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、实验效果

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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，但也能满意大部分的运用需求。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，但本教程只教利用一个温湿度传感器。利用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（发起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，若高出100us还没检测到低电平，则初始化失败。检测到低电平后开始盘算时间，若低高出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下令：0xCC
        2、发送温度转换下令：发送0x44
        3、配置单DS18b20模式：重复初始化操作后发送下令：0xCC
        4、发送读取下令：发送0xBE
        5、吸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

1. /* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
2. #include "ds18b20.h"
4. /**
5.   * 函数功能: DS18B20 初始化函数
6.   * 返 回 值: 1为初始化失败，0为初始化成功
7.   */
8. uint8_t DS18B20_Init(void)
9. {
10.   DS18B20_Mode_Out_PP();            //推挽输出模式
11.         
12.   DS18B20_Dout_HIGH();                                                  //输出高电平
13.         
14.   DS18B20_Rst();                                                        //输出复位脉冲
15.   
16.   return DS18B20_Presence ();                          //返回响应情况
17. }
20. /**
21.   * 函数功能: 使DS18B20-DATA引脚变为上拉输入模式
22.   */
23. static void DS18B20_Mode_IPU(void)
24. {
25.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
26.   
27.   /* 串口外设功能GPIO配置 */
28.   GPIO_InitStruct.Pin   = DS18b20_Pin;
29.   GPIO_InitStruct.Mode  = GPIO_MODE_INPUT;
30.   GPIO_InitStruct.Pull  = GPIO_PULLUP;
31.   HAL_GPIO_Init(DS18b20_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
32.         
33. }
35. /**
36.   * 函数功能: 使DS18B20-DATA引脚变为推挽输出模式
37.   */
38. static void DS18B20_Mode_Out_PP(void)
39. {
40.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
41.   
42.   /* 串口外设功能GPIO配置 */
43.   GPIO_InitStruct.Pin = DS18b20_Pin;
44.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
45.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
46.   HAL_GPIO_Init(DS18b20_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);         
47. }
49. /**
50.   * 函数功能: 主机给从机发送复位脉冲
51.   */
52. static void DS18B20_Rst(void)
53. {
54.    DS18B20_Mode_Out_PP(); /* 主机设置为推挽输出 */
55.    DS18B20_Dout_LOW();    /* 主机输出低电平 */
56.    DS18B20_Delay(750);    /* 主机至少产生480us的低电平复位信号 */
57.    DS18B20_Dout_HIGH();   /* 主机在产生复位信号后，需将总线拉高 */
58.    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 */
59. }
61. /**
62.   * 函数功能: 检测从机给主机返回的存在脉冲
63.   * 返 回 值: 0：成功，1：失败
64.   */
66. static uint8_t DS18B20_Presence(void)
67. {
68.    uint8_t pulse_time = 0;
69.    /* 主机设置为上拉输入 */
70.    DS18B20_Mode_IPU();
71.    
72.    /* 等待存在脉冲的到来，存在脉冲为一个60~240us的低电平信号
73.     * 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
74.     */
75.    while( DS18B20_Data_IN() && pulse_time<100 )
76.    {
77.       pulse_time++;
78.       DS18B20_Delay(1);
79.    }        
80.    /* 经过100us后，存在脉冲都还没有到来*/
81.    if( pulse_time >=100 )
82.       return 1;
83.    else
84.       pulse_time = 0;
85.    
86.    /* 存在脉冲到来，且存在的时间不能超过240us */
87.    while( !DS18B20_Data_IN() && pulse_time<240 )
88.    {
89.        pulse_time++;
90.        DS18B20_Delay(1);
91.    }        
92.    if( pulse_time >=240 )
93.        return 1;
94.    else
95.        return 0;
96. }
98. /**
99.   * 函数功能: 从DS18B20读取一个bit
100.   * 返 回 值: 读取到的数据
101.   */
102. static uint8_t DS18B20_ReadBit(void)
103. {
104.    uint8_t dat;
105.    
106.    /* 读0和读1的时间至少要大于60us */        
107.    DS18B20_Mode_Out_PP();
108.    /* 读时间的起始：必须由主机产生 >1us <15us 的低电平信号 */
109.    DS18B20_Dout_LOW();
110.    DS18B20_Delay(10);
111.    
112.    /* 设置成输入，释放总线，由外部上拉电阻将总线拉高 */
