16.[STM32]从原理开始带你了解DS18B20温度传感器-四位数码管显示温度

作者简介：大家好啊，我叫DW，每天分享一些我新学到的知识，期待和大家一起进步
   
 
 系列专栏：STM32
   
 

 小实验目标：在四位数码管上显示DS18B20采集到的温度值
 如有写得不好的地方欢迎大家指正

 开发板：正点原子STM32F103Mini版
创作时间：2022年6月1日

由于最近考了驾照和忙毕业论文去了，停更了20多天，从今天开始恢复更新，接下来继续更新一些常用的传感器，期待和大家一起进步！！

目录

1. 数字温度传感器（DS18B20）

2. 操作函数的编写

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1. 数字温度传感器（DS18B20）

         DS18B20具有独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55 ° C至+125 ℃ 。

         DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，精度为:±0.5°C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。

        DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！由于DS18B20是一条口线通信,所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20包含一个独特的序号，多个DS18B20可以同时存在于一条总线。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。

DS18B20实物图和引脚封装图

面对着平的那一面，左负右正，一旦接反就会立刻发热，有可能烧毁！同时，接反也是导致该传感器总是显示85℃的原因。实际操作中将正负反接，传感器立即发热，液晶屏不能显示读数，正负接好后显示85℃。

DS18B20引脚说明：

• GND:电源地线
• DQ:数字信号输入／输出端。
• VDD:外接供电电源输入端。

DS18B20与STM32连接接线图：

• GND:地
• DQ:接PA0同时接一个上拉电阻
• VDD:3.3V

 

外接上拉电阻阻值：

DS18B20的工作电流约为1mA，VCC一般为5V，则电阻R=5V/1mA=5KΩ，故接了一个阻值相近的5.1kΩ电阻。

2. 操作函数的编写

1.DS18B20函数的初始化 

void DS18B20_UserConfig(void){

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//定义结构体
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//配置PB0时钟
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20;//PA0
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;//端口输出速率
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出模式
	GPIO_Init(DS18B20_PROT,&GPIO_InitStructure);//初始串口
}

2. 切换DS18B20输出输入引脚函数

//输入输出模式选择函数 
void Output_Input_Mode(u8 cmd){
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//定义结构体
	
	if(cmd){//1：输出模式
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20;//PB0
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;//端口输出速率
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出模式
	}
	else{//0:输入模式
		
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20;//PB0
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//上拉模式
	}
	GPIO_Init(DS18B20_PROT,&GPIO_InitStructure);//初始串口
}

 3. DS18B20启动时序

        由上图可以知道，VCC为电源，中间的那根线为数据线，GND为地。第一步，利用单片机发送指令将数据线引脚输出为低电平且保持480us的时间,之后，释放总线（拉高，延时30us）；第二，之后DS18B20开始向单片机进行信号的反馈，反馈它的脉冲存在或者不存在，如果DS18B20存在，它会在60-240us之内向单片机反馈一个低电平，我们读取这个电平信号就可以知道DS18B20是否存在了，具体函数如下：

//启动信号 判断是否成功
u8 DS18B20_Start_Signal(void){

	u8 data;
	
	//写
	Output_Input_Mode(1);//输入模式
	DS18B20_Low;
	delay_us(480);
	DS18B20_High;
	delay_us(30);
	
	//读引脚状态 1：DS18B20失败 0：DS18B20成功
	Output_Input_Mode(0);//输出模式
	data = GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_PROT,DS18B20);//读取输入状态  60~240us
	delay_us(200);//200us  480+30+240=750  960-750=210  取200us即可
	
	return data;
}

        当我们插上DS18B20后，数码管上显示0，拔掉DS18B20后，数码管显示1，则说明我们的 启动程序没有问题。 

 4.DS18B20写时序

 

