STM32开发: 编写DS18B20温度传感器驱动(读取环境温度、支持级联)

一、环境介绍

编程软件: keil5

操作系统: win10

MCU型号: STM32F103C8T6

STM32编程方式: 寄存器开发 (方便程序移植到其他单片机)

温度传感器： DS1820

DS18B20是一个数字温度传感器，采用的是单总线时序与主机通信，只需要一根线就可以完成温度数据读取；

DS18B20内置了64位产品序列号，方便识别身份，在一根线上可以挂接多个DS18B20传感器，通过64位身份验证，可以分别读取来至不同传感器采集的温度信息。

二、DS18B20介绍

2.1 DS18B20 的主要特征

1. 全数字温度转换及输出。

2. 先进的单总线数据通信。

3. 最高 12 位分辨率，精度可达土 0.5 摄氏度。

4. 12 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒。

5. 可选择寄生工作方式。

6. 检测温度范围为–55° C ~+125° C (–67° F ~+257° F)

7. 内置 EEPROM，限温报警功能。

8. 64位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。

9. 多样封装形式，适应不同硬件系统。

2.2 DS18B20 引脚功能

GND 电压地

DQ 单数据总线

VDD 电源电压

NC 空引脚

2.3 DS18B20 工作原理及应用

DS18B20 的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。

18B20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是：ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码（DS18B20 的编码是19H），后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改，DS18B20 一共有 64 位 ROM。

RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失， DS18B20 共 9 个字节 RAM，每个字节为 8 位。第 1、 2 个字节是温度转换后的数据值信息，第 3、 4 个字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第 5 个字节则是用户第 3 个 EEPROM的镜像。第 6、 7、 8 个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第 9 个字节为前 8 个字节的 CRC 码。 EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在镜像，以方便用户操作。

DS18B20默认工作在12位分辨率模式，转换后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8比特的RAM中(最前面的两个字节)，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。或者使用位运算方式提取温度: 小数位是占用的是低4位，高位是整数位(不考虑负数情况)。

2.4 DS18B20 芯片 ROM 指令表

1. Read ROM（读 ROM） [33H] （方括号中的为 16 进制的命令字）

这个命令允许总线控制器读到 DS18B20 的 64 位 ROM。只有当总线上只存在一个 DS18B20 的时候才可以使用此指令，如果挂接不只一个，当通信时将会发生数据冲突

2. atch ROM（指定匹配芯片） [55H]

这个指令后面紧跟着由控制器发出了 64 位序列号，当总线上有多只 DS18B20 时，只有与控制发出的序列号相同的芯片才可以做出反应，其它芯片将等待下一次复位。这条指令适应单芯片和多芯片挂接。

3. Skip ROM（跳跃 ROM 指令） [CCH]

这条指令使芯片不对 ROM 编码做出反应，在单总线的情况之下，为了节省时间则可以选用此指令。如果在多芯片挂接时使用此指令将会出现数据冲突，导致错误出现。

4. Search ROM（搜索芯片） [F0H]

在芯片初始化后，搜索指令允许总线上挂接多芯片时用排除法识别所有器件的 64 位 ROM。

5. Alarm Search（报警芯片搜索） [ECH]

在多芯片挂接的情况下，报警芯片搜索指令只对附合温度高于 TH 或小于 TL 报警条件的芯片做出反应。只要芯片不掉电，报警状态将被保持，直到再一次测得温度什达不到报警条件为止。

6. Write Scratchpad （向 RAM 中写数据） [4EH]

这是向 RAM 中写入数据的指令，随后写入的两个字节的数据将会被存到地址 2（报警 RAM 之 TH）和地址 3（报警 RAM 之 TL）。写入过程中可以用复位信号中止写入。

7. Read Scratchpad （从 RAM 中读数据） [BEH]

此指令将从 RAM 中读数据，读地址从地址 0 开始，一直可以读到地址 9，完成整个 RAM 数据的读出。芯片允许在读过程中用复位信号中止读取，即可以不读后面不需要的字节以减少读取时间。

8. Copy Scratchpad （将 RAM 数据复制到 EEPROM 中） [48H]

此指令将 RAM 中的数据存入 EEPROM 中，以使数据掉电不丢失。此后由于芯片忙于 EEPROM 储存处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成时，总线将输出“1”。

在寄生工作方式时必须在发出此指令后立刻超用强上拉并至少保持 10MS，来维持芯片工作。

9. Convert T（温度转换） [44H]

收到此指令后芯片将进行一次温度转换，将转换的温度值放入 RAM 的第 1、 2 地址。此后由于芯片忙于温度转换处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成时，总线将输出“1”。在寄生工作方式时必须在发出此指令后立刻超用强上拉并至少保持 500MS，来维持芯片工作。

10. Recall EEPROM（将 EEPROM 中的报警值复制到 RAM） [B8H]

此指令将 EEPROM 中的报警值复制到 RAM 中的第 3、 4 个字节里。由于芯片忙于复制处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成时，总线将输出“1”。另外，此指令将在芯片上电复位时将被自动执行。这样 RAM 中的两个报警字节位将始终为 EEPROM 中数据的镜像。

11. Read Power Supply（工作方式切换） [B4H]

此指令发出后发出读时间隙，芯片会返回它的电源状态字，“0”为寄生电源状态，“1”为外部电源状态。

2.5 DS18B20时序图

2.5.1 DS18B20 复位及应答关系示意图

三、驱动代码

3.1 DS18B20.c

#include "ds18b20.h"
 
/*
函数功能: DS18B20初始化
硬件连接: PB15
*/
void DS18B20_Init(void)
{
		RCC->APB2ENR|=1<<3; //PB
		GPIOB->CRH&=0x0FFFFFFF;
		GPIOB->CRH|=0x30000000;
		GPIOB->ODR|=1<<15; //上拉
}
 
 
/*
函数功能: 检测DS18B20设备是否存在
返回值  : 1表示设备不存在 0表示设备正常
*/
u8 DS18B20_CheckDevice(void)  //包含了复位脉冲、检测存在脉冲
{
		DS18B20_OUTPUT_MODE();//初始化为输出模式
		DS18B20_OUT=0;        //产生复位脉冲
		DelayUs(750);         //产生750us的低电平
		DS18B20_OUT=1;        //释放总线
		DelayUs(15);          //等待DS18B20回应
		if(DS18B20_CleckAck())//检测存在脉冲
		{
				return 1;
		}
		return 0;
}