STM32-HAL库 驱动DS18B20温度传感器 -- 2024.10.8

news2024/10/9 2:41:02

目录

一、教程简介

二、驱动理论讲解

三、CubeMX生成底层代码

四、Keil5编写代码

五、实验结果

一、教程简介

        本教程面向初学者，只介绍DS18B20的常用功能，但也能满足大部分的运用需求。跟着本教程操作，可在10分钟内解决DS18b20通信难题。

二、驱动理论讲解

        DS18b20支持多传感器共用一个引脚，但本教程只教使用一个温湿度传感器。使用DS18b20可分为下面两个步骤进行

（一）初始化：

        1、将引脚初始化为推挽输出、上拉。

        2、发送复位脉冲：引脚输出大于480us的低电平复位信号（建议600us），延时600us之后，需将引脚拉高并延时15us。

        3、检测存在脉冲：将引脚设置为上拉输入，并检测低电平到来的时间，若超过100us还没检测到低电平，则初始化失败。检测到低电平后开始计算时间，若低超过240us还没检测到高电平，则初始化失败。

（二）获取温度：

        1、配置单DS18b20模式：重复初始化操作后发送命令：0xCC

        2、发送温度转换命令：发送0x44

        3、配置单DS18b20模式：重复初始化操作后发送命令：0xCC

        4、发送读取命令：发送0xBE

        5、接收两个字节的温度数据

三、CubeMX生成底层代码

1、芯片选择：这里选用STM32F103C8t6

 2、配置Debug模式

3、 配置外部高速时钟

4、 配置时钟速率

5、 配置DS18b20引脚

6、配置串口

7、输出工程文件

四、Keil5编写代码

1、ds18b20.c 代码

/* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
#include "ds18b20.h"

/**
  * 函数功能: DS18B20 初始化函数
  * 返 回 值: 1为初始化失败，0为初始化成功
  */
uint8_t DS18B20_Init(void)
{
  DS18B20_Mode_Out_PP();            //推挽输出模式
        
  DS18B20_Dout_HIGH();  						//输出高电平
        
  DS18B20_Rst();        						//输出复位脉冲
  
  return DS18B20_Presence ();  			//返回响应情况
}


/**
  * 函数功能: 使DS18B20-DATA引脚变为上拉输入模式
  */
static void DS18B20_Mode_IPU(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  
  /* 串口外设功能GPIO配置 */
  GPIO_InitStruct.Pin   = DS18b20_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode  = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull  = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(DS18b20_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
        
}

/**
  * 函数功能: 使DS18B20-DATA引脚变为推挽输出模式
  */
static void DS18B20_Mode_Out_PP(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  
  /* 串口外设功能GPIO配置 */
  GPIO_InitStruct.Pin = DS18b20_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(DS18b20_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);          
}

/**
  * 函数功能: 主机给从机发送复位脉冲
  */
static void DS18B20_Rst(void)
{
   DS18B20_Mode_Out_PP(); /* 主机设置为推挽输出 */
   DS18B20_Dout_LOW();    /* 主机输出低电平 */
   DS18B20_Delay(750);    /* 主机至少产生480us的低电平复位信号 */
   DS18B20_Dout_HIGH();   /* 主机在产生复位信号后，需将总线拉高 */
   DS18B20_Delay(15);     /* 从机接收到主机的复位信号后，会在15~60us后给主机发一个存在脉冲 */
}

/**
  * 函数功能: 检测从机给主机返回的存在脉冲
  * 返 回 值: 0：成功，1：失败
  */

static uint8_t DS18B20_Presence(void)
{
   uint8_t pulse_time = 0;
   /* 主机设置为上拉输入 */
   DS18B20_Mode_IPU();
   
   /* 等待存在脉冲的到来，存在脉冲为一个60~240us的低电平信号 
    * 如果存在脉冲没有来则做超时处理，从机接收到主机的复位信号后，会在15~60us后给主机发一个存在脉冲
    */
   while( DS18B20_Data_IN() && pulse_time<100 )
   {
      pulse_time++;
      DS18B20_Delay(1);
   }        
   /* 经过100us后，存在脉冲都还没有到来*/
   if( pulse_time >=100 )
      return 1;
   else
      pulse_time = 0;
   
   /* 存在脉冲到来，且存在的时间不能超过240us */
   while( !DS18B20_Data_IN() && pulse_time<240 )
   {
       pulse_time++;
       DS18B20_Delay(1);
   }        
   if( pulse_time >=240 )
       return 1;
   else
       return 0;
}

/**
  * 函数功能: 从DS18B20读取一个bit
  * 返 回 值: 读取到的数据
  */
static uint8_t DS18B20_ReadBit(void)
{
   uint8_t dat;
   
   /* 读0和读1的时间至少要大于60us */        
   DS18B20_Mode_Out_PP();
   /* 读时间的起始：必须由主机产生 >1us <15us 的低电平信号 */
   DS18B20_Dout_LOW();
   DS18B20_Delay(10);
   
   /* 设置成输入，释放总线，由外部上拉电阻将总线拉高 */
   DS18B20_Mode_IPU();
   //Delay_us(2);
   
   if( DS18B20_Data_IN() == SET )
           dat = 1;
   else
           dat = 0;
   
   /* 这个延时参数请参考时序图 */
   DS18B20_Delay(45);
   
   return dat;
}

/**
  * 函数功能: 从DS18B20读一个字节，低位先行
  * 返 回 值: 读到的数据
  */
static uint8_t DS18B20_ReadByte(void)
{
   uint8_t i, j, dat = 0;        
   for(i=0; i<8; i++) 
   {
      j = DS18B20_ReadBit();                
      dat = (dat) | (j<<i);
   }
   return dat;
}