113.    DS18B20_Mode_IPU();
114.    //Delay_us(2);
115.    
116.    if( DS18B20_Data_IN() == SET )
117.            dat = 1;
118.    else
119.            dat = 0;
120.    
121.    /* 这个延时参数请参考时序图 */
122.    DS18B20_Delay(45);
123.    
124.    return dat;
125. }
127. /**
128.   * 函数功能: 从DS18B20读一个字节，低位先行
129.   * 返 回 值: 读到的数据
130.   */
131. static uint8_t DS18B20_ReadByte(void)
132. {
133.    uint8_t i, j, dat = 0;        
134.    for(i=0; i<8; i++)
135.    {
136.       j = DS18B20_ReadBit();               
137.       dat = (dat) | (j<<i);
138.    }
139.    return dat;
140. }
142. /**
143.   * 函数功能: 写一个字节到DS18B20，低位先行
144.   * 输入参数: dat：待写入数据
145.   */
146. static void DS18B20_WriteByte(uint8_t dat)
147. {
148.    uint8_t i, testb;
149.    DS18B20_Mode_Out_PP();
150.    for( i=0; i<8; i++ )
151.    {
152.       testb = dat&0x01;
153.       dat = dat>>1;               
154.       /* 写0和写1的时间至少要大于60us */
155.       if (testb)
156.       {                        
157.          DS18B20_Dout_LOW();
158.          /* 1us < 这个延时 < 15us */
159.          DS18B20_Delay(8);
160.          
161.          DS18B20_Dout_HIGH();
162.          DS18B20_Delay(58);
163.       }           
164.       else
165.       {                  
166.          DS18B20_Dout_LOW();
167.          /* 60us < Tx 0 < 120us */
168.          DS18B20_Delay(70);
169.          
170.          DS18B20_Dout_HIGH();               
171.          /* 1us < Trec(恢复时间) < 无穷大*/
172.          DS18B20_Delay(2);
173.       }
174.    }
175. }
177. /**
178.   * 函数功能: 跳过匹配 DS18B20 ROM
179.   */
180. static void DS18B20_SkipRom ( void )
181. {
182.    DS18B20_Rst();                  
183.    DS18B20_Presence();                 
184.    DS18B20_WriteByte(0XCC);                /* 跳过 ROM */        
185. }
187. /**
188.   * 函数功能: 获取 DS18B20 温度值
189.   * 返 回 值: 浮点型温度值
190.   */
191. float DS18B20_GetTemp_SkipRom ( void )
192. {
193.    uint8_t tpmsb, tplsb;
194.    short s_tem;
195.    float f_tem;
196.    
197.    DS18B20_SkipRom ();
198.    DS18B20_WriteByte(0X44);                                /* 开始转换 */
199.    
200.    DS18B20_SkipRom ();
201.          DS18B20_WriteByte(0XBE);                                /* 读温度值 */
202.    
203.    tplsb = DS18B20_ReadByte();                 
204.    tpmsb = DS18B20_ReadByte();
205.    
206.    s_tem = tpmsb<<8;
207.    s_tem = s_tem | tplsb;
208.    
209.    if( s_tem < 0 )                /* 负温度 */
210.      f_tem = (~s_tem+1) * 0.0625;        
211.    else
212.      f_tem = s_tem * 0.0625;
213.    
214.    return f_tem;         
215. }
217. /**
218.   * 微妙延时函数
219.   * 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。
220.   * 系统滴答定时器是HAL库初始化的，且必须有HAL库初始化。
221.   */
222. #define CPU_FREQUENCY_MHZ   (int)(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000000)                // 自动获取STM32时钟主频
223. void DS18B20_Delay(__IO uint32_t delay)  
224. {
225.    int last, curr, val;
226.    int temp;
228.    while (delay != 0)
229.    {
230.       temp = delay > 900 ? 900 : delay;
231.       last = SysTick->VAL;
232.       curr = last - CPU_FREQUENCY_MHZ * temp;
233.       if (curr >= 0)
234.       {
235.          do
236.          {
237.              val = SysTick->VAL;
238.          }
239.          while ((val < last) && (val >= curr));
240.       }
241.       else
242.       {
243.          curr += CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000;
244.          do
245.          {
246.              val = SysTick->VAL;
247.          }
248.          while ((val <= last) || (val > curr));
249.       }
250.       delay -= temp;
251.     }
252. }

