STM32+Proteus+DS18B20数码管仿真实验

news2025/2/21 0:37:44

1. 实验准备

硬件方面：
- 了解 STM32 单片机的基本原理和使用方法，本实验可选用常见的 STM32F103 系列。
- 熟悉 DS18B20 温度传感器的工作原理和通信协议（单总线协议）。
- 数码管可选用共阴极或共阳极数码管，用于显示温度值。
软件方面：
- 安装 Keil MDK 开发环境，用于编写和编译 STM32 的程序代码。
- 安装 Proteus 仿真软件，用于搭建电路并进行仿真。

2. Proteus 电路搭建

打开 Proteus 软件：新建一个工程，在元件库中搜索并添加以下元件：
- STM32F103R6：作为主控芯片。
- DS18B20：温度传感器。
- 7SEG-MPX4-CC：4 位共阴极数码管。
- 电阻、电容等辅助元件。
连接电路：
- DS18B20 连接：将 DS18B20 的 VDD 引脚连接到 3.3V 电源，GND 引脚接地，DQ 引脚连接到 STM32 的一个 GPIO 引脚（例如 PA0）。
- 数码管连接：将数码管的段选引脚（a - g、dp）连接到 STM32 的一组 GPIO 引脚（例如 PB0 - PB7），位选引脚（COM1 - COM4）连接到另一组 GPIO 引脚（例如 PC0 - PC3）。
- 电源和地：将 STM32 的 VDD 和 VSS 引脚分别连接到 3.3V 电源和地。

3. Keil MDK 代码编写

以下是一个

#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>

// 定义 DS18B20 引脚
#define DS18B20_PORT GPIOA
#define DS18B20_PIN GPIO_Pin_0

// 定义数码管段选和位选端口
#define SEG_PORT GPIOB
#define DIG_PORT GPIOC

// 共阴极数码管段码表
const u8 SEG_CODE[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F};

// 延时函数
void Delay(__IO uint32_t nCount) {
    for (; nCount != 0; nCount--);
}

// DS18B20 初始化
u8 DS18B20_Init(void) {
    u8 presence = 0;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    // 配置 DS18B20 引脚为推挽输出
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DS18B20_PORT, &GPIO_InitStructure);

    // 拉低总线 480 - 960us
    GPIO_ResetBits(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN);
    Delay(500);

    // 释放总线
    GPIO_SetBits(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN);
    Delay(60);

    // 配置为浮空输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(DS18B20_PORT, &GPIO_InitStructure);

    // 检测存在脉冲
    if (!GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN)) {
        presence = 1;
    }
    Delay(480);

    return presence;
}

// 向 DS18B20 写一个字节
void DS18B20_WriteByte(u8 dat) {
    u8 i;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    // 配置为推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DS18B20_PORT, &GPIO_InitStructure);

    for (i = 0; i < 8; i++) {
        GPIO_ResetBits(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN);
        Delay(2);
        if (dat & 0x01) {
            GPIO_SetBits(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN);
        } else {
            GPIO_ResetBits(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN);
        }
        Delay(60);
        GPIO_SetBits(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN);
        dat >>= 1;
    }
}

// 从 DS18B20 读一个字节
u8 DS18B20_ReadByte(void) {
    u8 i, dat = 0;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    for (i = 0; i < 8; i++) {
        // 配置为推挽输出
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20_PIN;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(DS18B20_PORT, &GPIO_InitStructure);

        GPIO_ResetBits(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN);
        Delay(2);
        GPIO_SetBits(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN);

        // 配置为浮空输入
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
        GPIO_Init(DS18B20_PORT, &GPIO_InitStructure);

        if (GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN)) {
            dat |= (0x01 << i);
        }
        Delay(60);
    }
    return dat;
}

// 读取 DS18B20 温度值
float DS18B20_ReadTemp(void) {
    u8 LSB, MSB;
    short temp;
    float temperature;

    if (DS18B20_Init()) {
        DS18B20_WriteByte(0xCC); // 跳过 ROM 操作
        DS18B20_WriteByte(0x44); // 启动温度转换
        Delay(750000); // 等待转换完成

        DS18B20_Init();
        DS18B20_WriteByte(0xCC); // 跳过 ROM 操作
        DS18B20_WriteByte(0xBE); // 读取温度寄存器

        LSB = DS18B20_ReadByte();
        MSB = DS18B20_ReadByte();

        temp = (MSB << 8) | LSB;
        temperature = (float)temp / 16.0;
    } else {
        temperature = -1;
    }
    return temperature;
}

// 数码管显示函数
void DisplayTemp(float temp) {
    u8 digit[4];
    u16 temp_int = (u16)(temp * 10);

    digit[0] = temp_int / 1000;
    digit[1] = (temp_int % 1000) / 100;
    digit[2] = (temp_int % 100) / 10;
    digit[3] = temp_int % 10;

    // 位选和段选
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        GPIO_ResetBits(DIG_PORT, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
        GPIO_SetBits(DIG_PORT, GPIO_Pin_0 << i);
        GPIO_Write(SEG_PORT, SEG_CODE[digit[i]]);
        Delay(1000);
    }
}

int main(void) {
    float temperature;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    // 使能 GPIOB 和 GPIOC 时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

    // 配置数码管段选引脚为推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(SEG_PORT, &GPIO_InitStructure);

    // 配置数码管位选引脚为推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
    GPIO_Init(DIG_PORT, &GPIO_InitStructure);

    while (1) {
        temperature = DS18B20_ReadTemp();
        DisplayTemp(temperature);
    }
}

简单的示例代码，用于读取 DS18B20 的温度数据并显示在数码管上：

4. 代码编译