• STM32——一线协议之DS18B20温度采样

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    一、DS18B20传感器介绍

    在这里插入图片描述
    每个DS18B20出厂的时候都烧录了一个唯一的64为产品序列号在ROM中。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个传感器。

    1、DS18B20一线协议

    所有的单总线器件都要求用严格的信号时序，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0/1、读0/1。所有的这些信号除了应答信号。都由主机发出同步信号，并且所有发送的命令和数据都是字节的低位在前（LSB）。

    （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480us，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 ~ 60us，并进入接收模式（Rx）。接着DS18B20模块拉低总线60 ~ 240us，以产生低电平应答脉冲，若产生了低电平应答脉冲，再延时240us。
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    （2）写时序

    写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少要60us，且在两次独立的写时序之间至少要1us的恢复时间，两种写时序均起始于拉低总线。

    写0时序：主机输出低电平，延时60us，然后释放总线2us；
    写1时序：主机输出低电平，延时2us，然后再释放总线，延时60us。

    从机在总线拉低30us后，读取电平。若为低电平，表示写0，若为高电平，表示写1。

    在这里插入图片描述

    （2）读时序

    单总线器件仅在主机发出读时序时，才向主机传数据，主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，一遍从机能够传输数据。所有的读时序至少需要60us，且两次独立的读时序之间至少需要1us的恢复时间。

    当总线控制器把数据线从高电平拉到低电平时，读时序开始，数据线必须至少保持1us，然后总线被释放。DS18B20通过拉高或拉低总线来传输“1”或“0”。当逻辑“0”结束后，总线被释放，通过上拉电阻回到上升状态，从DS18B20输出的数据在读时序的下降沿出现后15us内有效6.因此，总线控制器在读时序开始后必须停止把I/O口驱动为低电平，以读取I/O状态。

    在这里插入图片描述

    2.DS18B20工作流程

    先进行温度转换，再进行温度读取；
    温度转换：初始化 -> 跳过ROM -> 温度转换
    温度读取：初始化 -> 跳过ROM -> 读寄存器 -> 读低八位 -> 读高八位

    （1）初始化

    单总线上的所有通信都是以初始化序列开始，主机发出初始化信号后等待从设备的应答信号，以确认从设备是否能正常工作。

    （2）ROM操作命令

    总线主机检测到DS18B20存在之后，便可以发出ROM操作命令，这些命令如下。但是我们一般不关心ROM中的16位产品序列号，通常会发送0xCC跳过ROM的相关操作。
    在这里插入图片描述

    （3）存储器操作命令

    接下来发送相应的高速暂存存储器命令，命令表如下。其中0x44命令通知DS18B20传感器开始进行温度变换（温度采样），而0xBE命令则将开始读出DS18B20的采样值。
    在这里插入图片描述

    （4）数据处理

    DS18B20的高速暂存存储器由9个字节组成。当执行温度转换命令（0x44）后，经转换的温度以二字节补码形式存于高速暂存存储器的前两个字节。
    在这里插入图片描述
    如果我们只关心温度值的话，则只需读前两个字节就可以了。其中Byte[0]为温度值得低字节，而Byte[1]为温度值得高字节。这16位数据的格式如下：
    在这里插入图片描述
    其中BIT[3:0]为温度值的小数部分，而BIT[10:4]为温度值的整数部分，BIT[15:11]为符号位，如果为0表示温度为正值，如果为-1则表示温度为负值。

    二、DS18B20温度采样实现

    1、硬件连接

    DS18B20传感器工作电压为3~5.5V，本人将DS18B20的I/O口接到开发板的GPIO管脚PA5上，其实任意一个GPIO管脚都可以的，只需修改一下代码即可（后面说）。

    2、代码实现

    ds18b20.h

    /*
 * ds18b20.h
 *
 *  Created on: 2022年6月28日
 *      Author: 28980
 */

#ifndef INC_DS18B20_H_
#define INC_DS18B20_H_
#include "main.h"

uint8_t DS18B20_Reset(void);//初始化复位及应答

void DS18B20_Writte_Byte(uint8_t byte);//写一个字节

uint8_t DS18B20_Read_Bit(void);//读一个位

uint8_t DS18B20_Read_Byte(void);//读一个字节

uint8_t DS18B20_SampleData(float *temperature);//温度采样

#endif /* INC_DS18B20_H_ */


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    ds18b20.c

    /*
 * ds18b20.c
 *
 *  Created on: 2022年6月28日
 *      Author: 28980
 */


#include "ds18b20.h"

typedef struct w1_gpio_S
{
	GPIO_TypeDef	*group;
	uint16_t		pin;
}w1_gpio_s;

static w1_gpio_s W1DS =
{
	.group = GPIOA,
	.pin = GPIO_PIN_5,
};

