《STM32MP1 M4裸机HAL库开发指南》第三十二章 DS18B20数字温度传感器实验

第三十二章18B20数字温度传感器实验

本章，我们将介绍通过STM32MP157读取外部温度传感器的温度，来得到较为准确的环境温度。本章节我们先了解单总线技术，再了解温度传感器DS18B20，然后实现STM32MP157和DS18B20进行通信，把获取到的温度通过串口打印出来。

本章分为如下几个小节：

32.1、单总线和DS18B20简介；

32.2、硬件设计；

32.3、程序设计；

32.4、编译和测试；

32.1 单总线和DS18B20简介

32.1.1单总线特点

单总线（1-Wire Bus），即只有一根线，是由美国DALLAS半导体公司推出的扩展总线技术，和SPI、I2C不同的是，单总线只有一根信号线（地线除外），整个通信过程的数据交换和控制都由这根线完成，可以说单总线既作为时钟线，又作为数据线，数据在单总线上传输是双向的。采用单总线的好处是：节省IO资源、硬件开销小、资源结构简单、易于控制、易于扩展以及后期维护、成本低等，单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的概念。

挂在单总线上的器件我们称为单总线器件，目前，常见的单总线器件主要有：数字温度传感器（如DS18B20和DS1821）、门禁、身份识别器（如DS1990A）、A/D转换器（如DS2450）等。单总线的主要特点如下：

①、只有一根线；

②、传输速度一般是16.3Kbit/s，最大可达142Kbit/s；

③、只有一个单主机（可以是微控制器），可以是一个或多个从机，所挂的从机数量几乎不受限制；

④、总线空闲时为高电平，数据传输是双向的；

⑤、总线是分时工作的，同一个时刻只能和一个从机进行通信；

⑥、连接到单总线的每个器件必须具有漏极开路或三态输出；

⑦、总线上的信号，除了应答脉冲外，其它都是由主机发出同步信号，并且发出的所有命令和数据字节的低位在前。

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图32.1.1.1 单总线挂载多个设备

32.1.2 单总线硬件接口结构

如下是单总线的硬件接口示意图，设备（主机或者从机）通过漏极开路或者三态端口接到单总线上，当设备不发送数据时释放总线，以便总线给其它设备使用。由于是漏极开路，需要在电路中加一个上拉电阻，图中，单总线外接一个4.7KΩ的上拉电阻，所以，当单总线为空闲状态时，总线状态为高电平。不管什么原因，如果传输过程需要暂时挂起，且要求传输过程还能够继续的话，则总线必须处于空闲状态。位传输之间的恢复时间没有限制，只要总线在恢复期间处于空闲状态（高电平）。如果总线保持低电平超过480us，总线上的所有器件将复位。

我们来看看主机和从机发送数据的过程：

①、当主机通过Tx端发送逻辑1时，经过反相器处理，总线呈现逻辑0，逻辑0经过1-Wire端口的反相器传输给从机的Rx端后为1，则从机接收到逻辑1；

②、当主机通过Tx端发送逻辑0时，经过反相器处理，总线呈现逻辑1，逻辑1经过1-Wire端口的反相器传输给从机的Rx端后为0，则从机接收到逻辑0；

③、当从机通过Tx发送逻辑1时，Tx处的NMOS管导通，总线呈逻辑0，到了主机的Rx反相器后，主机得到逻辑1；

④、当从机通过Tx发送逻辑0时，Tx处的NMOS管截止，总线呈现逻辑1，到了主机的Rx反相器后，主机收到逻辑0。

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图32.1.2.1 单总线的硬件接口示意图

32.1.3 DS18B20简介

1. DS18B20简介

在工农业以及日常生活中经常需要测试温度，传统的方式是使用热电偶或热电阻，测试的值需要经过A/D转换，将模拟量转换为数字量得到，采用这种方式进行设计，硬件结构较复杂，制作成本较高。DS18B20是由美国DALLAS半导体公司推出的一种“单总线”接口的温度传感器，因其突出的优点而广泛用于农业生产、工业制造、气象观测、仓库管理、科学研究、弹药库测温等众多领域，与传统的热敏电阻等测温元件相比，其主要特点有：

