 　　DS18B20实验中使用的是单总线协议，用到的是HAL中GPIO相关函数，前面也有介绍到，这里就不做展开了。下面介绍一下如何驱动DS18B20。 　　DS18B20配置步骤 　　1）使能DS18B20数据线对应的GPIO时钟。 　　本实验中DS18B20的数据线引脚是PC13，因此需要先使能GPIOC的时钟，代码如下： 　　2）设置对应GPIO工作模式（开漏输出） 　　本实验GPIO使用开漏输出模式，通过函数HAL_GPIO_Init设置实现。 　　3）参考单总线协议，编写信号函数（复位脉冲、应答脉冲、写0/1、读0/1） 　　复位脉冲：主机发出低电平，保持低电平时间至少480us。 　　应答脉冲：DS18B20拉低总线60~240us，以产生低电平应答信号。 　　写1信号：主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。 　　写0信号：主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us。 　　读0/1信号：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。 　　4）编写DS18B20的读和写函数 　　基于写1bit数据和读1bit数据的基础上，编写DS18B20写1字节和读1字节函数。 　　5）编写DS18B20温度函数 　　参考DS18B20典型温度读取过程，编写温度函数。 　　39.3.1 程序流程图 　　

图39.3.1.1 DS18B20实验程序流程图 　　39.3.2 程序解析 　　1.DS18B20驱动代码 　　这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。DS18B20驱动源码包括两个文件：ds18b20.c和ds18b20.h。 　　首先我们先看一下ds18b20.h头文件里面的内容，其定义如下： 　　在ds18b20的初始化函数中，主要对用到的GPIO口进行初始化，同时在函数最后调用复位函数和自检函数，这两个函数在后面会解释到。 　　下面介绍的是复位DS18B20函数和等待DS18B20的回应函数，它们的定义如下： 　　以上两个函数分别代表着前面所说的复位脉冲与应答信号，大家可以对比前面的时序图进行理解。由于复位脉冲比较简单，所以这里不做展开。现在看一下应答信号函数，函数主要是对于DS18B20传感器的回应信号进行检测，对此判断其是否存在。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，DS18B20会拉低数据线60~240us，同时主机接收最小时间为480us，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，后面也设置一个时限等待DS18B20释放数据线拉高，满足这两个条件即DS18B20成功响应。 　　下面介绍的是写函数，其定义如下： 　　在这里ds18b20_read_bit函数从DS18B20处读取1位数据，在前面已经对读时序也进行了详细的分析，所以这里也不展开解释了。 　　下面介绍读取温度函数，其定义如下： 　　在这里简单介绍一下上面用到的RAM指令： 　　跳过ROM(0xCC)，该指令只适合总线只有一个节点，它通过允许总线上的主机不提供64位ROM序列号而直接访问RAM，节省了操作时间。 　　温度转换(0x44)，启动DS18B20进行温度转换，结果存入内部RAM。 　　读暂存器(0xBE)，读暂存器9个字节内容，该指令从RAM的第一个字节（字节0）开始读取，直到九个字节（字节8，CRC值）被读出为止。如果不需要读出所有字节的内容，那么主机可以在任何时候发出复位信号以中止读操作。 　　2. main.c代码 　　在main.c里面编写如下代码： 　　主函数代码比较简单，一系列硬件初始化后，在循环中调用ds18b20_get_temperature函数温度值，然后显示在LCD上。 　　39.4 下载验证 　　假定DS18B20传感器已经接上去正确的位置，将程序下载到开发板后，可以看到LED0不停的闪烁，提示程序已经在运行了。LCD显示当前的温度值的内容如图39.4.1所示：

图39.4.1 程序运行效果图 　　该程序还可以读取并显示负温度值，具备零下温度条件可以测试一下。