一、環境介紹
程式設計軟體: keil5
作業系統: win10
MCU型号: STM32F103C8T6
STM32程式設計方式: 寄存器開發 (友善程式移植到其他單片機)
溫度傳感器： DS1820
DS18B20是一個數字溫度傳感器，采用的是單總線時序與主機通信，隻需要一根線就可以完成溫度資料讀取；
DS18B20内置了64位産品序列号，友善識别身份，在一根線上可以挂接多個DS18B20傳感器，通過64位身份驗證，可以分别讀取來至不同傳感器采集的溫度資訊。
二、DS18B20介紹
2.1 DS18B20 的主要特征
1. 全數字溫度轉換及輸出。
2. 先進的單總線資料通信。
3. 最高 12 位分辨率，精度可達土 0.5 攝氏度。
4. 12 位分辨率時的最大工作周期為 750 毫秒。
5. 可選擇寄生工作方式。
6. 檢測溫度範圍為–55° C ~+125° C (–67° F ~+257° F)
7. 内置 EEPROM，限溫報警功能。
8. 64位光刻 ROM，内置産品序列号，友善多機挂接。
9. 多樣封裝形式，适應不同硬體系統。
2.2 DS18B20 引腳功能
GND 電壓地
DQ 單資料總線
VDD 電源電壓
NC 空引腳
2.3 DS18B20 工作原理及應用
DS18B20 的溫度檢測與數字資料輸出全內建于一個晶片之上，進而抗幹擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和資料處理。
18B20 共有三種形态的存儲器資源，它們分别是：ROM 隻讀存儲器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（DS18B20 的編碼是19H），後面 48 位是晶片唯一的序列号，最後 8 位是以上 56 的位的 CRC 碼（備援校驗）。資料在出産時設定不由使用者更改，DS18B20 一共有 64 位 ROM。
RAM 資料暫存器，用于内部計算和資料存取，資料在掉電後丢失， DS18B20 共 9 個位元組 RAM，每個位元組為 8 位。第 1、 2 個位元組是溫度轉換後的資料值資訊，第 3、 4 個位元組是使用者 EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電複位時其值将被重新整理。第 5 個位元組則是使用者第 3 個 EEPROM的鏡像。第 6、 7、 8 個位元組為計數寄存器，是為了讓使用者得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是内部溫度轉換、計算的暫存單元。第 9 個位元組為前 8 個位元組的 CRC 碼。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要儲存的資料，上下限溫度報警值和校驗資料，DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以友善使用者操作。
DS18B20預設工作在12位分辨率模式，轉換後得到的12位資料，存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中(最前面的兩個位元組)，二進制中的前面5位是符号位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，隻要将測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。或者使用位運算方式提取溫度: 小數位是占用的是低4位，高位是整數位(不考慮負數情況)。
2.4 DS18B20 晶片 ROM 指令表
1. Read ROM（讀 ROM） [33H] （方括号中的為 16 進制的指令字）
這個指令允許總線控制器讀到 DS18B20 的 64 位 ROM。隻有當總線上隻存在一個 DS18B20 的時候才可以使用此指令，如果挂接不隻一個，當通信時将會發生資料沖突
2. atch ROM（指定比對晶片） [55H]
這個指令後面緊跟着由控制器發出了 64 位序列号，當總線上有多隻 DS18B20 時，隻有與控制發出的序列号相同的晶片才可以做出反應，其它晶片将等待下一次複位。這條指令适應單晶片和多晶片挂接。
3. Skip ROM（跳躍 ROM 指令） [CCH]
這條指令使晶片不對 ROM 編碼做出反應，在單總線的情況之下，為了節省時間則可以選用此指令。如果在多晶片挂接時使用此指令将會出現資料沖突，導緻錯誤出現。
4. Search ROM（搜尋晶片） [F0H]
在晶片初始化後，搜尋指令允許總線上挂接多晶片時用排除法識别所有器件的 64 位 ROM。