/**
  * 函数功能: 写一个字节到DS18B20，低位先行
  * 输入参数: dat：待写入数据
  */
static void DS18B20_WriteByte(uint8_t dat)
{
   uint8_t i, testb;
   DS18B20_Mode_Out_PP();
   for( i=0; i<8; i++ )
   {
      testb = dat&0x01;
      dat = dat>>1;                
      /* 写0和写1的时间至少要大于60us */
      if (testb)
      {                        
         DS18B20_Dout_LOW();
         /* 1us < 这个延时 < 15us */
         DS18B20_Delay(8);
         
         DS18B20_Dout_HIGH();
         DS18B20_Delay(58);
      }           
      else
      {                   
         DS18B20_Dout_LOW();
         /* 60us < Tx 0 < 120us */
         DS18B20_Delay(70);
         
         DS18B20_Dout_HIGH();                
         /* 1us < Trec(恢复时间) < 无穷大*/
         DS18B20_Delay(2);
      }
   }
}

/**
  * 函数功能: 跳过匹配 DS18B20 ROM
  */
static void DS18B20_SkipRom ( void )
{
   DS18B20_Rst();                   
   DS18B20_Presence();                 
   DS18B20_WriteByte(0XCC);                /* 跳过 ROM */        
}

/**
  * 函数功能: 获取 DS18B20 温度值 
  * 返 回 值: 浮点型温度值
  */
float DS18B20_GetTemp_SkipRom ( void )
{
   uint8_t tpmsb, tplsb;
   short s_tem;
   float f_tem;
   
   DS18B20_SkipRom ();
   DS18B20_WriteByte(0X44);                                /* 开始转换 */
   
   DS18B20_SkipRom ();
	 DS18B20_WriteByte(0XBE);                                /* 读温度值 */
   
   tplsb = DS18B20_ReadByte();                 
   tpmsb = DS18B20_ReadByte(); 
   
   s_tem = tpmsb<<8;
   s_tem = s_tem | tplsb;
   
   if( s_tem < 0 )                /* 负温度 */
     f_tem = (~s_tem+1) * 0.0625;        
   else
     f_tem = s_tem * 0.0625;
   
   return f_tem;         
}

/**
  * 微妙延时函数
  * 全系列通用，只需要将宏定义CPU_FREQUENCY_MHZ根据时钟主频修改即可。
  * 系统滴答定时器是HAL库初始化的，且必须有HAL库初始化。
  */
#define CPU_FREQUENCY_MHZ   (int)(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000000)		// 自动获取STM32时钟主频
void DS18B20_Delay(__IO uint32_t delay)  
{
   int last, curr, val;
   int temp;

   while (delay != 0)
   {
      temp = delay > 900 ? 900 : delay;
      last = SysTick->VAL;
      curr = last - CPU_FREQUENCY_MHZ * temp;
      if (curr >= 0)
      {
         do
         {
             val = SysTick->VAL;
         }
         while ((val < last) && (val >= curr));
      }
      else
      {
         curr += CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000;
         do
         {
             val = SysTick->VAL;
         }
         while ((val <= last) || (val > curr));
      }
      delay -= temp;
    }
}

2、ds18b20.h 代码

#ifndef __DS18B20_H
#define __DS18B20_H

/* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"

/* 引脚操作函数宏定义 --------------------------------------------------------*/
#define DS18B20_Dout_LOW()               HAL_GPIO_WritePin(DS18b20_GPIO_Port,DS18b20_Pin,GPIO_PIN_RESET) 
#define DS18B20_Dout_HIGH()              HAL_GPIO_WritePin(DS18b20_GPIO_Port,DS18b20_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define DS18B20_Data_IN()                HAL_GPIO_ReadPin(DS18b20_GPIO_Port,DS18b20_Pin)

/* 函数声明 ------------------------------------------------------------------*/
void 		DS18B20_Rst(void);
void 		DS18B20_SkipRom(void);
void 		DS18B20_Mode_IPU(void);
void 		DS18B20_Mode_Out_PP(void);
void 		DS18B20_WriteByte(uint8_t dat);
void 		DS18B20_Delay(__IO uint32_t delay);
float   DS18B20_GetTemp_SkipRom(void);
uint8_t DS18B20_Init(void);
uint8_t DS18B20_ReadBit(void);
uint8_t DS18B20_Presence(void);
uint8_t DS18B20_ReadByte(void);

#endif

3、main.c 参考调用代码

/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "ds18b20.h"
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
char  Tx_Buf[30] = {0};
float Temp = 0;
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	while(DS18B20_Init())
	{
		HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)"DS18b20初始化失败\r\n",19,100);
		HAL_Delay(1000);
	}
	HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)"DS18b20初始化成功\r\n",19,100);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
		Temp = DS18B20_GetTemp_SkipRom();
		sprintf(Tx_Buf,"温度：%0.3f \r\n",Temp);
		HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)Tx_Buf,15,100);
		HAL_Delay(1000);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

五、实验结果

        通过本驱动使用DS18b20测量出来的环境温度，与米家温湿度计测量的结果仅仅相差0.012摄氏度，测量精度非常可观。

 六、特别说明

  • 同学们在操作的过程中遇到的问题可在评论区留言，我看到后会第一时间回复。
  • 想看其他传感器的教程也可在评论区留言，我会按照大家的需求来修改教程内容。
  • 若您觉得本教程对您有所帮助，请点赞、收藏，这是我持续更新的最大动力，感谢您！

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