        这个时序图有两部分组成，分别为写“0”和写“1”操作，我们只需要看写“1”操作即可，因为如果写的不是“1”时，那么就是“0”，此时系统会自动补“0”。

        我们需要一位一位的写数据，一个字节需要写八次。写数据时需要把数据引脚配置为推挽输出,由写“1”部分时序图可以知道，我们需要将总线拉低时间>1us,我们选择延时2us即可，2us之后就可以向总线写数据了，就可以向总线写数据了；DS18B20先出低位后出高位，所以需要把数据从高位往低位移动，但是每次需要先判断低位； 写完毕之后，我们需要进行一定的延时，延时时间为:15us+30us=40us，这个时间是把数据写到相应寄存器的时间，最后再将总线拉高释放总线即可，之后再将数据每次循环右移一位，这样就可以写第二帧数据了。

//向DS18B20写数据
//写：输出模式 1
void DS18B20_Write_Byte(u8 data){
	

	for(u8 i=0;i<8;i++){
		
		Output_Input_Mode(1);
		DS18B20_Low;
		delay_us(2);
		
		((data&0x01)) ? DS18B20_High : DS18B20_Low;//DS18B20 低位先出，故&0x01
		delay_us(45);
		DS18B20_High;//拉高总线

		data>>=1;//数据右移八次 既完成写8bit数据
	}
}

5. DS18B20读时序

  

        读时序需要带有返回值， 所以定义一个带返回值的函数。对总线进行读数据之前需要对数据进行移位，之后配置数据线IO口的状态，对引脚进行写操作，拉低数据引脚，延时2us后在拉高数据引脚;之后进行读操作，IO口选择为输入模式，如果读到的数据为“1”，就或上“1”，否则系统自动补“0”，由于读操作流程的时间和写操作流程的时间是一样的,故也需要增加45us的延时。

//读DS18B20数据
//读：输入模式 0
u8 DS18B20_Read_Byte(void){

	u8 data;
	
	for(u8 i=0;i<8;i++){
		
		data>>=1;
		Output_Input_Mode(1);
		DS18B20_Low;
		delay_us(2);
		DS18B20_High;//拉高总线
		
		Output_Input_Mode(0);
		if(GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_PROT,DS18B20) == SET){
			
			data |= 0x80;//从高位开始
		}
			delay_us(45);
	}
	return data;
}

6.温度转换 

温度寄存器格式和温度/数据对应关系 

Ds18b20用12位存贮温值度最高位为符号位下图为18b20的温度存储方式，负温度 S = 1/ 正温度 S = 0 。

传输方式先传低位后传高位。

配置寄存器允许用户设定9位，10位，11位和12位的温度分辨率，分别对应着温度的分辨率为：0.5°C，0.25°C，0.125°C，0.0625°C

默认为12位分辨率:0.0625°C

（1）发送启动信号，向总线写指令；

（2）由于先读取低位(LSB).在读取高位(MSB)，故需要合并数据(temp)；

（3）温度转换公式，负温度转换：反码+1；

//获取温度值 
void DS18B20_Read_Temperature(u16 *data){
	
	u8 LSB = 0,MSB = 0; 
	u16 temp;
	//温度转换
	DS18B20_Start_Signal();
	DS18B20_Write_Byte(0xcc);//跳过ROM
	DS18B20_Write_Byte(0x44);//温度变换
	//delay_ms(750);
	//12位精度 750ms  数码管本身有延时，故这个延时可以去掉
	
	//读取寄存器
	DS18B20_Start_Signal();
	DS18B20_Write_Byte(0xcc);//跳过ROM
	DS18B20_Write_Byte(0xbe);//读暂存存储器
	
	LSB =  DS18B20_Read_Byte();
	MSB =  DS18B20_Read_Byte();
	temp = (MSB<<8) | LSB;//数据合并为16位
	
	if((temp&0xf800) == 0xf800){ //负温度；s=1	正温度： s=0
	
		*data =(((~temp+0x01)*-0.0625)+0.5)*10.0;
	}
	else{
		
		*data =((temp*0.0625)+0.5)*10.0;
	}
}

        把程序性烧录进去后，可以看到四位数码管显示对应的温度。 

        好了，今天的分享就到这里了，如果觉得有用的话记得收藏和点赞哦，谢谢大家！

本章结束，我们下一章见

参考资料：
1.STM32固件库手册
2.正点原子STM32不完全手册_库函数版本
3.参考视频
4.数字电子技术基础 

5.15.[STM32]一篇文章教会你使用75HC595芯片驱动四位数码管

资料已上传，需要自取