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原创【连载】【ALIENTEK 战舰STM32开发板】STM32开发指南--第三十五章 DS18B20数字温度传感器实验

 2013-3-23 22:22  4239 18 19 分类: MCU/ 嵌入式文集: STM32学习

第三十五章 DS18B20数字温度传感器实验

STM32虽然内部自带了温度传感器，但是因为芯片温升较大等问题，与实际温度差别较大，所以，本章我们将向大家介绍如何通过STM32来读取外部数字温度传感器的温度，来得到较为准确的环境温度。在本章中，我们将学习使用单总线技术，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TFTLCD模块上。本章分为如下几个部分：

35.1 DS18B20简介

35.2 硬件设计

35.3 软件设计

35.4 下载验证

35.1 DS18B20简介

DS18B20是由DALLAS半导体公司推出的一种的“一线总线”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、适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。一线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概念，测量温度范围为-55~+125℃ ，精度为±0．5℃。现场温度直接以“一线总线”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~l2位的数字值读数方式。它工作在3—5．5 V的电压范围，采用多种封装形式，从而使系统设计灵活、方便，设定分辨率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35.1.1所示：

图35.1.1 DS18B20内部结构图

ROM中的64位序列号是出厂前被光记好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每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，这样就可实现一根总线上挂接多个。

所有的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：

1）复位脉冲和应答脉冲

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480 us，，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15～60 us，并进入接收模式(Rx)。接着DS18B20拉低总线60~240 us，以产生低电平应答脉冲，

若为低电平，再延时480 us。

2）写时序

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2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。

3）读时序

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。

在了解了单总线时序之后，我们来看看DS18B20的典型温度读取过程，DS18B20的典型温度读取过程为：复位à发SKIP ROM命令（0XCC）à发开始转换命令（0X44）à延时à复位à发送SKIP ROM命令（0XCC）à发读存储器命令（0XBE）à连续读出两个字节数据(即温度)à结束。

DS18B20的介绍就到这里，更详细的介绍，请大家参考DS18B20的技术手册。

35.2 硬件设计

由于开发板上标准配置是没有DS18B20这个传感器的，只有接口，所以要做本章的实验，大家必须找一个DS18B20插在预留的18B20接口上。

本章实验功能简介：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。同样我们也是用DS0来指示程序正在运行。

所要用到的硬件资源如下：

1）指示灯DS0

2） TFTLCD模块

3） DS18B20温度传感器

前两部分，在之前的实例已经介绍过了，而DS18B20温度传感器属于外部器件（板上没有直接焊接），这里也不介绍。本章，我们仅介绍开发板上DS18B20接口和STM32的连接电路，如图35.2.1所示：

图35.2.1 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PG11来连接U13的DQ引脚，图中U13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只用到其中的3个引脚（U13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35.2.2所示：

图35.2.2 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。

35.3 软件设计

打开上一章的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个DS18B20的文件夹。然后新建一个ds18b20.c和ds18b20.h的文件保存在DS18B20文件夹下，并将这个文件夹加入头文件包含路径。

打开ds18b20.c在该文件下输入如下代码：

#include "ds18b20.h"

#include "delay.h"

//复位DS18B20

void DS18B20_Rst(void)

{

DS18B20_IO_OUT(); //SET PG11 OUTPUT

DS18B20_DQ_OUT=0; //拉低DQ

delay_us(750); //拉低750us

DS18B20_DQ_OUT=1; //DQ=1

delay_us(15); //15US

}

//等待DS18B20的回应

//返回1:未检测到DS18B20的存在

//返回0:存在

u8 DS18B20_Check(void)

{

u8 retry=0;

DS18B20_IO_IN();//SET PG11 INPUT

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;

}

//从DS18B20读取一个位

//返回值：1/0

u8 DS18B20_Read_Bit(void) // read one bit

{

u8 data;

DS18B20_IO_OUT();//SET PG11 OUTPUT

DS18B20_DQ_OUT=0;

delay_us(2);

DS18B20_DQ_OUT=1;

DS18B20_IO_IN();//SET PG11 INPUT

delay_us(12);

if(DS18B20_DQ_IN)data=1;

else data=0;

delay_us(50);

return data;

}

//从DS18B20读取一个字节

//返回值：读到的数据

u8 DS18B20_Read_Byte(void) // read one byte

{

u8 i,j,dat;

dat=0;

for (i=1;i<=8;i++)

{

j=DS18B20_Read_Bit();

dat=(j<<7)|(dat>>1);

}

return dat;

}

//写一个字节到DS18B20

//dat：要写入的字节

void DS18B20_Write_Byte(u8 dat)

{

u8 j;

u8 testb;

DS18B20_IO_OUT();//SET PG11 OUTPUT;

for (j=1;j<=8;j++)

{

testb=dat&0x01;

dat=dat>>1;

if (testb)

{

DS18B20_DQ_OUT=0;// Write 1

delay_us(2);

DS18B20_DQ_OUT=1;

delay_us(60);

}

else

{

DS18B20_DQ_OUT=0;// Write 0

delay_us(60);

DS18B20_DQ_OUT=1;

delay_us(2);

}

//开始温度转换

void DS18B20_Start(void)// ds1820 start convert

{

DS18B20_Rst();

DS18B20_Check();

DS18B20_Write_Byte(0xcc);// skip rom

DS18B20_Write_Byte(0x44);// convert

}

//初始化DS18B20的IO口 DQ 同时检测DS的存在

//返回1:不存在

//返回0:存在

u8 DS18B20_Init(void)

{

RCC->APB2ENR|=1<<8; //使能PORTG口时钟

GPIOG->CRH&=0XFFFF0FFF;//PORTG.11 推挽输出

GPIOG->CRH|=0X00003000;

GPIOG->ODR|=1<<11; //输出1

DS18B20_Rst();

return DS18B20_Check();

}

//从ds18b20得到温度值

//精度：0.1C

//返回值：温度值（-550~1250）

short DS18B20_Get_Temp(void)

{

u8 temp;

u8 TL,TH;

short tem;

DS18B20_Start (); // ds1820 start convert

DS18B20_Rst();

DS18B20_Check();

DS18B20_Write_Byte(0xcc);// skip rom

DS18B20_Write_Byte(0xbe);// convert

TL=DS18B20_Read_Byte(); // LSB

TH=DS18B20_Read_Byte(); // MSB

if(TH>7)

{

TH=~TH;

TL=~TL;

temp=0;//温度为负

}else temp=1;//温度为正

tem=TH; //获得高八位

tem<<=8;

tem+=TL;//获得底八位

tem=(float)tem*0.625;//转换

if(temp)return tem; //返回温度值

else return -tem;

}

该部分代码就是根据我们前面介绍的单总线操作时序来读取DS18B20的温度值的，DS18B20的温度通过DS18B20_Get_Temp函数读取，该函数的返回值为带符号的短整形数据，返回值的范围为-550~1250，其实就是温度值扩大了10倍。保存ds18b20.c，并把该文件加入到HARDWARE组下，然后我们打开ds18b20.h，在该文件下输入如下内容：

#ifndef __DS18B20_H

#define __DS18B20_H

//省略部分代码

#endif

关于这段代码，我们就不做多的解释了，接下来我们先保存这段代码，然后打开test.c，在该文件下修改main函数如下：

int main(void)

{

u8 t=0;

short temperature;

Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置

uart_init(72,9600); //串口初始化为9600

delay_init(72); //延时初始化