①、单总线接口方式，只需要一根线即可与微控制通信（地线除外），在使用中不需要任何外围元件，使用简单，节约硬件成本，且以单总线的数字方式传输，大大提高了抗干扰性；

②、最高12位分辨率，测试温度范围为-55~+125℃，精度为±0.5℃，测温范围广；

③、12位分辨率时，在750毫秒（最大）内可将12位温度转换为数字，转换速度快；

④、工作在3~5.5V的电压范围，适用电压宽；

⑤、全数字温度转换和输出，能直接读出被测温度，可实现9~12位的数字值读数方式（可编程设备温度读数）；

⑥、体积小、多种封装形式，适应狭小空间测温，使系统设置灵活、方便；

⑦、设定分辨率以及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存；

⑧、每个DS18B20都包含唯一的芯片序列号，因此同一条1-Wire总线上可以挂接多个DS18B20。

如下图是不同封装的DS18B20，主要引脚有3个：

引脚	符号	值	描述
1	GND	0V	地线
2	DQ	-0.3V~5.5V	数据输入/输出线
3	VDD	3.0V~5.5V	电源电压
其它	NC		空贴

表32.1.3.1 DS18B20引脚

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图32.1.3.1 DS18B20的封装和引脚排列

2. DS18B20内部结构

如下是DS18B20的内部结构图：

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图32.1.3.2 DS18B20内部结构图

上图中显示了DS18B20的主要组件，其温度检测和数字输出全部集中在一个芯片中，主要部分有：

（1）64位的ROM

ROM中的64位序列号是出厂前被标记好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排列是：低8位是产品家族码，接着48位是DS18B20的序列号，最高8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1）。总线主机可以从64位ROM的前56位计算出CRC值，并将其与DS18B20的8位CRC的值进行比较，以确定总线主机是否已正确接收ROM数据。

ROM作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就实现了一根总线上挂载多个DS18B20。

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图32.1.3.3 64位序列号

（2）温度传感器

DS18B20的温度传感器部分用于完成温度测试，测试得到的值传输到高速缓存存储器中以供主机获取。DS18B20的分辨率可配置（9、10、11或12位），这相当于0.5℃、0.25℃、0.125℃或0.0625℃的温度分辨率，而12位读数为出厂默认状态。我们以12位为例进行介绍：数据以16位符号扩展二进制的补码形式存储在高速缓存存储器中，以0.0625℃/LSB的形式进行表达，MSB包含符号位“S”，该位用于表示温度是整数还是负数：

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图32.1.3.4 DS18B20温度格式（12位）

转化后得到的12位数据存储在两个字节的RAM中，以二进制表示，最高5位是符号位，表示负数还是正数：如果测试的温度大于0，这5位为0，这16位测试得到的值乘以0.0625就是温度值；如果温度小于0，这5位为1，这16位测试得到的值先取反再加1，最后再乘以0.0625就得到温度值。

例如，+125℃的数值为0X07D0H，计算方法：

0X07D0Hà二进制00000 0111 1101 0000à十进制2000à温度=0.0625*2000=125℃。

例如，-55℃的数值为FC90H，计算方法是：

FC90Hà二进制1111 1100 1001 0000à取反后0000 0011 0110 1111à加1后为 0000 0011 0111 0000à十进制880à温度=0.0625*880=-55℃。

温度	数字输出（二进制）	数字输出（16进制）
+125°C	0000 0111 1101 0000	07D0h
+85°C	0000 0101 0101 0000	0550h^（1）
+25.0625°C	0000 0001 1001 0001	0191h
+10.125°C	0000 0000 1010 0010	0191h
+0.5°C	0000 0000 0000 1000	0008h
0°C	0000 0000 0000 0000	0000h
-0.5°C	1111 1111 1111 1000	FFF8h
-10.125°C	1111 1111 0101 1110	FF5Eh
-25.0625°C	1111 1110 0110 1111	FF6Fh
-55°C	1111 1100 1001 0000	FC90h

表32.1.3.2 DS18B20温度数据表

^（1）上电复位寄存器值为+85℃

DS18B20的测量结果将存储在高速缓存存储器中，可通过主机发出存储功能命令读取高速缓存存储器的内容，从而获得数值以便进行计算出温度值，关于存储功能命令我们后面会介绍到。

