STM32F4 HAL库开发 -- 温度传感器（DS18B20）

时间：2022-10-30 23:00:01 温度传感器外形结构电子温度传感器怎么样电子设备温度传感器温度双传感器 hal880传感器 240f传感器

参见：嵌入式-STM32开发指南第三部分外设篇 - 第2章温度传感器DS18B20
这篇文章非常详细。

一、简介

1、概述

DS18B20 是 DALLAS 最新的单线数字温度传感器，新的"一线器件"体积小，适用电压宽，经济。Dallas 半导体公司的数字温度传感器 DS1820 是世界上第一个支持 "一线总线"接口温度传感器。

DS18B20采用的单总线协议，也就是只需占用主机一个I/O直接将环境温度转换为数字信号，无需其他外围电路，使用户能够轻松构建传感器网络，为测量系统的构建引入新的概念。另外，以"一线总线"数字传输大大提高了系统的抗干扰性。适用于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备或工艺控制、温度测量消费电子产品等。

2、特性

(1) 具有独特的单总线接口，与主机主需要一条线实现双向通信；
(2) 测温范围为-55 125℃，在-10 85℃时，精度为±0.5℃；
(3) 可编程的分辨率为 9~12 对应的可分辨温度为 0.5℃、0.25℃、0.125℃和 0.0625℃；
(4) 在9 位分辨率最多为93.75ms 将温度值转换为12个数字最多在位分辨率时 750ms 将温度值转换为数字；
(5) 负压特性，当电源极性反转时，温度计不会因发热而燃烧，但不能正常工作。
(6) 工作电压范围宽，电压范围3.0~5.5V，也可以用数据线供电；
(7) 支持多点组网，多个组网DS18B多点网测温可并联实现。值得注意的是，如果数量过多，需要解决供电问题，否则电压过低会导致信号传输不稳定；
(8) 测量结果采用数字信号输出CRC验证，抗干扰和纠错能力强。

3、外形结构

DS18B20 内部结构主要由六四部分组成：位光刻 ROM、温度传感器、非挥发性温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 管脚排列如下图所示。
在这里插入图片描述
与操作有关的有：64位光刻ROM、9个字节的RAM存储器、温度传感器、EERPOM(温度报警寄存器TH和TL、配置寄存器)

