【单片机】温度传感器 DS18B20_skip rom

前言

大家好，我是林白柏；

希望你看完之后，能有所收获，不足请指正！

PS：本文提到的模块都使用正点原子的stm32开发板战舰驱动，模块用的某宝现成的模块。

PS：代码为正点原子的代码，整理成自己习惯的接口

DS18B20介绍

基本情况

DS18B20是单总线接口的温度传感器，而且一个总线上可以挂多个DS18B20，通过传感器内部的64bit ROM区分不同的DS18B20（前8bit为家族码，随后48bit为序列号每个DS18B20的序列号均不相同，最后8bit是前56bit的CRC检验码），这点跟DHT11不同。

DS18B20的内部结构如下图

寄生电源电路可以使DS18B20在不接电源的情况下工作。本文演示时有外接VDD

另一个跟DHT11不同点是温度测量范围和精度，DS18B20测温范围-55_+125℃，精度±0.5℃（DHT11：0-50℃；±2℃），并且可以通过配置寄存器设置采样分辨率（温度数据的位数，9~12bits），位数越多采样需要的时间越长，对应关系如下图

温度数据读回来后不能直接用，需要根据规格书提供的表进行转换才能得到温度值（这点没有DHT11那么直观，但也不复杂），对应关系如下表

记温度值为T0，读回来的数据为T1，从表中可以得到T0 = T1 * 0.0625；

怎么通信

现在，你对DS18B20有了基本的了解，那接下来要解决的问题就是单片机怎么跟DS18B20通信了。

时序

• 初始化信号（复位信号）

  主机拉低最少480us，之后将引脚设置为输入等待DS18B20（后面简称从机）15-60us后响应；从机的响应信号为拉低60-240us，之后释放总线，由上拉电阻将总线拉高；时序图如下图所示

• 读/写“0”和“1”

  写“1”和写“0”都是先拉低，如果是写“1”则在1us~15us内拉高，如果时写“0”，则在60us后拉高；

  读“1”和读“0”都是先拉低，然后将引脚配置为输入，在拉低的1us~15us内读取引脚电平，为高则为“1”，为低则为“0”；时序图如下图所示

  

通信流程

了解了初始化信号，读写“0”“1”的时序，接下来根据特定的通信流程，我们就能读出温度数据啦！

DS18B20的规格书有两页的通讯流程图，有兴趣的小伙伴可以去看下规格书下载，这里我们就用最简单的流程

1. 触发传感器开始转换：

   复位 -> 发 SKIP ROM 命令（0xCC） -> 发开始转换命令（0x44）

2. 延时，等待转换完成

3. 读取温度：

   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)

4. 结束

发送命令 0xCC可跳过发送64bit ROM的环节，类似I2C的发送设备地址，因为我们只用了1个DS18B20，不用关心序列号，所以可以跳过；

发送命令0xBE可读出DS18B20的整个存储器的9bytes的数据，中间允许主机发送复位信号打断。因为我们只需要温度数据，所以只接收前2bytes的数据；读取数据时，数据是从Byte0（下图）的低位开始传输，写数据也是低位先写。更多命令请查看规格书

DS18B20的内存映射如下图所示

代码讲解

这部分只讲解部分代码，完整代码可通过文末链接获取

基本信号

• 复位信号

这部分跟DHT11的代码很像

void DS18B20_Rst(void)	   
{                 
	DS18B20_IO_OUT(); 	//SET PG11 OUTPUT
    DS18B20_DQ_OUT=0; 	//拉低DQ
    delay_us(750);    	//拉低750us(大于480us即可)
    DS18B20_DQ_OUT=1; 	//DQ=1 
	delay_us(15);     	//15US
}
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复位信号之后等待DS18B20响应

u8 DS18B20_Check(void) 	   
{   
	u8 retry=0;
	DS18B20_IO_IN();	//SET PG11 INPUT	 
    while (DS18B20_DQ_IN&&retry<200)//DS18B20会拉低60-240us，没拉低说明传感器不存在
	{
		retry++;
		delay_us(1);
	};	 
	if(retry>=200)return 1;
	else retry=0;
    while (!DS18B20_DQ_IN&&retry<240)//等待DS18B20响应后释放总线。上面时序部分有提到，总线最后是由上拉电阻拉高
	{
		retry++;
		delay_us(1);
	};
	if(retry>=240)return 1;	    
	return 0;
}
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• 写1byte

void DS18B20_Write_Byte(u8 dat)     
 {             
    u8 j;
    u8 testb;
	DS18B20_IO_OUT();	//SET PG11 OUTPUT;
    for (j=1;j<=8;j++) 
	{
        testb=dat&0x01;//低位先写
        dat=dat>>1;
        if (testb) 
        {
            DS18B20_DQ_OUT=0;	// Write 1
            delay_us(2);                            
            DS18B20_DQ_OUT=1;
            delay_us(60);             
        }
        else 
        {
            DS18B20_DQ_OUT=0;	// Write 0
            delay_us(60);             
            DS18B20_DQ_OUT=1;
            delay_us(2);                          
        }
    }
}
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• 读1byte

u8 DS18B20_Read_Bit(void) 	 
{
    u8 data;
	DS18B20_IO_OUT();	//SET PG11 OUTPUT
    DS18B20_DQ_OUT=0; 
	delay_us(2);
    DS18B20_DQ_OUT=1; 
	DS18B20_IO_IN();	//SET PG11 INPUT
	delay_us(12);
	if(DS18B20_DQ_IN)data=1;
    else data=0;	 
    delay_us(50);           
    return data;
}

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;
}
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读一帧数据

需要说明一点，前面提到温度值为T0 = T1 * 0.0625，这样就需要返回float变量；代码中是*0.625，得到的值为实际温度值的10倍，用户处理起来也比较方便。
举例：

1. 产品需要将采集到的温度传给其他设备，如果返回float，用户如果直接传需要4bytes，否则得做转换；如果返回short，则用户可以直接传，只用2bytes；
2. 产品需要在oled显示温度值，如果是float，要取小数部分就比较麻烦一点；如果是short，直接%10就可以得到小数部分。

uint8_t ds18b20_read_data( short * data )
{
    u8 temp;
    u8 TL,TH;
	short tem;
    DS18B20_Start ();  			// ds1820 start convert
    DS18B20_Rst();
    if( DS18B20_Check() ) {
        return 1;
    } 
    DS18B20_Write_Byte(0xcc);	// skip rom
    DS18B20_Write_Byte(0xbe);	// read [function command]  
    TL=DS18B20_Read_Byte(); 	// 低字节
    TH=DS18B20_Read_Byte(); 	// 高字节
	    	  
    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=(float)tem*0.625;		//转换
	if(temp) *data = tem; 		//返回温度值
	else *data = -tem;  

    return 0;
}
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代码使用方法

int main(void){
    dht11_init();
    
    while(1) {
        short temp_data = 0;
        
        if( !ds18b20_read_data( &temp_data ) ) {
            _LOG_DEBUG( "[ds] temp %0.1fC\n\n", ((float)temp_data/10.0));
        }
        else {
            _LOG_INFO("[err] ds18b20 read\n");
        }
        delay_ms(2000);
    }
}
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今天就分享到这里，希望你在这篇文章中有所收获；不变秃且变强[doge]。

代码获取

共用代码：https://gitee.com/sumoting1629/mcu-practice/tree/master/common

驱动代码：https://gitee.com/sumoting1629/mcu-practice/tree/master/component