（3）高温和低温触发器（TH和TL）

温度警报触发器TH和TL分别由1字节EEPROM组成，如果未将警报搜索命令应用于DS18B20，则这些寄存器可用作通用用户存储器。可使用存储器功能命令完成TH，TL和配置字节的写入，通过高速缓存存储器对这些寄存器进行读写时，首先读取和写入的是所有数据的最低有效位。

（4）配置寄存器

配置寄存器在高速缓存存储器中占用一个字节，配置寄存器包含设备将温度到数字转换的分辨率信息，其中，读取低5位默认得到1，R0和R1位是分辨率设置位，出厂默认值为R0=1和R1=1（12位分辨率），最高位是测试模式位，用于设置DS18B20处于工作模式（0），还是测试模式（1），默认出厂的时候该位为0，表示工作模式，其它位无法更改，能改动的只有R0和R1位。

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图32.1.3.5 配置寄存器

R0和R1位的配置如下：

R1	R0	分辨率	温度最大转换时间
0	0	9位	93.75 ms
0	1	10位	187.5 ms
1	0	11位	375 ms
1	1	12位	750 ms

表32.1.3.3 配置寄存器的R1和R0位

（5）DS18B20的内存映射

DS18B20的内存映射如下，由高速缓存存储器和非易失性电可擦除EEPROM组成，后者存储高低温触发器TH和TL以及配置寄存器。高速缓存存储器为8个字节的内存（0~7），前2个字节分别包含所测温度信息的LSB和MSB，第三、第四和第五个字节分别是TH、TL和配置寄存器的易失性副本，每次上电复位时都会刷新，新的数值从EEPROM得到。第六、第七和第八字节用于内部计算或保留的字节。还有一个字节我们可以称为第9字节，它包含一个循环冗余校验（CRC）字节，它存储的是前八个字节的CRC值。

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图32.1.3.6 DS18B20的内存映射

当温度转换命令发出后，转换得到的温度值以二字节补码的形式存储在高速缓存存储器的第0和第1个字节中，主机可通过单总线接口读取这两个字节的数值，且读取的时候，低位在前，高位在后。读取得到的值用于计算温度值的方法在前面第（2）小节已经讲解。

下面，我们结合DS18B20来了解单总线时序，通过时序我们可以知道怎么去操作DS18B20。

32.1.4 DS18B20时序

根据DS18B20的通信协议，主机通过1-Wire端口与DS18B20通信，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过以下步骤：初始化à发送一条ROM指令à发送RAM指令。我们逐个分析这些过程：

1. 初始化

单线总线上的所有任务都以初始化序列开始，初始化序列由总线主设备发送的复位脉冲和从设备DS18B20发送的存在脉冲组成，存在脉冲让总线上的主机知道DS18B20在总线上并且已经准备就绪。主机通过将总线拉低发出复位信号，要求拉低至少480µs，这样确保总线上的从机都复位，然后主机释放总线，因总线上拉4.7KΩ的电阻，所以总线变成高电平，DS18B20在检测到DQ引脚上的上升沿后，DS18B20等待15-60µs，然后DS18B20发送存在脉冲（60-240µs的低信号）来产生应答，主机接收过程至少480us，主机收到此脉冲后，表示复位成功，初始化过程完成。

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图32.1.4.1初始化过程=复位脉冲+从机应答脉冲

2. ROM指令

复位成功后，一旦总线主机检测到从机存在，它可以发出5个ROM功能命令之一：1）读取ROM；2）匹配 ROM；3）搜索 ROM；4）跳过ROM或5）警告搜索。所有ROM功能命令都有8位长，这些命令的列表如下：

指令	指令代码	说明
读ROM	33h	读DS18B20中的64位ROM。仅当总线上有一个DS18B20时，才能使用此命令，如果总线上存在多个从机，则当所有从机同时尝试传输时，将发生数据冲突。
匹配ROM	55h	匹配ROM后面紧跟64位ROM序列，主机在总线上寻址特定的DS18B20，只有与64位ROM序列完全匹配的DS18B20才会响应，所有与64位ROM序列不匹配的从机将等待复位脉冲。此命令可用于总线上的单个或多个设备。
跳过ROM	CCh	忽略64位ROM地址，直接向DS1820发送读取温度命令，这样可以节省时间。该方式适用于单个从机，当有多个从机时，总线上将发生数据冲突。
搜索ROM	F0h	当系统最初启动时，总线主机可能不知道单线总线上的设备数量或它们的64位ROM代码，搜索ROM用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址,为操作各器件作好淮备。
告警搜索	ECh	执行后只有温度超过设定上限或下限值的从机才做出响应，DS18B20仅在上次温度测量时遇到报警情况时才会响应此命令（报警条件定义为温度高于TH或低于TL）。