二、HAL库完整代码

/* Includes*********************************************************************/ #include "stm32f103_DS18B20.h"  /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/ /* Private define ------------------------------------------------------------*/ /* Private macro -------------------------------------------------------------*/ /* Private variables ---------------------------------------------------------*/ /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/ /* Private functions ---------------------------------------------------------*/ static void DS18B20_Mode_IPU(void); static void DS18B20_Mode_Out_PP(void); static void DS18B20_Rst(void); static uint8_t DS18B20_Presence(void); static uint8_t DS18B20_ReadBit(void); static uint8_t DS18B20_ReadByte(void); static void DS18B20_WriteByte(uint8_t dat); static void DS18B20_SkipRom(void); static void DS18B20_MatchRom(void); #define CPU_FREQUENCY_MHZ 72 // STM32时钟主频 void delay_us(__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; } } static void delay_us_bak(uint16_t time) { 
          uint8_t i; while(time) { 
          for (i = 0; i < 10; i++) { 
          } time--; } } /** * @brief DS18B20 初始化函数 * @param None * @retval None */ uint8_t DS18B20_Init(void) { 
          DS18B20_Dout_GPIO_CLK_ENABLE(); DS18B20_Mode_Out_PP(); DS18B20_Dout_HIGH(); DS18B20_Rst(); return DS18B20_Presence (); } /** * @brief 使DS18B20-DATA引脚变为上拉输入模式 * @param None * @retval None */ static void DS18B20_Mode_IPU(void) { 
          GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; /* 串口外设功能GPIO配置 */ GPIO_InitStruct.Pin = DS18B20_Dout_PIN; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(DS18B20_Dout_PORT, &GPIO_InitStruct); } /** * @brief 使DS18B20-DATA引脚变为推挽输出模式 * @param None * @retval None */ static void DS18B20_Mode_Out_PP(void) { 
          GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; /* 串口外设功能GPIO配置 */ GPIO_InitStruct.Pin = DS18B20_Dout_PIN; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(DS18B20_Dout_PORT, &GPIO_InitStruct); } /** * @brief 主机给从机发送复位脉冲 * @param None * @retval None */ static void DS18B20_Rst(void) { 
          /* 主机设置为推挽输出 */ DS18B20_Mode_Out_PP(); DS18B20_Dout_LOW(); /* 主机至少产生480us的低电平复位信号 */ delay_us(750); /* 主机在产生复位信号后，需将总线拉高 */ DS18B20_Dout_HIGH(); /*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*/ delay_us(15); } /** * @brief 检测从机给主机返回的存在脉冲 * @param None * @retval 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++; delay_us(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++; delay_us(1); } if( pulse_time >=240 ) return 1; else return 0; } /** * @brief 从DS18B20读取一个bit * @param None * @retval 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(); delay_us(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 */ delay_us(45); return dat; } /** * @brief 从DS18B20读一个字节，低位先行 * @param None * @retval 读取到的数据 */ 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; } /** * @brief 写一个字节到DS18B20，低位先行 * @param dat：待写入数据 * @retval None */ 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 */ delay_us(8); DS18B20_Dout_HIGH(); delay_us(58); } else { 
          DS18B20_Dout_LOW(); /* 60us < Tx 0 < 120us */ delay_us(70); DS18B20_Dout_HIGH(); /* 1us < Trec(恢复时间) < 无穷大*/ delay_us(2); } } } /** * @brief 跳过匹配 DS18B20 ROM * @param None * @retval None */ static void DS18B20_SkipRom ( void ) { 
          DS18B20_Rst(); DS18B20_Presence(); DS18B20_WriteByte(0XCC); /* 跳过 ROM */ } /** * @brief 执行匹配 DS18B20 ROM * @param None * @retval None */ static void DS18B20_MatchRom ( void ) { 
          DS18B20_Rst(); DS18B20_Presence(); DS18B20_WriteByte(0X55); /* 匹配 ROM */ } /* * 存储的温度是16 位的带符号扩展的二进制补码形式 * 当工作在12位分辨率时，其中5个符号位，7个整数位，4个小数位 * * |---------整数----------|-----小数 分辨率 1/(2^4)=0.0625----| * 低字节 | 2^3 | 2^2 | 2^1 | 2^0 | 2^(-1) | 2^(-2) | 2^(-3) | 2^(-4) | * * * |-----符号位：0->正 1->负-------|-----------整数-----------| * 高字节 | s | s | s | s | s | 2^6 | 2^5 | 2^4 | * * * 温度 = 符号位 + 整数 + 小数*0.0625 */ /** * @brief 在跳过匹配 ROM 情况下获取 DS18B20 温度值 * @param None * @retval 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; } /** * @brief 在匹配 ROM 情况下获取 DS18B20 温度值 * @param ds18b20_id：用于存放 DS18B20 序列号的数组的首地址 * @retval None */ void DS18B20_ReadId ( uint8_t * ds18b20_id ) { 
          uint8_t uc; DS18B20_WriteByte(0x33); //读取序列号 for ( uc = 0; uc < 8; uc ++ ) ds18b20_id [ uc ] = DS18B20_ReadByte(); } /** * @brief 在匹配 ROM 情况下获取 DS18B20 温度值 * @param ds18b20_id：存放 DS18B20 序列号的数组的首地址 * @retval 温度值 */ float DS18B20_GetTemp_MatchRom ( uint8_t * ds18b20_id ) { 
          uint8_t tpmsb, tplsb, i; short s_tem; float f_tem; DS18B20_MatchRom (); //匹配ROM for(i=0;i<8;i++) DS18B20_WriteByte ( ds18b20_id [ i ] ); DS18B20_WriteByte(0X44); /* 开始转换 */ DS18B20_MatchRom (); //匹配ROM for(i=0;i<8;i++) DS18B20_WriteByte ( ds18b20_id [ i ] ); 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; }

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