使用STM32控制DS18B20温度传感器获取实时温度

时间记录：2024/1/28

一、DS18B20温度传感器介绍

（1）测温范围-55℃~+125℃，在-10℃到+85℃范围内误差为±0.4
（2）返回的温度数据为16位二进制数据
（3）STM32和DS18B20通信使用单总线协议，仅通过一个端口即可进行通信
（4）具有掉电保护功能， DS18B20 内部含有 EEPROM ，通过配置寄存器可以设定数字转换精度和报警温度，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值
（5）每个DS18B20都有独立唯一的64位-ID，此特性决定了它可以将任意多的DS18b20挂载到一根总线上，通过ROM搜索读取相应DS18B20的温度值
（6）宽电压供电，电压2.5V~5.5V
（7）DS18B20返回的16位二进制数代表此刻探测的温度值，其高五位代表正负。如果高五位全部为1，则代表返回的温度值为负值。如果高五位全部为0，则代表返回的温度值为正值。后面的11位数据代表温度的绝对值，将其转换为十进制数值之后，再乘以0.0625（分辨率为12位时）即可获得此时的温度值

二、器件引脚图

三、DS18B20内部构成介绍

（1）64位ROM

1.存储独有的序列号，出厂前被光刻好的，每个DS18B20序列号均不相同，可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

（2）高速暂存器

1.温度传感器，字节0保存温度低八位，字节1保存温度高八位；
2.温度上限和下限报警触发器，字节2高温触发器数据，字节3低温触发器数据；
3.配置寄存器，允许设置温度分辨率，9、10、11、12位，对应分辨率为0.5、0.25、0.125、0.0625℃。

（3）存储器

1.由一个高速RAM和一个可擦除的EEPROM组成，EEPROM存储着温度上下限和配置寄存器的数据。

四、时序介绍

（1）复位初始化，单片机拉低总线至少480us，产生复位脉冲，然后释放总线（拉高总线），等待15-60us后DS18B20会拉低总线，在60-240us内保持低电平表示DS18B20应答，DS18B20拉低总线60-240us后会释放总线为高电平，复位脉冲产生释放总线开始到接收完应答信号时间至少480us。

复位初始化代码

static u8 xDS18B20Reset(void)
{
    u8 ack=1;
    DQOutMode();
    DQ_OUT=0;//拉低总线
    Delay_Us(500);//拉低总线时间大于480us小于960us
    DQ_OUT=1;//拉高总线
    Delay_Us(20);
    Delay_Us(40);//拉高总线时间15~60us
    DQInMode();
    Delay_Us(40);//等待40us后接收数据，60-240us存在数据
    if(DQ_IN)
        ack=1;
    else
        ack=0;
    Delay_Us(140);//接收时间达到240us，等待DS18B20释放总线
    Delay_Us(300);//接收存在信号至少480us
    return ack;
}

（2）写时序，单片机拉低总线至少1us，然后在15us内改变总线电平，然后DS18B20在15-60us的时间内采样，总线为“1”则向DS18B20写入“1”，总线为“0”则向DS18B20写入“0”，发送数据“0”时，拉低总线时间需要大于60us小于120us，然后释放总线（拉高总线）至少1us等待下一个数据的发送。

写1字节数据代码，低位先发

static void vDS18B20WriteOneByte(u8 cmd)
{
    DQOutMode();
    for(u8 i=0;i<8;i++){
        DQ_OUT=0;
        Delay_Us(5);//拉低总线至少1us，15us之内改变电平决定发送1/0
        if(cmd&0x01)//最低位为1，发送"1"
            DQ_OUT=1;
        else
            DQ_OUT=0;
        Delay_Us(10);//到达开始采集电平时间
        Delay_Us(45);//保持电平稳定，等待DS18B20采集结束
        DQ_OUT=1;//释放总线
        Delay_Us(3);//两个写时隙之间时间至少有1us
        cmd>>=1;
    }
}

（3）读时序，单片机拉低总线至少1us，然后释放总线，在15us之内读取DS18B20发送过来的数据，然后再保持45us，使读时序达到最小时间60us，然后拉高总线至少1us（恢复时间）准备读下一位数据。

读一字节数据代码，低位先读

static u8 xDS18B20ReadOneByte(void)
{
    u8 data=0;
    for(int i=0;i<8;i++){
        data>>=1;
        DQOutMode();
        DQ_OUT=0;
        Delay_Us(2);//拉低总线,至少1us
        DQ_OUT=1;//释放总线
        Delay_Us(5);//延时5us在时间中心读取数据
        DQInMode();
        if(DQ_IN){
            data|=0x80;
        }
        Delay_Us(60);//读时隙至少60us
        DQOutMode();
        DQ_OUT=1;
        Delay_Us(2);//拉高至少1us准备读取下一位数据
    }
    
    return data;
}

五、DS18B20命令介绍

（1）0xCC：跳过ROM
（2）0x44：温度转换指令
（3）0xBE：读暂存器指令
（4）0x33：读ROM
（5）0x55：匹配ROM，发送此命令后，发送64位的ROM编码进行匹配
（6）0xF0：搜索ROM
（7）0xEC：警报搜索

六、读取温度函数和其他代码

（1）读取温度函数

float xDS18B20ReadTemp(void)
{
    u8 TL,TH;
    float temp;

    xDS18B20Reset();//复位初始化DS18B20
    vDS18B20WriteOneByte(0xCC);//跳过ROM指令
    vDS18B20WriteOneByte(0x44);//温度转换指令
    Delay_Ms(100);//等待温度数据转换完毕
    xDS18B20Reset();//复位初始化DS18B20
    vDS18B20WriteOneByte(0xCC);//跳过ROM指令
    vDS18B20WriteOneByte(0xBE);//读取数据指令
    
    TL=xDS18B20ReadOneByte();
    TH=xDS18B20ReadOneByte();
    
    //转换温度数据
    temp=((TH << 8)|TL)*0.0625;
    return temp;
}

（2）其他代码
初始化

void vDS18B20Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
    
    Delay_Init();
}

头文件

#ifndef __DS18B20_H__
#define __DS18B20_H__
#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"

#define DQ_IN PAin(0)
#define DQ_OUT PAout(0)

#define DQOutMode() {GPIOA->CRL&=0xFFFFFFF0;GPIOA->CRL|=3<<0;}
#define DQInMode() {GPIOA->CRL&=0xFFFFFFF0;GPIOA->CRL|=8<<0;}

//初始化DS18B20
void vDS18B20Init(void);
//读取温度数据
float xDS18B20ReadTemp(void);

#endif