第三十五章  DS18B20数字温度传感器实验

  [mw_shl_code=c,true]1.硬件平台：正点原子探索者STM32F407开发板 2.软件平台：MDK5.1 3.固件库版本：V1.4.0 [/mw_shl_code]

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3~5.5V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DS18B20。 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PG9来连接U12的DQ引脚，图中U12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。这里，1WIRE_DQ和DCMI_PWDN是共用PG9的，所以他们不能同时使用。 DS18B20只用到U12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

打开我们的DS18B20数字温度传感器实验工程可以看到我们添加了ds18b20.c文件以及其头文件ds18b20.h文件，所有ds18b20驱动代码和相关定义都分布在这两个文件中。 打开ds18b20.c，该文件代码如下： //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)                        {     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)    {            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) {                                                                 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) { GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;   RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOG, ENABLE);//使能GPIOG时钟   //GPIOG9   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式   GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//50MHz   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉   GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//初始化     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=(double)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型数据，返回值的范围为-550~1250，其实就是温度值扩大了10倍。 接下来我们打开ds18b20.h，可以看到跟IIC实验代码很类似，这里我们不做过多讲解。接下来我们看看主函数代码： int main(void) {        u8 t=0;                             short temperature;         NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2        delay_init(168);  //初始化延时函数        uart_init(115200);         //初始化串口波特率为115200        LED_Init();                                //初始化LED       LCD_Init();     POINT_COLOR=RED;//设置字体为红 {MOD}        LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");              LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"DS18B20 TEST");            LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");        LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2014/5/7");       while(DS18B20_Init())  //DS18B20初始化        {               LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"DS18B20 Error");               delay_ms(200);               LCD_Fill(30,130,239,130+16,WHITE);              delay_ms(200);        }          LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"DS18B20 OK");        POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝 {MOD}       LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Temp:   . C");        while(1)        {                                  if(t%10==0)//每100ms读取一次               {                                                                                    temperature=DS18B20_Get_Temp();                         if(temperature<0)                      {                             LCD_ShowChar(30+40,150,'-',16,0);                  //显示负号                             temperature=-temperature;                                //转为正数                      }else LCD_ShowChar(30+40,150,' ',16,0);                 //去掉负号                      LCD_ShowNum(30+40+8,150,temperature/10,2,16);  //显示正数部分                            LCD_ShowNum(30+40+32,150,temperature%10,1,16);     //显示小数部分                             }                                          delay_ms(10); t++;               if(t==20)               {                      t=0; LED0=!LED0;               }        } } 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_Temp函数获取温度值，然后显示在LCD上。至此，我们本章的软件设计就结束了。

35.4 下载验证

在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK探索者STM32F4开发板上，可以看到LCD显示开始显示当前的温度值（假定DS18B20已经接上去了），如图35.4.1所示： 图35.4.1 DS18B20实验效果图  该程序还可以读取并显示负温度值的，具备条件的读者可以测试一下。 实验详细手册和源码下载地址：http://www.openedv.com/posts/list/41586.htm  正点原子探索者STM32F407开发板购买地址：http://item.taobao.com/item.htm?id=41855882779