玩转STM32CubeMX | DS18B20温度传感器

时间  2021-08-12
标签 编程 markdown 异步 ide 函数 测试 设计 3d code 栏目 Markdown 繁體版
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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元件相比，它是一种新型的体积小、实用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。
DS18B20的内部结构以下图示编程

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ROM中的64位序列号是出厂前就被光刻好的，能够看作是DS18B20的地址序列号。64位光刻ROM的排列是：8位产品类型标号+48位DS18B20序列号+8位循环冗余校验码。光刻ROM 的做用是使每个DS18B20都各不相同，这样就能够实现一根总线上挂接多个DS18B20markdown

DS18B20的内部存储器（9个字节）包括一个高速暂存器RAM和一个EEPROM，EEPROM里存放高温和低温触发器和配置寄存器，存储器详细组成见下图：异步

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配置寄存器是配置不一样的位数来肯定温度和数字的转化，其结构下图示：低五位都是1，TM是测试模式位（设置工做模式或测试模式，默认为0即工做模式），R1和R0用来设置精度，可设9~12位精度，对应的温度分辨率为0.5, 0.25, 0.125, 0.0625℃
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全部的单总线器件都要求采样严格的信号时序，以保证设局的完整性。DS18B20的时序有：初始化时序、写(0和1)时序、读(0和1)时序。DS18B20发送全部的命令和数据都是字节的低位在前，下面介绍这几个信号的时序：ide

⏩ 初始化时序函数

内置闪存模块能够在通用地址空间直接寻址，任何32位数据的读操做都能访问闪存模块的内容并获得相应的数据。
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⏩ 写时序测试

写时序包括写0和写1时序。全部写时序至少须要60us，而且在2次独立的写时序之间至少须要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，而后释放总线，延时60us；写0时序，主机输出低电平，延时60us，而后释放总线，延时2us。写时序图以下
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⏩ 读时序ui

单总线器件仅在主机发出读时序时，才向主机传输数据，因此在主机发出读数据命令后，必须立刻产生读时序，以便从机可以传输数据。全部读时序至少须要60us，且在2次独立的读时序之间至少须要1us的恢复时间。每一个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us，主机在读时序器件必须释放总线，而且在时序起始后的15us以内采样总线状态。典型的读时序过程为，主机输出低电平延时2us，而后主机转入输入模式延时12us，而后读取单总线当前的电平，而后延时50us
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DS18B20的典型温度读取过程：复位 --> 发SKIP ROM命令（0XCC） --> 发开始转换命令（0X44） --> 延时 --> 复位 --> 发SKIP ROM命令（0XCC） --> 发读存储器命令（0XBE） --> 连续读出两个字节数据（即温度） --> 结束设计

2.硬件设计

D1指示灯用来提示系统运行状态，DS18B20温度传感器用来检测环境温度，串口1用来打印温度值3d

  • 指示灯D1code

  • USART1串口

  • DS18B20

  • TIM7（提供us延时）

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3.软件设计

3.1 STM32CubeMX设置

➡️ RCC设置外接HSE，时钟设置为72M

➡️ PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平

➡️ USART1选择为异步通信方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位中止位

➡️ PG11设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速

➡️ 激活TIM7，预分频因子设为72-1，向上计数，自动重载值为65535；所以计数器CNT_CLK = 1MHz，计数器周期为1us

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➡️输入工程名，选择路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码

3.2 MDK-ARM软件编程

➡️ 在tim.c文件下实现微秒延时（us）函数

void delay_us(uint16_t us){
  uint16_t differ = 0xffff-us-5;
  //设定TIM7计数器起始值                
  __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim7,differ); 
  //启动定时器
  HAL_TIM_Base_Start(&htim7);           

  while(differ < 0xffff-5){   //判断
    //查询计数器的计数值
    differ = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim7);     
  }
  HAL_TIM_Base_Stop(&htim7);
}

➡️ 建立按键驱动文件ds18b20.c 和相关头文件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文件下编写ds18b20测试代码

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);
  }
}

4.下载验证

编译无误下载到开发板后，能够看到D1指示灯不断闪烁，串口不断打印出当前温度值

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