表32.1.4.1 操作ROM指令

3. RAM指令

成功执行ROM功能序列后，主机可以访问存储和控制功能，然后主机可以提供6个存储和控制功能命令中的任何一个：1）写缓存器；2）读缓存器；3）温度转换；4）复制缓存器；5）重调缓存器；6）读供电。首先读取和写入所有数据的最低有效位。

指令	指令代码	说明
写缓存器	4Eh	发出向内部RAM的第2、3和4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送三字节的数据。
读缓存器	BEh	连续读内部RAM的9字节的内容。
温度转换	44h	启动DS18B20进行温度转换，会将EEPROM的温度值和配置寄存器的值传输给RAM（此操作也会在DS18B20上电后发生，即刷新操作，RAM才能获得有效数据）。12位转换时间最长为750ms，9位为93.75ms（详见表32.1.3.2）
复制缓存器	48h	将RAM的第2、3和4字节字节的内容复制到EEPROM中
重调缓存器	B8h	将存储在EEPROM中的值复制到RAM中的第2、3和4字节，此操作在DS18B20上电时也会发生。
读供电	B4h	读DS1820的供电模式：寄生供电时DS1820发送“0”，外接电源供电时DS1820发送“1”

表32.1.4.2 操作RAM指令

主机和从机之间的数据交换和控制全部在单总线上完成，要想保证数据的完整性，单总线器件必须按照严格的协议来和主机进行通信，要求：除应答信号外，其它信号都由主机发出，并且发出的数据或者命令字节的低位在前，高位在后；主机和从机的数据传输通过时隙（其实也就是时序）来完成，完成1bit传输的时间叫做一个时隙，一个字节8bi就需要8个时隙，这里分为写时隙和读时隙，写时隙是主机把数据传送给从机，读时隙是从机把数据传给主机；写时隙和读时隙有有：写0时隙、写1时隙、读0时隙和读1时隙。

（1）写时隙

当主机将数据线从高电平拉到低电平时，写时隙被启动，所有写时序至少需要60us，两次独立的写时隙之间至少需要1us的恢复时间（图中的t_REC）。从图中可以看出：主机要产生一个写0时间隙，就必须把数据线拉低并保持60 us；主机要产生一个写1时间隙，就必须把数据线拉低，在写时间隙开始后的15 us内允许数据线拉高。当数据线拉低后，在15 ~ 60 us的时间窗口内对数据线进行采样：如果数据线为低电平，就是写0，如果数据线为高电平，就是写1。

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图32.1.4.2 写时隙

（2）读时隙

当主机将数据线从逻辑高电平拉到逻辑低电平时，启动读取时隙。当主机把总线拉低时，数据线必须保持在低逻辑电平至少1µ后释放，必须在15 us内读取数据。所有读取时隙的持续时间必须至少为60µs。两次独立的读时隙之间至少需要1us的恢复时间（图中的t_REC）:

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图32.1.4.3 读时隙

32.2 硬件设计

1. 例程功能

把DS18B20传感器插在预留的接口上，采用DS18B20默认的12位分辨率测试当前的环境温度，并将温度通过串口打印出来。实验中通过观察LED0闪烁提示程序在运行。预留的接口在开发板底板的位置如下：

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图32.2.1 开发板硬件示意图

将DS18B20插到开发板的预留接口的时候，位置一定要插对，不能将DS18B20的GND插在VCC上，否则会烧坏DS18B20甚至开发板，使用过程中不要用手触摸DS18B20露出来的金属部分。如下图，正面对着DS18B20平面的那一侧，管脚向下，从左到右依次为GND、DQ、VDD，上图中的开发板预留接口的4个引脚从左到右依次为VCC、DQ、GND、GND，所以DS18B20这样插入开发板：

