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1)实验平台:正点原子STM32mini开发板
2)摘自《正点原子STM32 不完全手册(HAL 库版)》关注官方微信号公众号,获取更多资料:正点原子 第二十八章 DS18B20 数字温度传感器实验 STM32 虽然内部自带了温度传感器,但是因为芯片温升较大等问题,与实际温度差别较大, 所以,本章我们将向大家介绍如何通过 STM32 来读取外部数字温度传感器的温度,来得到较 为准确的环境温度。在本章中,我们将学习使用单总线技术,通过它来实现 STM32 和外部温 度传感器(DS18B20)的通信,并把从温度传感器得到的温度显示在 TFTLCD 模块上。本章分 为如下几个部分: 28.1 DS18B20 简介 28.2 硬件设计 28.3 软件设计 28.4 下载验证 28.1 DS18B20 简介 DS18B20 是由 DALLAS 半导体公司推出的一种的“一线总线”接口的温度传感器。与传 统的热敏电阻等测温元件相比,它是一种新型的体积小、适用电压宽、与微处理器接口简单的 数字化温度传感器。一线总线结构具有简洁且经济的特点,可使用户轻松地组建传感器网络, 从而为测量系统的构建引入全新概念,测量温度范围为-55~+125℃ ,精度为±0.5℃。现场温 度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。它能直接读出被测温度, 并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9~l2 位的数字值读数方式。它工作在 3~5.5 V 的电压 范围,采用多种封装形式,从而使系统设计灵活、方便,设定分辨率及用户设定的报警温度存 储在 EEPROM 中,掉电后依然保存。其内部结构如图 28.1.1 所示: 图 28.1.1 DS18B20 内部结构图 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光记好的,它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码,每 DS18B20 的 64 位序列号均不相同。64 位 ROM 的排列是:前 8 位是产品家族码,接着 48 位是 DS18B20 的序列号,最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5 +X4 +1)。ROM 作 用是使每一个 DS18B20 都各不相同,这样就可实现一根总线上挂接多个。 所有的单总线器件要求采用严格的信号时序,以保证数据的完整性。DS18B20 共有 6 种信 号类型:复位脉冲、应答脉冲、写 0、写 1、读 0 和读 1。所有这些信号,除了应答脉冲以外, 都由主机发出同步信号。并且发送所有的命令和数据都是字节的低位在前。这里我们简单介绍 这几个信号的时序: 1)复位脉冲和应答脉冲 单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机输出低电平,保持低电平时间至少 480 us,,以产生复位脉冲。接着主机释放总线,4.7K 的上拉电阻将单总线拉高,延时 15~60 us, 并进入接收模式(Rx)。接着 DS18B20 拉低总线 60~240 us,以产生低电平应答脉冲, 若为低电平,再延时 480 us。 2)写时序 写时序包括写 0 时序和写 1 时序。所有写时序至少需要 60us,且在 2 次独立的写时序之间 至少需要 1us 的恢复时间,两种写时序均起始于主机拉低总线。写 1 时序:主机输出低电平, 延时 2us,然后释放总线,延时 60us。写 0 时序:主机输出低电平,延时 60us,然后释放总线, 延时 2us。 3)读时序 单总线器件仅在主机发出读时序时,才向主机传输数据,所以,在主机发出读数据命令后, 必须马上产生读时序,以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要 60us,且在 2 次独立的读 时序之间至少需要 1us 的恢复时间。每个读时序都由主机发起,至少拉低总线 1us。主机在读 时序期间必须释放总线,并且在时序起始后的 15us 之内采样总线状态。典型的读时序过程为: 主机输出低电平延时 2us,然后主机转入输入模式延时 12us,然后读取单总线当前的电平,然 后延时 50us。 在了解了单总线时序之后,我们来看看 DS18B20 的典型温度读取过程,DS18B20 的典型 温度读取过程为:复位→发 SKIP ROM 命令(0XCC)→发开始转换命令(0X44)→延时→复 位→发送 SKIP ROM 命令(0XCC)→发读存储器命令(0XBE)→连续读出两个字节数据(即 温度)→结束。 DS18B20 的介绍就到这里,更详细的介绍,请大家参考 DS18B20 的技术手册。 28.2 硬件设计 由于开发板上标准配置是没有 DS18B20 这个传感器的,只有接口,所以要做本章的实验, 大家必须找一个 DS18B20 插在预留的 18B20 接口上。 本章实验功能简介:开机的时候先检测是否有 DS18B20 存在,如果没有,则提示错误。 只有在检测到 DS18B20 之后才开始读取温度并显示在 LCD 上,如果发现了 DS18B20,则程 序每隔 100ms 左右读取一次数据,并把温度显示在 LCD 上。同样我们也是用 DS0 来指示程序 正在运行。 所要用到的硬件资源如下: 1) 指示灯 DS0 2) TFTLCD 模块 3) DS18B20 温度传感器 前两部分,在之前的实例已经介绍过了,而DS18B20温度传感器属于外部器件(板上没有 直接焊接),但是在我们开发板上是有DS18B20接口(U6)的,直接插上DS18B20即可使用。 