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1)实验平台:alientek NANO STM32F411 V1开发板
2)摘自《正点原子STM32F4 开发指南(HAL 库版》关注官方微信号公众号,获取更多资料:正点原子 第二十七章 DS18B20 数字温度传感器实验 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数码管上。本章分为如下几个部分: 27.1 DS18B20 简介 27.2 硬件设计 27.3 软件设计 27.4 下载验证 27.1 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 27.1.1 所示: 图 27.1.1 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。 27.2 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、DS3 2) 数码管 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),这里也不介绍。本章,我们仅介绍DS18B20接口和STM32的连接电路,如图26.2.1 所示: 图 27.2.1 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 PB9 来连接 U2 的 1WIRE_DQ 引脚,图中 U2 为 DHT11(数字温湿度传感器)和 DS18B20 共用的一个接口,DHT11 我们将在下一章介绍。 DS18B20 只用到 U2 的 3 个引脚(U2 的 1、2 和 3 脚),将 DS18B20 传感器插入到这个上 面就可以通过 STM32 来读取 DS18B20 的温度了。连接示意图如图 27.2.2 所示: 图 27.2.2 DS18B20 连接示意图 注意:DS18B20 的平面部分(有字的那面)应该朝内,而曲面部分朝外。然后插入如图所 示的三个孔内。 27.3 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: //复位 DS18B20 void DS18B20_Rst(void) { DS18B20_IO_OUT(); //设置为输出 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(); //设置为输入 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(); //设置为输出 DS18B20_DQ_OUT=0; delay_us(2); DS18B20_DQ_OUT=1; DS18B20_IO_IN(); //设置为输入 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; 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(); //设置为输出 for (j=1;j<=8;j++) { testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) // 写 1 { DS18B20_DQ_OUT=0; delay_us(2); DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(60); } else //写 0 { DS18B20_DQ_OUT=0; delay_us(60); DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(2); } } } //开始温度转换 void DS18B20_Start(void) { 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_GPIOB_CLK_ENABLE(); //开启 GPIB 时钟 GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_9; //PB9 GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出 GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉 GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH; //高速 HAL_GPIO_Init(GPIOB,&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 (); //开始转换 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=(double)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形数据,返回值的 范围为-550~1250,其实就是温度值扩大了 10 倍。 然后我们打开 ds18b20.h,该文件下面主要是一些 IO 口位带操作定义以及函数申明,没有 什么特别需要讲解的地方。最后打开 main.c,该文件代码如下: // 共阴数字数组 // 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F, .,全灭 u8 smg_num[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe, 0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e,0x01,0x00}; short temperature;//温度值 u8 smg_wei=4;//数码管位选 u8 num=0;//数码管数值 u16 led_t=0;//led 时间 u16 temp_t=0;//采样时间 u8 flag=0;//温度正负标志位 int main(void) { HAL_Init(); //初始化 HAL 库 Stm32_Clock_Init(96,4,2,4); //设置时钟,96Mhz delay_init(96); //初始化延时函数 LED_Init(); //初始化 LED LED_SMG_Init(); //数码管初始化 uart_init(115200); //串口初始化为 115200 printf("NANO STM32rn"); printf("DS18B20 TESTrn"); while(DS18B20_Init()) //DS18B20 初始化 { printf("DS18B20 Errorrn"); delay_ms(200); LED3=!LED3;//LED3 闪烁表示 DS18B20 初始化失败 } LED3=1; printf("DS18B20 OKrn"); tiM3_Init(19,7199); //数码管 2ms 定时显示 while(1) { } } //回调函数,定时器中断服务函数调用 void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if(htim==(&TIM3_Handler)) { temp_t++; if(temp_t==500)//DS18B20 1S 采样 { temp_t=0; temperature=DS18B20_Get_Temp();//获取温度值 if(temperature<0)//若温度为负数 { temperature=-temperature; flag=1; }else flag=0; } switch(smg_wei) { case 4: if(flag)num = 0x02; //显示"-"以表示负温度 else num=0x00; break; case 5: num = smg_num[temperature/10/10];break; //温度值 case 6: num = smg_num[temperature/10%10]|0x01; break; case 7: num =smg_num[temperature%10];break; } LED_Write_Data(num,smg_wei);//写数据到数码管 LED_Refresh();//更新显示 smg_wei++; if(smg_wei==8) smg_wei=4; led_t++; if(led_t==250)//LED0 500ms 闪烁 { led_t=0; LED0=!LED0; } } } 由于 DS18B20 的时序是使用软件时序操作的,为了不打扰时序操作,我们将读取温度放到 在定时器中断执行,以每隔 1S 时间采集温度,数码管同样是以 2ms 时间动态扫描显示采集的温 度值,DS0 以每 500ms 闪烁一次,以表示程序正在运行。 至此,我们本章的软件设计就结束了。 27.4 下载验证 在代码编译成功之后,我们通过下载代码到 ALIENTEK NANO STM32F4 开发板上,可以 看到数码管显示当前的温度值(假定 DS18B20 已经接上去了),如图 27.4.1 所示: 图 27.4.1 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),具备条件的读者可以测试一下。 |
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