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图32.2.2硬件连接示意图

2. 硬件资源

1）LED灯：LED0

2）UART4

3）DHT11（接在PF2上）

LED0	DS18B20	UART4_TX	UART4_RX
PI0	接在PF2上	PG11	PB2

表32.2.1硬件资源

3. 原理图

如下图，DS18B20接在PF2上，我们通过该IO口模拟单总线的时序来控制DS18B20：

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图32.2.3原理图部分

32.3 程序设计

本实验配置好的实验工程已经放到了开发板光盘中，路径为：开发板光盘A-基础资料\1、程序源码\3、M4裸机驱动例程\库V1.2\实验21 DS18B20数字温度传感器实验。

32.3.1 程序设计流程

关于GPIO的HAL库驱动以及寄存器我们在前面章节已经分析过，这里就不再重复讲解。前面部分我们已经分析了DS18B20的时序，我们可以使用IO口模拟出该时序来控制DS18B20工作，从而实现温度的读取。下面，我们根据前面的时序分析总结出本节实验的控制过程：

1）复位DS18B20

1、主机先将总线DQ拉低；

2、延时750us；

3、主机释放总线（将DQ拉高）；

4、延时15us（等待DS18B20应答）。

2）DS18B20应答

1、DS18B20将总线DQ拉低；

2、延时200us（DS18B20是通过发送60~240us的低信号来产生应答）；

3、DS18B20释放总线，上拉电阻将总线DQ拉高；

4、延时240us（因为主机接收过程至少是480us=200us+240us）。

3）写DS18B20

1、DS18B20将总线DQ拉低；

2、延时200us（DS18B20是通过发送60~240us的低信号来产生应答）；

3、DS18B20释放总线，（将DQ拉高）；

4、延时240us（因为主机接收过程至少是480us=200us+240us）。

4）读DS18B20

读0或读1的过程：

1、主机将总线DQ拉低；

2、延时2us；

3、拉高总线DQ（释放总线）；

4、延时12us（因为必须在15us内读）；

5、此处会判断读到的值，延时50us（因为读的持续时间至少为60us）。

5）温度转换

1、复位DS18B20；

2、等待DS18B20应答；

3、跳过ROM（单个从机时）；

4、温度转换。

6）从DS18B20获取温度

温度转换后，可以获取温度值：

1、复位ROM；

2、等待DS18B20应答；

3、跳过ROM（单个从机时）；

4、读缓存器；

5、获取温度的高低位；

6、判断温度正负；

7、返回温度值。

32.3.2 添加代码

1. ds18b20.h文件代码

ds18b20.h的文件代码如下，主要是引脚的定义、IO操作函数定义和函数的声明：

#ifndef __DS18B20_H
#define __DS18B20_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
/* DS18B20引脚 定义 */
#define DS18B20_DQ_GPIO_PORT GPIOF
#define DS18B20_DQ_GPIO_PIN GPIO_PIN_2
/* PF口时钟使能 */
#define DS18B20_DQ_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE(); }while(0) 
/* IO操作函数 */
#define DS18B20_DQ_OUT(x) do{ x ? \  
HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, DS18B20_DQ_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET):\
HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, DS18B20_DQ_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);\
       }while(0) /* 数据端口输出 */
/* 数据端口输入 */
#define DS18B20_DQ_IN HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, DS18B20_DQ_GPIO_PIN) 

uint8_t ds18b20_init(void);    /* 初始化DS18B20 */
uint8_t ds18b20_check(void);    /* 检测是否存在DS18B20 */
short ds18b20_get_temperature(void);  /* 获取温度 */

#endif

DS18B20_DQ_IN用于读取PF2引脚（总线）的电平，DS18B20_DQ_OUT通过参数X设置引脚PF2的电平，当X为0时，设置PF2输出0，当X为1时，设置PF2输出1。

2. ds18b20.c文件代码

ds18b20.c文件代码中有几个函数，分别是：初始化DS18B20的IO口、复位DS18B20、等待DS18B20的回应、从DS18B20读取一个位、从DS18B20读取一个字节、写一个字节到DS18B20、开始温度转换以及从DS18B20得到温度值。我们分别进行讲解：

（1）复位DS18B20

/**
 * @brief复位DS18B20
 * @param要写入的数据
 * @retval无
 */
static void ds18b20_reset(void)
{
 DS18B20_DQ_OUT(0);  /* 主机拉低DQ,复位 */
 delay_us(750);  /* 主机拉低750us */
 DS18B20_DQ_OUT(1);  /* DQ=1, 主机释放复位 */
 delay_us(15);  /* 延迟15US */
}