复制代码

2、ds18b20.h 代码

1. #ifndef __DS18B20_H
2. #define __DS18B20_H
4. /* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
5. #include "main.h"
7. /* 引脚操作函数宏定义 --------------------------------------------------------*/
8. #define DS18B20_Dout_LOW()               HAL_GPIO_WritePin(DS18b20_GPIO_Port,DS18b20_Pin,GPIO_PIN_RESET)
9. #define DS18B20_Dout_HIGH()              HAL_GPIO_WritePin(DS18b20_GPIO_Port,DS18b20_Pin,GPIO_PIN_SET)
10. #define DS18B20_Data_IN()                HAL_GPIO_ReadPin(DS18b20_GPIO_Port,DS18b20_Pin)
12. /* 函数声明 ------------------------------------------------------------------*/
13. void                 DS18B20_Rst(void);
14. void                 DS18B20_SkipRom(void);
15. void                 DS18B20_Mode_IPU(void);
16. void                 DS18B20_Mode_Out_PP(void);
17. void                 DS18B20_WriteByte(uint8_t dat);
18. void                 DS18B20_Delay(__IO uint32_t delay);
19. float   DS18B20_GetTemp_SkipRom(void);
20. uint8_t DS18B20_Init(void);
21. uint8_t DS18B20_ReadBit(void);
22. uint8_t DS18B20_Presence(void);
23. uint8_t DS18B20_ReadByte(void);
25. #endif

复制代码

3、main.c 参考调用代码

1. /* USER CODE END Header */
2. /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
3. #include "main.h"
4. #include "usart.h"
5. #include "gpio.h"
7. /* Private includes ----------------------------------------------------------*/
8. /* USER CODE BEGIN Includes */
9. #include "ds18b20.h"
10. #include "stdio.h"
11. /* USER CODE END Includes */
13. /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
14. /* USER CODE BEGIN PTD */
16. /* USER CODE END PTD */
18. /* Private define ------------------------------------------------------------*/
19. /* USER CODE BEGIN PD */
20. char  Tx_Buf[30] = {0};
21. float Temp = 0;
22. /* USER CODE END PD */
24. /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
25. /* USER CODE BEGIN PM */
27. /* USER CODE END PM */
29. /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
31. /* USER CODE BEGIN PV */
33. /* USER CODE END PV */
35. /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
36. void SystemClock_Config(void);
37. /* USER CODE BEGIN PFP */
39. /* USER CODE END PFP */
41. /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
42. /* USER CODE BEGIN 0 */
44. /* USER CODE END 0 */
46. /**
47.   * @brief  The application entry point.
48.   * @retval int
49.   */
50. int main(void)
51. {
53.   /* USER CODE BEGIN 1 */
55.   /* USER CODE END 1 */
57.   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
59.   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
60.   HAL_Init();
62.   /* USER CODE BEGIN Init */
64.   /* USER CODE END Init */
66.   /* Configure the system clock */
67.   SystemClock_Config();
69.   /* USER CODE BEGIN SysInit */
71.   /* USER CODE END SysInit */
73.   /* Initialize all configured peripherals */
74.   MX_GPIO_Init();
75.   MX_USART1_UART_Init();
76.   /* USER CODE BEGIN 2 */
77.         while(DS18B20_Init())
78.         {
79.                 HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)"DS18b20初始化失败\r\n",19,100);
80.                 HAL_Delay(1000);
81.         }
82.         HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)"DS18b20初始化成功\r\n",19,100);
83.   /* USER CODE END 2 */
85.   /* Infinite loop */
86.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
87.   while (1)
88.   {
89.                 Temp = DS18B20_GetTemp_SkipRom();
90.                 sprintf(Tx_Buf,"温度：%0.3f \r\n",Temp);
91.                 HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)Tx_Buf,15,100);
92.                 HAL_Delay(1000);
93.     /* USER CODE END WHILE */
95.     /* USER CODE BEGIN 3 */
96.   }
97.   /* USER CODE END 3 */
98. }

复制代码

五、实验效果

        通过本驱动利用DS18b20丈量出来的环境温度，与米家温湿度计丈量的效果仅仅相差0.012摄氏度，丈量精度非常可观。

 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。
  
• 若您以为本教程对您有所帮助，请点赞、收藏，这是我持续更新的最大动力，感谢您！
  

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