【STM32】【HAL库】DS18B20温度传感器单器件使用详解

DS18B20 单线数字温度传感器，即一线器件”，其具有独特的优点：

根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：

1. 每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作
2. 复位成功后发送一条ROM指令
3. 最后发送RAM指令

复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，当DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

ROM指令表

这些都不怎么能用到，是用来组网控制的指令，重要的是接下来的 ROM指令表

• 1.上电初始化时序图

DS18B20的复位时序如下: 1.单片机拉低引脚480-950us,然后再释放总线 2.上拉电阻拉高,等待15-60us后,DS18B20会拉低信号维持60-240us,表示应答 3.DS18B20拉低电平的60-240us之间,单片机读取总线的电平,如果是低电平,那么代表复位成功 4.DS18B20拉低电平的60-240us之后,会释放总线

IO配置

//IO操作 
#define DS18B20_Port GPIO_PIN_8 //数据端口PE8

//GPIO mode 选择
#define DS18B20_IO_IN() {GPIOE->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOE->MODER|=0<<9*2;} //PE8模拟输入
#define DS18B20_IO_OUT() {GPIOE->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOE->MODER|=1<<9*2;} //PE8通常输出模式

延时us函数

void delay_us(uint32_t nus)
{ 
        
 uint32_t temp;
	SysTick->LOAD = 9*nus;
	SysTick->VAL=0X00;//清空计数器
	SysTick->CTRL=0X01;//使能，减到零是无动作，采用外部时钟源
	do
	{ 
        
		temp=SysTick->CTRL;//读取当前倒计数值
	}while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16))));//等待时间到达
	SysTick->CTRL=0x00; //关闭计数器
	SysTick->VAL =0X00; //清空计数器
}

复位脉冲

void DS18B20_Rst()      //复位DS18B20
{ 
                            
	DS18B20_IO_OUT(); //设置为输出模式 
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, DS18B20_Port, GPIO_PIN_RESET);
	//拉低DQ 
	delay_us(750);    //拉低750us（至少480us) 
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, DS18B20_Port, GPIO_PIN_SET);	
	//DQ=1拉高释放总线 
	delay_us(15);     //15US 
	//进入接受模式，等待应答信号。
}

应答信号

//等待DS18B20的回应

//返回1:未检测到DS18B20的存在 返回0:存在

uint8_t DS18B20_Check()       
{ 
              
	uint8_t retry=0;    
	DS18B20_IO_IN();//SET PE8 INPUT 
	while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,DS18B20_Port)&&retry<200)    
	{ 
                    
		retry++;          
		delay_us(1);    
	};        
	if(retry>=200)return 1;    
	else retry=0;    

	while (!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,DS18B20_Port)&&retry<240)    
	{ 
                    
		retry++;            
		delay_us(1);    
	};    
	if(retry>=240)return 1;            
	return 0;
}

• 2.读操作时序图

  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。

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();//设置为输出 
	DS18B20_DQ_OUT=0; //输出低电平2us 
	delay_us(2);    
	DS18B20_DQ_OUT=1; //拉高释放总线 
	DS18B20_IO_IN();//设置为输入 
	delay_us(12);//延时12us 
	if(DS18B20_DQ_IN)data=1;//读取总线数据 
	else data=0;        
	delay_us(50);  //延时50us 
	return data;
}

读取一个字节数据

//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;
}

• 3.写操作时序图   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0时序：主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us。写1时序：主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。

写一个字节到DS18B20

void DS18B20_Write_Byte(u8 dat)    
{ 
                        
u8 j;
u8 testb;    
DS18B20_IO_OUT();//设置PA0为输出 
for (j=1;j<=8;j++)    
{ 
                
	testb=dat&0x01;        
	dat=dat>>1;        
	if (testb) //输出高 
	{ 
                  
		DS18B20_DQ_OUT=0;// 主机输出低电平 
		delay_us(2);                  //延时2us 
		DS18B20_DQ_OUT=1;//释放总线 
		delay_us(60); //延时60us 
	}        
	else //输出低 
	{ 
                    
		DS18B20_DQ_OUT=0;//主机输出低电平 
		delay_us(60);               //延时60us 
		DS18B20_DQ_OUT=1;//释放总线 
		delay_us(2);                  //延时2us 
	}    
}
}

1. 复位
2. 发送SKIP ROM命令 0xCC
3. 发开始转换命令 0x44
4. 复位
5. 发送SKIP ROM指令 0xCC
6. 发读取存储器命令 0xBE
7. 连续读出两个字节数据
8. 结束

//开始温度转换
void DS18B20_Start()
{ 
        
	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
uint8_t DS18B20_Init()
{ 
        
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.Pin = DS18B20_Port;
	GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//普通输出模式
	GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;//50MHz
	GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;//上拉
	HAL_GPIO_Init(GPIOE, &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()
{ 
        
	uint8_t temp;
	uint8_t 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*10倍
	if(temp)
	{ 
        
		return tem; //返回温度值
	}
	else 
	{ 
        
		return -tem;
	}
}

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。