经过前面时序的分析，复位DS18B20函数很好理解，先将DQ拉低750us（在480us~960us时间内），然后再拉高DQ，即释放DQ，然后再延时15us等待DS18B20应答。

（2）等待DS18B20的回应

/**
 * @brief等待DS18B20的回应
 * @param无
 * @retval正常
异常/不存在
 */
uint8_t ds18b20_check(void)
{
 uint8_t retry = 0;
 uint8_t rval = 0;
 /* 读取DQ值，等待DQ变低, 等待200us */
 while (DS18B20_DQ_IN && retry < 200)
 {
 retry++;
 delay_us(1);
 }
 /* 当等待时间大于200us时，DS18B20异常 */
 if (retry >= 200) 
 {
 rval = 1;
 }
 /* 当等待时间小于200us时，DS18B20正常 */ 
 else 
 {
 retry = 0;
 /* 等待DQ变高, 等待240us */
 while (!DS18B20_DQ_IN && retry < 240) 
 {
 retry++;
 delay_us(1);
 }
 /* 超过240us，则认为DS18B20异常 */
 if (retry >= 240) rval = 1; 
 }
 return rval;
}

该函数的实现也是依据时序图进行逻辑判断，例如当主机发送了复位信号之后，按照时序图，DS18B20应拉低数据线60~240us，整个过程中主机接收最小时间为480us，所以我们就依据这两个硬性条件进行判断：首先需要设置一个时限等待DS18B20响应，时间为200us，DS18B20通过将总线拉低来应答；然后，将总线拉高，模拟DS18B20释放总线，并且延时240us，因为主机的整个接收过程至少为480us（200+240=480），当满足这两个条件后即判断DS18B20成功响应。

（3）从DS18B20读取一个位

/**
 * @brief从DS18B20读取一个位
 * @param无
 * @retval读取到的位值: 0 / 1
 */
static uint8_t ds18b20_read_bit(void)
{
 uint8_t data = 0;  /* 读到的值默认为0 */
 DS18B20_DQ_OUT(0);  /* 主机将总线DQ拉低 */
 delay_us(2);  /* 延时2us */
 DS18B20_DQ_OUT(1);  /* 主机将总线DQ拉高，释放总线 */
 delay_us(12);  /* 延时12us，等主机读取 */

 if (DS18B20_DQ_IN)  /* 读到的值为1 */
 {
 data = 1;
 }
 delay_us(50);  /* 延时50us，因为整个读的时间至少为60us */
 return data;
}

从DS18B20读一个字节比较简单，按照时序图进行，主机将总线拉低2us后再释放总线，然后延时12us，因为主机要在15us内读取，这里就设置为12us，然后在总线拉高的状态再延时50us，因为主机读取的过程至少要60us（2+12+50>60），所以这里设置50us。

（4）从DS18B20读取一个字节

从DS18B20读取一个字节比较简单，每次读一位，分别读取8次即可：

/**
 * @brief从DS18B20读取一个字节
 * @param无
 * @retval读到的数据
 */
static uint8_t ds18b20_read_byte(void)
{
 uint8_t i, b, data = 0;
 for (i = 0; i < 8; i++)  /* 一个字节8位，分8次 */
 {
 b = ds18b20_read_bit();  /* DS18B20先输出低位数据 ,高位数据后输出 */ 
 data |= b << i;  /* 填充data的每一位 */ 
 }
 return data;
}
（5）写一个字节到DS18B20
 根据读写时序，编写如下的程序：
/**
 * @brief写一个字节到DS18B20
 * @param要写入的字节
 * @retval无
 */
static void ds18b20_write_byte(uint8_t data)
{
 uint8_t j;
 for (j = 1; j <= 8; j++)
 {
 /* 写 1 操作*/
 if (data & 0x01)
 {
 DS18B20_DQ_OUT(0); /* 主机拉低DQ */
 delay_us(2);  /* 拉低2 us的时间 */
 DS18B20_DQ_OUT(1); /* DQ=1, 主机释放DQ */
 delay_us(60);  /* 延时60us */
 }
 /* 写 0 操作*/
 else
 {
 DS18B20_DQ_OUT(0); /* 主机拉低DQ */
 delay_us(60);  /* 拉低60 us的时间 */
 DS18B20_DQ_OUT(1); /* DQ=1, 主机释放DQ */
 delay_us(2);  /* 延时2 us */
 }
 data >>= 1;  /* 右移,获取高一位数据 */
 }
}