5. Alarm Search（報警晶片搜尋） [ECH]
在多晶片挂接的情況下，報警晶片搜尋指令隻對附合溫度高于 TH 或小于 TL 報警條件的晶片做出反應。隻要晶片不掉電，報警狀态将被保持，直到再一次測得溫度什達不到報警條件為止。
6. Write Scratchpad （向 RAM 中寫資料） [4EH]
這是向 RAM 中寫入資料的指令，随後寫入的兩個位元組的資料将會被存到位址 2（報警 RAM 之 TH）和位址 3（報警 RAM 之 TL）。寫入過程中可以用複位信号中止寫入。
7. Read Scratchpad （從 RAM 中讀資料） [BEH]
此指令将從 RAM 中讀資料，讀位址從位址 0 開始，一直可以讀到位址 9，完成整個 RAM 資料的讀出。晶片允許在讀過程中用複位信号中止讀取，即可以不讀後面不需要的位元組以減少讀取時間。
8. Copy Scratchpad （将 RAM 資料複制到 EEPROM 中） [48H]
此指令将 RAM 中的資料存入 EEPROM 中，以使資料掉電不丢失。此後由于晶片忙于 EEPROM 儲存處理，當控制器發一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線将輸出“1”。
在寄生工作方式時必須在發出此指令後立刻超用強上拉并至少保持 10MS，來維持晶片工作。
9. Convert T（溫度轉換） [44H]
收到此指令後晶片将進行一次溫度轉換，将轉換的溫度值放入 RAM 的第 1、 2 位址。此後由于晶片忙于溫度轉換處理，當控制器發一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線将輸出“1”。在寄生工作方式時必須在發出此指令後立刻超用強上拉并至少保持 500MS，來維持晶片工作。
10. Recall EEPROM（将 EEPROM 中的報警值複制到 RAM） [B8H]
此指令将 EEPROM 中的報警值複制到 RAM 中的第 3、 4 個位元組裡。由于晶片忙于複制處理，當控制器發一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線将輸出“1”。另外，此指令将在晶片上電複位時将被自動執行。這樣 RAM 中的兩個報警位元組位将始終為 EEPROM 中資料的鏡像。
11. Read Power Supply（工作方式切換） [B4H]
此指令發出後發出讀時間隙，晶片會傳回它的電源狀态字，“0”為寄生電源狀态，“1”為外部電源狀态。
2.5 DS18B20時序圖
2.5.1 DS18B20 複位及應答關系示意圖
每一次通信之前必須進行複位，複位的時間、等待時間、回應時間應嚴格按時序程式設計。
DS18B20 讀寫時間隙：DS18B20的資料讀寫是通過時間隙處理位和指令字來确認資訊交換的。
2.5.2 向DS18B20寫資料0和資料1 在寫資料時間隙的前 15uS 總線需要是被控制器拉置低電平，而後則将是晶片對總線資料的采樣時間，采樣時間在 15~60uS，采樣時間内如果控制器将總線拉高則表示寫“1”，如果控制器将總線拉低則表示寫“0”。
每一位的發送都應該有一個至少 15uS的低電平起始位，随後的資料“0”或“1”應該在 45uS 内完成。
整個位的發送時間應該保持在 60~120uS，否則不能保證通信的正常。
注意: DS18B20讀寫資料都是從低位開始傳輸。
2.5.3 從DS18B20讀資料0和資料1
讀時間隙時控制時的采樣時間應該更加的精确才行，讀時間隙時也是必須先由主機産生至少1uS的低電平，表示讀時間的起始。随後在總線被釋放後的 15uS 中 DS18B20 會發送内部資料位，這時控制如果發現總線為高電平表示讀出“1”，如果總線為低電平則表示讀出資料“0”。每一位的讀取之前都由控制器加一個起始信号。
注意：必須在讀間隙開始的 15uS 内讀取資料位才可以保證通信的正确。
在通信時是以 8 位“0”或“1”為一個位元組，位元組的讀或寫是從低位開始的。
2.5.4 讀取一次溫度的順序(總線上隻有單個DS18B20情況)
1. 發送複位信号
2. 檢測回應信号
3. 發送0xCC
4. 發送0x44
5. 發送複位信号
6. 檢測回應信号
7. 寫0xcc
8. 寫0xbe
9. 循環8次讀取溫度低位元組
10. 循環8次讀取溫度高位元組
11. 合成16位溫度資料，處理
三、驅動代碼
3.1 DS18B20.c
#include "ds18b20.h"
/*
函數功能: DS18B20初始化
硬體連接配接: PB15
*/
