STM32-HAL库 驱动DS18B20温度传感器 -- 2024.10.8

目录

一、教程简介

二、驱动理论讲解

三、CubeMX生成底层代码

四、Keil5编写代码

五、实验结果

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一、教程简介

        本教程面向初学者，只介绍DS18B20的常用功能，但也能满足大部分的运用需求。跟着本教程操作，可在10分钟内解决DS18b20通信难题。

二、驱动理论讲解

        DS18b20支持多传感器共用一个引脚，但本教程只教使用一个温湿度传感器。使用DS18b20可分为下面两个步骤进行

（一）初始化：

        1、将引脚初始化为推挽输出、上拉。

        2、发送复位脉冲：引脚输出大于480us的低电平复位信号（建议600us），延时600us之后，需将引脚拉高并延时15us。

        3、检测存在脉冲：将引脚设置为上拉输入，并检测低电平到来的时间，若超过100us还没检测到低电平，则初始化失败。检测到低电平后开始计算时间，若低超过240us还没检测到高电平，则初始化失败。

（二）获取温度：

        1、配置单DS18b20模式：重复初始化操作后发送命令：0xCC

        2、发送温度转换命令：发送0x44

        3、配置单DS18b20模式：重复初始化操作后发送命令：0xCC

        4、发送读取命令：发送0xBE

        5、接收两个字节的温度数据

三、CubeMX生成底层代码

1、芯片选择：这里选用STM32F103C8t6

 2、配置Debug模式

3、 配置外部高速时钟

4、 配置时钟速率

5、 配置DS18b20引脚

6、配置串口

7、输出工程文件

四、Keil5编写代码

1、ds18b20.c 代码

/* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
#include "ds18b20.h"/*** 函数功能: DS18B20 初始化函数* 返 回 值: 1为初始化失败，0为初始化成功*/
uint8_t DS18B20_Init(void)
{DS18B20_Mode_Out_PP();            //推挽输出模式DS18B20_Dout_HIGH();  						//输出高电平DS18B20_Rst();        						//输出复位脉冲return DS18B20_Presence ();  			//返回响应情况
}/*** 函数功能: 使DS18B20-DATA引脚变为上拉输入模式*/
static void DS18B20_Mode_IPU(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;/* 串口外设功能GPIO配置 */GPIO_InitStruct.Pin   = DS18b20_Pin;GPIO_InitStruct.Mode  = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull  = GPIO_PULLUP;HAL_GPIO_Init(DS18b20_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);}/*** 函数功能: 使DS18B20-DATA引脚变为推挽输出模式*/
static void DS18B20_Mode_Out_PP(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;/* 串口外设功能GPIO配置 */GPIO_InitStruct.Pin = DS18b20_Pin;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;HAL_GPIO_Init(DS18b20_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);          
}/*** 函数功能: 主机给从机发送复位脉冲*/
static void DS18B20_Rst(void)
{DS18B20_Mode_Out_PP(); /* 主机设置为推挽输出 */DS18B20_Dout_LOW();    /* 主机输出低电平 */DS18B20_Delay(750);    /* 主机至少产生480us的低电平复位信号 */DS18B20_Dout_HIGH();   /* 主机在产生复位信号后，需将总线拉高 */DS18B20_Delay(15);     /* 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 */
}/*** 函数功能: 检测从机给主机返回的存在脉冲* 返 回 值: 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++;DS18B20_Delay(1);}        /* 经过100us后，存在脉冲都还没有到来*/if( pulse_time >=100 )return 1;elsepulse_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++;DS18B20_Delay(1);}        if( pulse_time >=240 )return 1;elsereturn 0;
}/*** 函数功能: 从DS18B20读取一个bit* 返 回 值: 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();DS18B20_Delay(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;elsedat = 0;/* 这个延时参数请参考时序图 */DS18B20_Delay(45);return dat;
}/*** 函数功能: 从DS18B20读一个字节，低位先行* 返 回 值: 读到的数据*/
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;
}/*** 函数功能: 写一个字节到DS18B20，低位先行* 输入参数: dat：待写入数据*/
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 */DS18B20_Delay(8);DS18B20_Dout_HIGH();DS18B20_Delay(58);}           else{                   DS18B20_Dout_LOW();/* 60us < Tx 0 < 120us */DS18B20_Delay(70);DS18B20_Dout_HIGH();                /* 1us < Trec(恢复时间) < 无穷大*/DS18B20_Delay(2);}}
}/*** 函数功能: 跳过匹配 DS18B20 ROM*/
static void DS18B20_SkipRom ( void )
{DS18B20_Rst();                   DS18B20_Presence();                 DS18B20_WriteByte(0XCC);                /* 跳过 ROM */        
}/*** 函数功能: 获取 DS18B20 温度值 * 返 回 值: 浮点型温度值*/
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;        elsef_tem = s_tem * 0.0625;return f_tem;         
}/*** 微妙延时函数* 全系列通用，只需要将宏定义CPU_FREQUENCY_MHZ根据时钟主频修改即可。* 系统滴答定时器是HAL库初始化的，且必须有HAL库初始化。*/
#define CPU_FREQUENCY_MHZ   (int)(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000000)		// 自动获取STM32时钟主频
void DS18B20_Delay(__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;}
}

2、ds18b20.h 代码

#ifndef __DS18B20_H
#define __DS18B20_H/* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"/* 引脚操作函数宏定义 --------------------------------------------------------*/
#define DS18B20_Dout_LOW()               HAL_GPIO_WritePin(DS18b20_GPIO_Port,DS18b20_Pin,GPIO_PIN_RESET) 
#define DS18B20_Dout_HIGH()              HAL_GPIO_WritePin(DS18b20_GPIO_Port,DS18b20_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define DS18B20_Data_IN()                HAL_GPIO_ReadPin(DS18b20_GPIO_Port,DS18b20_Pin)/* 函数声明 ------------------------------------------------------------------*/
void 		DS18B20_Rst(void);
void 		DS18B20_SkipRom(void);
void 		DS18B20_Mode_IPU(void);
void 		DS18B20_Mode_Out_PP(void);
void 		DS18B20_WriteByte(uint8_t dat);
void 		DS18B20_Delay(__IO uint32_t delay);
float   DS18B20_GetTemp_SkipRom(void);
uint8_t DS18B20_Init(void);
uint8_t DS18B20_ReadBit(void);
uint8_t DS18B20_Presence(void);
uint8_t DS18B20_ReadByte(void);#endif 

3、main.c 参考调用代码

/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "ds18b20.h"
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes *//* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD *//* USER CODE END PTD *//* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
char  Tx_Buf[30] = {0};
float Temp = 0;
/* USER CODE END PD *//* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM *//* USER CODE END PM *//* Private variables ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PV *//* USER CODE END PV *//* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP *//* USER CODE END PFP *//* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 *//* USER CODE END 0 *//*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */while(DS18B20_Init()){HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)"DS18b20初始化失败\r\n",19,100);HAL_Delay(1000);}HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)"DS18b20初始化成功\r\n",19,100);/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){Temp = DS18B20_GetTemp_SkipRom();sprintf(Tx_Buf,"温度：%0.3f \r\n",Temp);HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)Tx_Buf,15,100);HAL_Delay(1000);/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

五、实验结果

        通过本驱动使用DS18b20测量出来的环境温度，与米家温湿度计测量的结果仅仅相差0.012摄氏度，测量精度非常可观。

 六、特别说明

• 同学们在操作的过程中遇到的问题可在评论区留言，我看到后会第一时间回复。
• 想看其他传感器的教程也可在评论区留言，我会按照大家的需求来修改教程内容。
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