（6）开始温度转换

温度转换的过程是先复位DS18B20，等待DS18B20应答，主机收到应答后，在只有一个从机时，可跳过ROM直接执行RAM指令进行温度转换，代码如下：

/**
 * @brief开始温度转换
 * @param无
 * @retval无
 */
static void ds18b20_start(void)
{
 ds18b20_reset(); /* 复位DS18B20 */
 ds18b20_check(); /* 等待DS18B20的回应 */
 ds18b20_write_byte(0xcc); /* 跳过ROM */
 ds18b20_write_byte(0x44); /* 开始温度转换 */
}

（7）从DS18B20获取温度值

1 /**
2  * @brief从DS18B20得到温度值(精度：0.1C)
3  * @param无
4  * @retval温度值（-550~1250）
5  * @note返回的温度值放大了10倍.
6 实际使用的时候,要除以10才是实际温度.
7  */
8 short ds18b20_get_temperature(void)
9 {
10 uint8_t flag = 1;  /* 默认温度为正数 */
11 uint8_t TL, TH;
12 short temp;
13 
14 ds18b20_start();  /* 开始温度转换 */
15 ds18b20_reset();  /* 复位DS18B20 */
16 ds18b20_check();  /* 等待DS18B20应答 */
17 ds18b20_write_byte(0xcc); /* 跳过ROM */
18 ds18b20_write_byte(0xbe); /* 读缓存器 */
19 TL = ds18b20_read_byte(); /* 获取温度低位值 LSB */
20 TH = ds18b20_read_byte(); /* 获取温度高位值 MSB */
21 
22 if (TH > 7)  /* 判断温度正负 */
23 {
24 TH = ~TH;
25 TL = ~TL;
26 TL+=1;
27 flag = 0;  /* 温度为负 */
28 }
29 
30 temp = TH;  /* 获得高八位 */
31 temp <<= 8;
32 temp += TL;  /* 获得底八位 */
33 temp =(double)temp * 0.625; /* 转换 */
34
35 if (flag == 0)  /* 如果温度为负数 */
36 {
37 temp = -temp;   /* 将温度转换成负温度 */
38 }
39 
40 return temp;
41 }

第10行，设置标志位flag，如果flag为1，表示温度为整数，如果flag为0，表示温度为负数（即零下温度）；

第14~18行，温度转换的步骤是：先开始温度转换，此时EEROM里得到最新的温度值，且值从EEROM传输给RAM，然后复位DS18B20并等待应答，因为只有一个DS18B20，所以可以直接跳过ROM，直接向DS1820发送读取温度命令去读取温度值，这些值是从RAM中得到的。

第19~20行，读取到的温度值，高8位保存在MSB中，低8位保存在LSB中。

第22~28行，判断温度值是正数还是负数，第32.1.3小节有介绍过，如果高5位是0，温度为正值；如果高5位为1，温度为负值；所以当为负数时，高5位的值至少大于7（二进制是0000 011）。

第30~33行，分别获取高8位和低8位的值，两个值组合得到用于计算温度的值。在前面第32.1.3小节我们有讲解温度的计算方法：默认采用12位分辨率时，如果测试的温度大于0，这5位为0，这16位测试得到的值乘以0.0625就是温度值；如果温度小于0，这5位为1，这16位测试得到的值先取反再加1，最后再乘以0.0625就得到温度值。

第35~38行，如果温度值是负数，将温度转换成负值。

（8）初始化DS18B20的IO口

最后不要忘了要初始化总线，即DS18B20的IO口（PF2），初始化过程：开启PF2时钟、配置IO口为开漏输出、上拉、高速模式：

/**
 * @brief初始化DS18B20的IO口 DQ 同时检测DS18B20的存在
 * @param无
 * @retval正常
不存在/不正常
 */
uint8_t ds18b20_init(void)
{
 GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;