下面,我们介绍开发板上DS18B20接口和STM32的连接电路,如图28.2.1所示: 图 28.2.1 DS18B20 接口与 STM32 的连接电路图 从上图可以看出,我们使用的是 STM32 的 PA0 来连接 DS18B20 的(U6)的 DQ 引脚,图中 U6 为 DS18B20 的插口(3 脚圆孔座)。将 DS18B20 传感器插入到这个上面,并用跳线帽短接 1820 与 PA0,就可以通过 STM32 来读取 DS18B20 的温度了。连接示意图如图 28.2.2 所示: 图 28.2.2 DS18B20 连接示意图 从上图可以看出,DS18B20 的平面部分(有字的那面)应该朝外,而曲面部分朝内。然后 插入如图所示的三个孔内。 28.3 软件设计 打开我们的 DS18B20 数字温度传感器实验工程可以看到我们添加了 ds18b20.c 文件以及其 头文件 ds18b20.h 文件,所有 ds18b20 驱动代码和相关定义都分布在这两个文件中。 打开 ds18b20.c,该文件代码如下: #include "ds18b20.h" #include "delay.h" //复位 DS18B20 void DS18B20_Rst(void) { DS18B20_IO_OUT(); //SET PA0 OUTPUT DS18B20_DQ_OUT=0; //拉低 DQ delay_us(750); //拉低 750us DS18B20_DQ_OUT=1; //DQ=1 delay_us(15); //15US } //等待 DS18B20 的回应 //返回 1:未检测到 DS18B20 的存在 //返回 0:存在 u8 DS18B20_Check(void) { u8 retry=0; DS18B20_IO_IN();//SET PA0 INPUT while (DS18B20_DQ_IN&&retry<200) { retry++; delay_us(1); }; if(retry>=200)return 1; else retry=0; while (!DS18B20_DQ_IN&&retry<240) { retry++; delay_us(1); }; if(retry>=240)return 1; return 0; } //从 DS18B20 读取一个位 //返回值:1/0 u8 DS18B20_Read_Bit(void) { u8 data; DS18B20_IO_OUT(); //SET PA0 OUTPUT DS18B20_DQ_OUT=0; delay_us(2); DS18B20_DQ_OUT=1; DS18B20_IO_IN(); //SET PA0 INPUT delay_us(12); if(DS18B20_DQ_IN)data=1; else data=0; delay_us(50); return data; } //从 DS18B20 读取一个字节 //返回值:读到的数据 u8 DS18B20_Read_Byte(void) { u8 i,j,dat=0; for (i=1;i<=8;i++) { j=DS18B20_Read_Bit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); } return dat; } //写一个字节到 DS18B20 //dat:要写入的字节 void DS18B20_Write_Byte(u8 dat) { u8 j; u8 testb; DS18B20_IO_OUT();//SET PA0 OUTPUT; for (j=1;j<=8;j++) { testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if (testb) { DS18B20_DQ_OUT=0;// Write 1 delay_us(2); DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(60); } else { DS18B20_DQ_OUT=0;// Write 0 delay_us(60); DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(2); } } } //开始温度转换 void DS18B20_Start(void)// ds1820 start convert { DS18B20_Rst(); DS18B20_Check(); DS18B20_Write_Byte(0xcc);// skip rom DS18B20_Write_Byte(0x44);// convert } //初始化 DS18B20 的 IO 口 DQ 同时检测 DS 的存在 //返回 1:不存在 //返回 0:存在 u8 DS18B20_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure; __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //开启 GPIOA 时钟 GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0; //PA0 GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP; //推挽输出 GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉 GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; //高速 HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure); //初始化 DS18B20_Rst(); return DS18B20_Check(); } //从 ds18b20 得到温度值 //精度:0.1C //返回值:温度值 (-550~1250) short DS18B20_Get_Temp(void) { u8 temp; u8 TL,TH; short tem; DS18B20_Start (); // ds1820 start convert DS18B20_Rst(); DS18B20_Check(); DS18B20_Write_Byte(0xcc);// skip rom DS18B20_Write_Byte(0xbe);// convert TL=DS18B20_Read_Byte(); // LSB TH=DS18B20_Read_Byte(); // MSB if(TH>7) { TH=~TH; TL=~TL; temp=0;//温度为负 }else temp=1;//温度为正 tem=TH; //获得高八位 tem<<=8; tem+=TL;//获得底八位 tem=(float)tem*0.625;//转换 if(temp)return tem; //返回温度值 else return -tem; } 该部分代码就是根据我们前面介绍的单总线操作时序来读取 DS18B20 的温度值的,DS18B20 的温度通过 DS18B20_Get_Temp 函数读取,该函数的返回值为带符号的短整型数据,返回值的 范围为-550~1250,其实就是温度值扩大了 10 倍。 接下来我们打开 ds18b20.h,可以看到跟 IIC 实验代码很类似,这里我们不做过多讲解。接 下来我们看看主函数代码: int main(void) { u8 t=0; short temperature; HAL_Init(); //初始化 HAL 库 Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9); //设置时钟,72M delay_init(72); //初始化延时函数 uart_init(115200); //初始化串口 LED_Init(); //初始化 LED KEY_Init(); //初始化按键 LCD_Init(); //初始化 LCD FSMC 接口 POINT_COLOR=RED; LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Mini STM32"); LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"DS18B20 TEST"); LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK"); LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2019/11/15"); while(DS18B20_Init()) //DS18B20 初始化 { LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"DS18B20 Error"); delay_ms(200); LCD_Fill(30,130,239,130+16,WHITE); delay_ms(200); } LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"DS18B20 OK"); POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色 LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Temp: . C"); while(1) { if(t%10==0)//每 100ms 读取一次 { temperature=DS18B20_Get_Temp(); if(temperature<0) { LCD_ShowChar(30+40,150,'-',16,0); //显示负号 temperature=-temperature; //转为正数 }else LCD_ShowChar(30+40,150,' ',16,0); //去掉负号 LCD_ShowNum(30+40+8,150,temperature/10,2,16); //显示正数部分 LCD_ShowNum(30+40+32,150,temperature%10,1,16);//显示小数部分 } delay_ms(10); t++; if(t==20) { t=0; LED0=!LED0; } } } 主函数代码比较简单,一系列硬件初始化后,在循环中调用 DS18B20_Get_Temp 函数获取 温度值,然后显示在 LCD 上。至此,我们本章的软件设计就结束了。 28.4 下载验证 在代码编译成功之后,我们通过下载代码到 ALIENTEK MiniSTM32 开发板上,可以看到 LCD 显示开始显示当前的温度值(假定 DS18B20 已经接上去了,并且 PA0 和 1820 的跳线帽已 经短接),如图 28.4.1 所示: 图 28.4.1 DS18B20 实验效果图 该程序还可以读取并显示负温度值的,只是由于本人在广州,是没办法看到了(除非放到 冰箱),具备条件的朋友可以测试一下。 |
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