void DS18B20_Init(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<3; //PB
GPIOB->CRH&=0x0FFFFFFF;
GPIOB->CRH|=0x30000000;
GPIOB->ODR|=1<<15; //上拉
}
/*
函數功能: 檢測DS18B20裝置是否存在
傳回值 : 1表示裝置不存在 0表示裝置正常
*/
u8 DS18B20_CheckDevice(void) //包含了複位脈沖、檢測存在脈沖
{
DS18B20_OUTPUT_MODE();//初始化為輸出模式
DS18B20_OUT=0; //産生複位脈沖
DelayUs(750); //産生750us的低電平
DS18B20_OUT=1; //釋放總線
DelayUs(15); //等待DS18B20回應
if(DS18B20_CleckAck())//檢測存在脈沖
{
return 1;
}
return 0;
}
/*
函數功能: 檢測DS18B20裝置的存在脈沖
傳回值 : 1表示錯誤 0表示正常
*/
u8 DS18B20_CleckAck(void)
{
u8 cnt=0;
DS18B20_INPUT_MODE();//初始化為輸入模式
while(DS18B20_IN&&cnt<200) //等待DS18B20響應存在脈沖
{
DelayUs(1);
cnt++;
}
if(cnt>=200)return 1; //錯誤
cnt=0;
while((!DS18B20_IN)&&cnt<240) //等待DS18B20釋放總線
{
DelayUs(1);
cnt++;
}
if(cnt>=240)return 1; //錯誤
return 0;
}
/*
函數功能: 寫一個位元組
首先學會如何寫一個位。
*/
void DS18B20_WriteByte(u8 cmd)
{
u8 i;
DS18B20_OUTPUT_MODE(); //初始化為輸出模式
for(i=0;i<8;i++)
{
DS18B20_OUT=0; //産生寫時間間隙(寫開始)
DelayUs(2);
DS18B20_OUT=cmd&0x01; //發送實際的資料位
DelayUs(60); //等待寫完成
DS18B20_OUT=1; //釋放總線，準備下一次發送
cmd>>=1; //繼續發送下一位資料
}
}
/*
函數功能: 讀一個位元組
首先學會如何讀一個位。
*/
u8 DS18B20_ReadByte(void)
{
u8 i,data=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
DS18B20_OUTPUT_MODE(); //初始化為輸出模式
DS18B20_OUT=0; //産生讀時間間隙(讀開始)
DelayUs(2);
DS18B20_OUT=1; //釋放總線
DS18B20_INPUT_MODE(); //初始化為輸入模式
DelayUs(8); //等待DS18B20的資料輸出
data>>=1; //高位補0，預設以0為準
if(DS18B20_IN) data|=0x80;
DelayUs(60);
DS18B20_OUT=1; //釋放總線,等待讀取下一位資料
}
return data;
}
/*
函數功能: 讀取一次DS18B20的溫度資料
返 回 值: 讀取的溫度資料
考慮的情況: 總線上隻是接了一個DS18B20的情況
*/
u16 DS18B20_ReadTemp(void)
{
u16 temp=0;
u8 temp_H,temp_L;
DS18B20_CheckDevice(); //發送複位脈沖、檢測存在脈沖
DS18B20_WriteByte(0xCC); //跳過ROM序列檢測
DS18B20_WriteByte(0x44); //啟動一次溫度轉換
//等待溫度轉換完成
while(DS18B20_ReadByte()!=0xFF){}
DS18B20_CheckDevice(); //發送複位脈沖、檢測存在脈沖
DS18B20_WriteByte(0xCC); //跳過ROM序列檢測
DS18B20_WriteByte(0xBE); //讀取溫度
temp_L=DS18B20_ReadByte(); //讀取的溫度低位資料
temp_H=DS18B20_ReadByte(); //讀取的溫度高位資料
temp=temp_L|(temp_H<<8); //合成溫度
return temp;
}
3.2 DS18B20.h
#ifndef DS18B20_H
#define DS18B20_H
