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stm32内置温度传感器精度:STM32F103开发板资料连载第26章

stm32内置温度传感器精度:STM32F103开发板资料连载第26章26.2 硬件设计26.1 DS18B20 简介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:

1)实验平台:【正点原子】 NANO STM32F103 开发板

2)摘自《正点原子STM32 F1 开发指南(NANO 板-HAL 库版)》关注官方微信号公众号,获取更多资料:正点原子

stm32内置温度传感器精度:STM32F103开发板资料连载第26章(1)

第二十六章 DS18B20 数字温度传感器实验

STM32 中容量内部没自带温度传感器,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

到的温度显示在数码管上。本章分为如下几个部分:

26.1 DS18B20 简介

26.2 硬件设计

26.3 软件设计

26.4 下载验证

26.1 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 26.1.1 所示:

stm32内置温度传感器精度:STM32F103开发板资料连载第26章(2)

图 26.1.1 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。

26.2 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:

stm32内置温度传感器精度:STM32F103开发板资料连载第26章(3)

图 26.2.1 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 26.2.2 所示:

stm32内置温度传感器精度:STM32F103开发板资料连载第26章(4)

图 26.2.2 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。

26.3 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(RCC_PLL_MUL9); //设置时钟 72M

delay_init(72); //初始化延时函数

uart_init(115200);

//串口初始化为 115200

LED_Init();

//初始化与 LED 连接的硬件接口

LED_SMG_Init(); //数码管初始化

printf("NANO STM32\r\n");

printf("DS18B20 TEST\r\n");

while(DS18B20_Init()) //DS18B20 初始化

{

printf("DS18B20 Error\r\n");

delay_ms(200);

LED3=!LED3;//LED3 闪烁表示 DS18B20 初始化失败

}

LED3=1;

printf("DS18B20 OK\r\n");

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]|0x01; break;

case 7: num =smg_num[temperature];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。

26.4 下载验证

在代码编译成功之后,我们通过下载代码到 ALIENTEK NANO STM32F1 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 26.4.1 所示:

stm32内置温度传感器精度:STM32F103开发板资料连载第26章(5)

图 26.4.1 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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