DS18B20 温度传感器

DS18B20 数字温度传感器提供 9 位至 12 位精度的温度测量，并具有非易失性用户可编程上下触发点报警功能。DS18B20 通过单总线通信，根据定义，只需要一条数据线(和地线)即可与单片机通信。此外，DS18B20 可以直接从数据线获得电源(“寄生电源”)，消除了每个 DS18B20 都有一个唯一的 64 位串行代码，这允许多个 DS18B20 在同一条总线上工作。因此，使用一个微处理器来实现是很简单的。

控制分布在大面积上的许多 ds18b20。可以从此功能中受益的应用包括 HVAC 环境控制，建筑物，设备或机械内部的温度监测系统以及过程监测和控制系统。

模块来源

采购链接：

DS18B20 测温模块 温度传感器模块 DS18B20 开发板

资料下载链接：

https://pan.baidu.com/s/1L83uG8So6k1NG_QznraoFQ

规格参数

工作电压： 3-5.5V

工作电流： 750nA~1.5mA

测量分辨率： 9 位到 12 位可编程分辨率

温度量程: -55 ~ +125 ℃

测量精度： ±0.5 ℃

通信协议： 单总线

管脚数量：3 Pin（2.54mm 间距排针）

移植过程

我们的目标是在天空星 STM32F407 上能够实现读取温度的功能。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现读取数据，再移植至我们的工程。

查看资料

时序说明

初始化：

1. 将总线拉低，保存低电平至少 480us。
2. 转为输入模式，总线被上拉电阻拉高大约 15~60us。
3. 如果初始化成功则会产生一个由 DS18B20 所返回的低电平“0”，持续时间大约 60~240us。
4. DS18B20 释放总线，将总线拉高。

读时序：

1. 将数据线拉低至少 1us。
2. 将数据线转为输入模式，DS18B20 开始采集数据，大约 15us。
3. 18B20 要送出 0 就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出 1 则释放总线为高电平。

注意：所有读时隙必须至少需要 60us，且在两次独立的时隙之间至少需要 1us 的恢复时间。

写时序：

1. 数据线先置低电平“0”，延时 15us。
2. 按从低位到高位的顺序发送数据(一次只发送一位)。
3. 延时 60us。
4. 拉高数据线“1”。
5. 重复 1~4 步骤，直到发送完整的字节。
6. 拉高数据线，释放总线。

寄存器说明

0XCC

主机可以使用此命令同时对总线上的所有设备进行寻址，而无需发送其他的任何地址。 DS18B20 通过发出 0XCC 命令，然后是温度转换命令[44h]来执行同步温度转换。注意，只有在总线上有一个从设备时，Read Scratchpad [BEh]命令才能跟随 Skip ROM 命令。在这种情况下，通过允许主服务器从从服务器读取而不发送设备的 64 位 ROM 代码可以节省时间。如果总线上有多个从设备，那么 Skip ROM 命令后跟 Read Scratchpad 命令将导致数据冲突，因为多个设备将尝试传输数据同时进行。

0X44

该命令为启动单次温度转换。转换后，产生的温度数据存储在地址为【BEh】的 2 字节温度寄存器中。

0XBE

该命令允许主机读取温度寄存器上的内容。数据传输从低位开始，直到读取第 9 个字节(bit8=CRC)。如果只需要温度数据，主机可以在任何时候发出复位以终止读取。

温度换算

温度传感器的分辨率我们可配置为 9、10、11 或 12 位，分别对应于 0.5°C、0.25°C、 0.125°C 和 0.0625°C 的增量。开机时的默认分辨率是 12 位。我们不进行修改，因为分辨率越高就越精准。

例如数据手册中的示例，如当前当前的温度是 +25.0625℃，寄存器读出的高 8 位数据为 0000 0001，低 8 位数据为 1001 0001。将其整合得到 16 位数据：0000 0001 1001 0001。再转换为 10 进制数据为 401。将读取到的数据乘以分辨率即可得到实际温度。

401 * 0.0625 = 25.0625℃

引脚选择

该模块有 3 个引脚

移植至工程

移植步骤中的导入.c 和.h 文件与第二章的第 1 小节【DHT11 温湿度传感器】相同，只是将.c 和.h 文件更改为 bsp_ds18b20.c 与 bsp_ds18b20.h。这里不再过多讲述，移植完成后面修改相关代码。

在文件 bsp_ds18b20.c 中，编写如下代码。

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 * Date           Author       Notes
 * 2024-03-19     LCKFB-LP    first version
 */

#include "bsp_ds18b20.h"
#include "stdio.h"
#include "board.h"


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：bsp_ds18b20_GPIO_Init
 * 函 数 说 明：MLX90614的引脚初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：1未检测到器件   0检测到器件
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
char DS18B20_GPIO_Init(void)
{
    unsigned char ret = 255;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_DQ, ENABLE); // 使能GPIO时钟