 DS18B20_DQ_GPIO_CLK_ENABLE();  /* 开启DQ引脚时钟 */

 gpio_init_struct.Pin = DS18B20_DQ_GPIO_PIN;
 gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;  /* 开漏输出 */
 gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;  /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; /* 高速 */
/* 初始化DS18B20_DQ引脚 */
 HAL_GPIO_Init(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); 
 /* DS18B20_DQ引脚模式设置,开漏输出,上拉, 这样就不用再设置IO方向了, 开漏输出的时候(=1),  也可以读取外部信号的高低电平

 ds18b20_reset();  /* 复位DS18B20 */
 return ds18b20_check(); /* 返回DS18B20应答结果，这里可以判断DS18B20是否存在 */
}

最后两行代码，先复位DS18B20后再等待其应答，主要是判断DS18B20是否存在，存在的话，我们才可以进行后续的读写操作。

3. main.c文件代码

main.c文件部分代码如下：

1 int main(void)
2 {
3 uint8_t t = 0;
4 short temperature; 
5 HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
6 /* 初始化M4内核时钟,209M */
7 if(IS_ENGINEERING_BOOT_MODE())
8 {
9 sys_stm32_clock_init(34, 2, 2, 17, 6826);
10 }
11 usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
12 delay_init(209); /* 延时初始化 */
13 //usmart_dev.init(209); /* 初始化USMART */
14 led_init(); /* 初始化LED */
15 key_init(); /* 初始化按键 */ 
16 while (ds18b20_init()) /* DS18B20初始化 */
17 {
18 printf("DS18B20 Error!\r\n");
19 delay_ms(1000);
20 } 
21 while (1)
22 {
23 t++;
24 if (t == 20)
25 {
26 t = 0;
27 temperature = ds18b20_get_temperature();/* 获取温度值*/
28 /* 计算温度值，注意最后要除以10（因前面程序乘以0.625）*/
29 printf("DS18B20 Temp=%.1f\r\n", temperature / 10.0f); 
30 LED0_TOGGLE(); /* LED0闪烁 */
31 }
32 delay_ms(10); /* 延时10ms */ 
33 } 
34 }

第16~20行，初始化DS18B20；

第27行，获取温度值；

第29行，打印温度值，注意要再除以10才得到真正的温度值。

32.4 编译和测试

开发板上电，进入仿真运行后结果如下，可以看到一开始打印85.0，这是因为上电后，复位寄存器值默认为85℃。然后，串口打印此时测试的环境温度，且LED0在闪烁。

《STM32MP1 M4裸机HAL库开发指南》第三十二章 DS18B20数字温度传感器实验

图32.4.1运行结果

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《STM32MP1 M4裸机HAL库开发指南》第三十二章 DS18B20数字温度传感器实验

第三十二章18B20数字温度传感器实验

32.1 单总线和DS18B20简介

32.1.1单总线特点

32.1.2 单总线硬件接口结构

32.1.3 DS18B20简介

1. DS18B20简介

2. DS18B20内部结构

32.1.4 DS18B20时序

1. 初始化

2. ROM指令

3. RAM指令

32.2 硬件设计

1. 例程功能

2. 硬件资源

3. 原理图

32.3 程序设计

32.3.1 程序设计流程

32.3.2 添加代码

1. ds18b20.h文件代码

2. ds18b20.c文件代码

3. main.c文件代码

32.4 编译和测试

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第三十二章18B20数字温度传感器实验

32.1 单总线和DS18B20简介​

32.1.1单总线特点​

32.1.2 单总线硬件接口结构​

32.1.3 DS18B20简介​

1. DS18B20简介​

2. DS18B20内部结构​

32.1.4 DS18B20时序​

1. 初始化​

2. ROM指令​

3. RAM指令​

32.2 硬件设计​

1. 例程功能​

2. 硬件资源​

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32.3.1 程序设计流程​

32.3.2 添加代码​

1. ds18b20.h文件代码​

2. ds18b20.c文件代码​

3. main.c文件代码​

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2. DS18B20内部结构

32.1.4 DS18B20时序

1. 初始化

2. ROM指令

3. RAM指令

32.2 硬件设计

1. 例程功能

2. 硬件资源

3. 原理图

32.3 程序设计

32.3.1 程序设计流程

32.3.2 添加代码

1. ds18b20.h文件代码

2. ds18b20.c文件代码

3. main.c文件代码

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