玩轉STM32CubeMX | DS18B20溫度傳感器

時間 2021-08-12

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1.DS18B20簡介

DS18B20是由DALLAS半導體公司推出的一種單總線接口的溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，它是一種新型的體積小、實用電壓寬、與微處理器接口簡單的數字化溫度傳感器。
DS18B20的內部結構以下圖示編程

ROM中的64位序列號是出廠前就被光刻好的，能夠看作是DS18B20的地址序列號。64位光刻ROM的排列是：8位產品類型標號+48位DS18B20序列號+8位循環冗餘校驗碼。光刻ROM 的做用是使每個DS18B20都各不相同，這樣就能夠實現一根總線上掛接多個DS18B20markdown

DS18B20的內部存儲器（9個字節）包括一個高速暫存器RAM和一個EEPROM，EEPROM裏存放高溫和低溫觸發器和配置寄存器，存儲器詳細組成見下圖：異步

配置寄存器是配置不一樣的位數來肯定溫度和數字的轉化，其結構下圖示：低五位都是1，TM是測試模式位（設置工做模式或測試模式，默認爲0即工做模式），R1和R0用來設置精度，可設9~12位精度，對應的溫度分辨率爲0.5, 0.25, 0.125, 0.0625℃

全部的單總線器件都要求採樣嚴格的信號時序，以保證設局的完整性。DS18B20的時序有：初始化時序、寫(0和1)時序、讀(0和1)時序。DS18B20發送全部的命令和數據都是字節的低位在前，下面介紹這幾個信號的時序：ide

⏩ 初始化時序函數

內置閃存模塊能夠在通用地址空間直接尋址，任何32位數據的讀操做都能訪問閃存模塊的內容並獲得相應的數據。

⏩ 寫時序測試

寫時序包括寫0和寫1時序。全部寫時序至少須要60us，而且在2次獨立的寫時序之間至少須要1us的恢復時間，兩種寫時序均起始於主機拉低總線。寫1時序，主機輸出低電平，延時2us，而後釋放總線，延時60us；寫0時序，主機輸出低電平，延時60us，而後釋放總線，延時2us。寫時序圖以下

⏩ 讀時序ui

單總線器件僅在主機發出讀時序時，才向主機傳輸數據，因此在主機發出讀數據命令後，必須立刻產生讀時序，以便從機可以傳輸數據。全部讀時序至少須要60us，且在2次獨立的讀時序之間至少須要1us的恢復時間。每一個讀時序都由主機發起，至少拉低總線1us，主機在讀時序器件必須釋放總線，而且在時序起始後的15us以內採樣總線狀態。典型的讀時序過程爲，主機輸出低電平延時2us，而後主機轉入輸入模式延時12us，而後讀取單總線當前的電平，而後延時50us

DS18B20的典型溫度讀取過程：復位 --> 發SKIP ROM命令（0XCC） --> 發開始轉換命令（0X44） --> 延時 --> 復位 --> 發SKIP ROM命令（0XCC） --> 發讀存儲器命令（0XBE） --> 連續讀出兩個字節數據（即溫度） --> 結束設計

2.硬件設計

D1指示燈用來提示系統運行狀態，DS18B20溫度傳感器用來檢測環境溫度，串口1用來打印溫度值3d

指示燈D1code
USART1串口
DS18B20
TIM7（提供us延時）

3.軟件設計

3.1 STM32CubeMX設置

➡️ RCC設置外接HSE，時鐘設置爲72M

➡️ PC0設置爲GPIO推輓輸出模式、上拉、高速、默認輸出電平爲高電平

➡️ USART1選擇爲異步通信方式，波特率設置爲115200Bits/s，傳輸數據長度爲8Bit，無奇偶校驗，1位中止位

➡️ PG11設置爲GPIO推輓輸出模式、上拉、高速

➡️ 激活TIM7，預分頻因子設爲72-1，向上計數，自動重載值爲65535；所以計數器CNT_CLK = 1MHz，計數器週期爲1us

➡️輸入工程名，選擇路徑（不要有中文），選擇MDK-ARM V5；勾選Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；點擊GENERATE CODE，生成工程代碼