    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_DQ;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_Init(PORT_DQ, &GPIO_InitStructure);

    ret = DS18B20_Check();//检测器件是否存在
    return ret;
}



/******************************************************************
 * 函 数 名 称：DS18B20_Read_Byte
 * 函 数 说 明：从DS18B20读取一个字节
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：读取到的字节数据
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
uint8_t DS18B20_Read_Byte(void)
{
        uint8_t i=0,dat=0;

        for (i=0;i<8;i++)
        {
        DQ_OUT();//设置为输入模式
        DQ(0); //拉低
        delay_us(2);
        DQ(1); //释放总线
        DQ_IN();//设置为输入模式
        delay_us(12);
        dat>>=1;
        if( DQ_GET() )
        {
            dat=dat|0x80;
        }
        delay_us(50);
     }
        return dat;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：DS18B20_Write_Byte
 * 函 数 说 明：写一个字节到DS18B20
 * 函 数 形 参：dat：要写入的字节
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void DS18B20_Write_Byte(uint8_t dat)
{
        uint8_t i;
        DQ_OUT();//设置输出模式
        for (i=0;i<8;i++)
        {
                if ( (dat&0x01) ) //写1
                {
                        DQ(0);
                        delay_us(2);
                        DQ(1);
                        delay_us(60);
                }
                else //写0
                {
                        DQ(0);//拉低60us
                        delay_us(60);
                        DQ(1);//释放总线
                        delay_us(2);
                }
        dat=dat>>1;//传输下一位
        }
}



/******************************************************************
 * 函 数 名 称：DS18B20_Check
 * 函 数 说 明：检测DS18B20是否存在
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：1:未检测到DS18B20的存在  0:存在
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
uint8_t DS18B20_Check(void)
{
        uint8_t timeout=0;
    //复位DS18B20
        DQ_OUT(); //设置为输出模式
        DQ(0); //拉低DQ
        delay_us(750); //拉低750us
        DQ(1); //拉高DQ
        delay_us(15);  //15us

    //设置为输入模式
        DQ_IN();
    //等待拉低，拉低说明有应答
        while ( DQ_GET() &&timeout<200)
        {
                timeout++;//超时判断
                delay_us(1);
        };
        //设备未应答
        if(timeout>=200)
                return 1;
        else
                timeout=0;

        //等待18B20释放总线
        while ( !DQ_GET() &&timeout<240)
        {
                timeout++;//超时判断
                delay_us(1);
        };
    //释放总线失败
        if(timeout>=240)
                return 1;

        return 0;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：DS18B20_Start
 * 函 数 说 明：DS18B20开始温度转换
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void DS18B20_Start(void)
{
        DS18B20_Check();                //查询是否有设备应答
        DS18B20_Write_Byte(0xcc);   //对总线上所有设备进行寻址
        DS18B20_Write_Byte(0x44);   //启动温度转换
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：DS18B20_GetTemperture
 * 函 数 说 明：从ds18b20得到温度值
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：温度数据
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
float DS18B20_GetTemperture(void)
{
        uint16_t temp;
        uint8_t dataL=0,dataH=0;
        float value;

        DS18B20_Start();
        DS18B20_Check();
        DS18B20_Write_Byte(0xcc);//对总线上所有设备进行寻址
        DS18B20_Write_Byte(0xbe);// 读取数据命令
        dataL=DS18B20_Read_Byte(); //LSB
        dataH=DS18B20_Read_Byte(); //MSB
        temp=(dataH<<8)+dataL;//整合数据


        if(dataH&0X80)//高位为1，说明是负温度
        {
                temp=(~temp)+1;
                value=temp*(-0.0625);
        }
        else
        {
                value=temp*0.0625;
        }
        return value;
}

在文件 bsp_ds18b20.h 中，编写如下代码。

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 */
#ifndef _BSP_DS18B20_H_
#define _BSP_DS18B20_H_

#include "stm32f4xx.h"


//端口移植
#define RCC_DQ          RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define PORT_DQ         GPIOB
#define GPIO_DQ         GPIO_Pin_0


//设置DQ输出模式
#define DQ_OUT()  {        \
                        GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; \
                        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_DQ; \
                        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; \
                        GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; \
                        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; \
                        GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; \
                        GPIO_Init(PORT_DQ, &GPIO_InitStructure); \
                                  }
//设置DQ输入模式
#define DQ_IN()   {        \
                        GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; \
                        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_DQ; \
                        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN; \
                        GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; \
                        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; \
                        GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; \
                        GPIO_Init(PORT_DQ, &GPIO_InitStructure); \
                   }
//获取DQ引脚的电平变化
#define DQ_GET()        GPIO_ReadInputDataBit(PORT_DQ, GPIO_DQ)
//DQ输出
#define DQ(x)           GPIO_WriteBit(PORT_DQ, GPIO_DQ, (x?Bit_SET:Bit_RESET))

void DS18B20_Reset(void);
uint8_t DS18B20_Check(void);
char DS18B20_GPIO_Init(void);
void DS18B20_Start(void);
float DS18B20_GetTemperture(void);
#endif

移植验证

在自己工程中的 main 主函数中，编写如下。

/*
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 Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-03-19     LCKFB-LP    first version
 */
#include "board.h"
#include "bsp_uart.h"
#include <stdio.h>
#include "bsp_ds18b20.h"

int main(void)
{

    board_init();

    uart1_init(115200U);

    DS18B20_GPIO_Init();
    while(1)
    {
        printf("温度 = %.2f\r\n\n", DS18B20_GetTemperture() );
        delay_ms(1000);
    }


}

上电现象（手心温度 36 度、37 度左右）：

代码下载

链接在开发板介绍章节的离线资料下载！！