#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "ds18b20.h"
#include "usart.h"
/*封裝接口*/
//初始化DS18B20為輸入模式
#define DS18B20_INPUT_MODE() {GPIOB->CRH&=0x0FFFFFFF;GPIOB->CRH|=0x80000000;}
//初始化DS18B20為輸出模式
#define DS18B20_OUTPUT_MODE(){GPIOB->CRH&=0x0FFFFFFF;GPIOB->CRH|=0x30000000;}
//DS18B20 IO口輸出
#define DS18B20_OUT PBout(15)
//DS18B20 IO口輸入
#define DS18B20_IN PBin(15)
//函數聲明
u8 DS18B20_CleckAck(void);
u8 DS18B20_CheckDevice(void);
void DS18B20_Init(void);
u16 DS18B20_ReadTemp(void);
u8 DS18B20_ReadByte(void);
void DS18B20_WriteByte(u8 cmd);
#endif 3.3 延時函數
/*
函數功能: 延時us機關
*/
void DelayUs(int us)
{
#ifdef _SYSTICK_IRQ_
int i,j;
for(i=0;i<us;i++)
for(j=0;j<72;j++);
#else
u32 tmp;
SysTick->VAL=0; //CNT計數器值
SysTick->LOAD=9*us; //9表示1us
SysTick->CTRL|=1<<0; //開啟定時器
do
{
tmp=SysTick->CTRL; //讀取狀态
}while((!(tmp&1<<16))&&(tmp&1<<0));
SysTick->VAL=0; //CNT計數器值
SysTick->CTRL&=~(1<<0); //關閉定時器
#endif
} 3.4 main.c 調用DS18B20讀取溫度列印到序列槽
#include "stm32f10x.h"
#include "ds18b20.h"
u8 DS18B20_ROM[8]; //存放DS18B20的64為ROM編碼
int main(void)
{
u16 temp;
USARTx_Init(USART1,72,115200);//序列槽1的初始化
DS18B20_Init(); //DS18B20初始化
/*1. 讀取DS18B20的64位ROM編碼*/
//發送複位脈沖、檢測存在脈沖
while(DS18B20_CheckDevice())
{
printf("DS18B20裝置不存在!\n");
DelayMs(500);
}
//發送讀取64為ROM編碼的指令
DS18B20_WriteByte(0x33);
//循環讀取64位ROM編碼
for(i=0;i<8;i++)
{
DS18B20_ROM[i]= DS18B20_ReadByte();
printf("DS18B20_ROM[%d]=0x%X\n",i,DS18B20_ROM[i]);
}
while(1)
{
/*2. 同時操作總線上所有的DS18B20開始轉換溫度*/
DS18B20_CheckDevice(); //發送複位脈沖、檢測存在脈沖
DS18B20_WriteByte(0xCC); //跳過ROM序列檢測
DS18B20_WriteByte(0x44); //啟動一次溫度轉換(讓總線上所有的DS18B20都轉換溫度)
DelayMs(500); //等待線上所有的DS18B20溫度轉換完成
/*3. 單個針對性讀取每個DS18B20的溫度*/
DS18B20_CheckDevice(); //發送複位脈沖、檢測存在脈沖
DS18B20_WriteByte(0x55); //發送比對ROM的指令
for(i=0;i<8;i++) //發送64位編碼
{
DS18B20_WriteByte(DS18B20_ROM[i]);
}
DS18B20_WriteByte(0xBE); //讀取溫度
temp=DS18B20_ReadByte(); //讀取的溫度低位資料
temp|=DS18B20_ReadByte()<<8; //讀取的溫度高位資料
printf("temp1=%d.%d\n",temp>>4,temp&0xF);
printf("temp2=%f\n",temp*0.0625);
DelayMs(500);
}
}