3.2 MDK-ARM軟件編程

➡️ 在tim.c文件下實現微秒延時（us）函數

void delay_us(uint16_t us){
  uint16_t differ = 0xffff-us-5;
  //設定TIM7計數器起始值                
  __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim7,differ); 
  //啓動定時器
  HAL_TIM_Base_Start(&htim7);           

  while(differ < 0xffff-5){   //判斷
    //查詢計數器的計數值
    differ = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim7);     
  }
  HAL_TIM_Base_Stop(&htim7);
}

➡️ 建立按鍵驅動文件ds18b20.c 和相關頭文件ds18b20.h

void DS18B20_IO_IN(void){
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;
  GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);
}

void DS18B20_IO_OUT(void){
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;
  GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);
}

void DS18B20_Rst(void){
  DS18B
20_IO_OUT();
  DS18B20_DQ_OUT_LOW;
  delay_us(750);
  DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
  delay_us(15);
}

uint8_t DS18B20_Check(void){
  uint8_t retry = 0;
  DS18B20_IO_IN();
  while(DS18B20_DQ_IN && retry < 200){
    retry++;
    delay_us(1);
  }

  if(retry >= 200)
    return 1;
  else
    retry = 0;

  while(!DS18B20_DQ_IN && retry < 240){
    retry++;
    delay_us(1);
  }

  if(retry >= 240)
    return 1;

  return 0;
}

uint8_t DS18B20_Read_Bit(void){
  uint8_t data;
  DS18B20_IO_OUT();
  DS18B20_DQ_OUT_LOW;
  delay_us(2);
  DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
  DS18B20_IO_IN();
  delay_us(12);

  if(DS18B20_DQ_IN)
    data = 1;
  else
    data = 0;

  delay_us(50);
  return data;
}

uint8_t DS18B20_Read_Byte(void){
  uint8_t i,j,data;
  data = 0;
  for(i=1;i<=8;i++){
    j = DS18B20_Read_Bit();
    data = (j<<7)|(data>>1);
  }
  return data;
}

void DS18B20_Write_Byte(uint8_t data){
  uint8_t j;
  uint8_t testb;
  DS18B20_IO_OUT();
  for(j=1;j<=8;j++){
    testb=data&0x01;
    data=data>>1;
    if(testb){
      DS18B20_DQ_OUT_LOW;
      delay_us(2);
      DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
      delay_us(60);
    }else{
      DS18B20_DQ_OUT_LOW;
      delay_us(60);
      DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
      delay_us(2);
    }
  }
}

void DS18B20_Start(void){
  DS18B20_Rst();
  DS18B20_Check();
  DS18B20_Write_Byte(0xcc);
  DS18B20_Write_Byte(0x44);
}

uint8_t DS18B20_Init(void){
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;
  GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);

  DS18B20_Rst();
  return DS18B20_Check();
}

short DS18B20_Get_Temperature(void){
  uint8_t temp;
  uint8_t TL,TH;
  short temperature;

  DS18B20_Start();
  DS18B20_Rst();
  DS18B20_Check();
  DS18B20_Write_Byte(0xcc);
  DS18B20_Write_Byte(0xbe);
  TL = DS18B20_Read_Byte();
  TH = DS18B20_Read_Byte();

  if(TH>7){
    TH = ~TH;
    TL = ~TL;
    temp = 0;
  }else
    temp = 1;

  temperature = TH;
  temperature <<= 8;
  temperature += TL;
  temperature = (float)temperature*0.625;
  if(temperature)
    return temperature;
  else
    return -temperature;
}

➡️ 在main.c文件下編寫ds18b20測試代碼

int main(void){
  float temperature;
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM7_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  while(DS18B20_Init()){
    printf("DS18B20 checked failed!!!\r\n");
    HAL_Delay(500);
  }
  printf("DS18B20 checked success!!!\r\n");
  /* USER CODE END 2 */
  while (1){
    temperature = DS18B20_Get_Temperature();
    if(temperature < 0)
      printf("temperature = -%.2f degree\r\n",temperature/10);
    else
      printf("temperature = %.2f degree\r\n",temperature/10);

    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    HAL_Delay(200);
  }
}