#define W1DS_Input()	\
{\
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};\
 	GPIO_InitStruct.Pin = W1DS.pin;\
 	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;\
 	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;\
 	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;\
 	HAL_GPIO_Init(W1DS.group, &GPIO_InitStruct);\
}


#define W1DS_Output()	\
{\
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};\
 	GPIO_InitStruct.Pin = W1DS.pin;\
 	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;\
 	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;\
 	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;\
 	HAL_GPIO_Init(W1DS.group, &GPIO_InitStruct);\
}

#define W1DS_Write(x)	HAL_GPIO_WritePin(W1DS.group, W1DS.pin,\
		(x==1)?GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET)

#define W1DQ_Read()	HAL_GPIO_ReadPin(W1DS.group, W1DS.pin)

uint8_t DS18B20_Reset(void)
{
	uint8_t retry = 0;
	uint8_t rv;

	W1DS_Output();
	W1DS_Write(1);
	delay_us(2);

	W1DS_Write(0);
	delay_us(480);

	W1DS_Write(1);
	delay_us(60);

	W1DS_Input();
	while(W1DQ_Read() && retry < 240)
	{
		retry++;
		delay_us(1);
	}

	if(retry >= 240)
	{
		rv = 1;
	}

	delay_us(240);

	W1DS_Output();
	W1DS_Write(1);
	delay_us(240);

	return rv;

}


void DS18B20_Writte_Byte(uint8_t byte)
{
	uint8_t i;

	W1DS_Output();

	for(i = 0; i< 8; i++)
	{
		if(byte & 0x01)
		{
			W1DS_Write(0);
			delay_us(2);

			W1DS_Write(1);
			delay_us(60);
		}
		else
		{
			W1DS_Write(0);
			delay_us(80);

			W1DS_Write(1);
			delay_us(2);
		}

		byte >>= 1;
		delay_us(2);
	}
}


uint8_t DS18B20_Read_Bit(void)
{
	uint8_t rv = 0;

	W1DS_Output();
	W1DS_Write(0);
	delay_us(2);
	W1DS_Write(1);
	delay_us(2);

	W1DS_Input();

	if(W1DQ_Read())
	{
		rv = 1;
	}

	delay_us(60);
	W1DS_Output();
	W1DS_Write(1);

	return rv;
}


uint8_t DS18B20_Read_Byte(void)
{
	uint8_t bit;
	uint8_t i, Byte = 0;

	for(i = 0; i < 8; i++)
	{
		bit = DS18B20_Read_Bit();
		printf("read bit:%d\r\n", bit);
		if(bit)
		{
			Byte |= (1 << i);
		}
		delay_us(2);
	}
	printf("Byte:%d\r\n", Byte);
	return Byte;
}

uint8_t DS18B20_Start_Convet(void)
{
	if(DS18B20_Reset())
	{
		printf("Initialization failed!\r\n");
		return -1;
	}

	DS18B20_Writte_Byte(0xCC);

	DS18B20_Writte_Byte(0x44);

	return 0;
}

uint8_t DS18B20_SampleData(float *temperature)
{
	uint8_t Byte[2];
	uint8_t sign;
	uint16_t temp;

	if(!temperature)
		return -1;

	if(DS18B20_Start_Convet())
	{
			printf("Convet Temperature failed!\r\n");
			return -2;
	}

	if(DS18B20_Reset())
	{
		printf("Initialization failed!\r\n");
		return -3;
	}

	DS18B20_Writte_Byte(0xCC);
	DS18B20_Writte_Byte(0xBE);

	Byte[0] = DS18B20_Read_Byte();
	Byte[1] = DS18B20_Read_Byte();

	printf("Byte[0]:%d\r\n", Byte[0]);
	printf("Byte[1]:%d\r\n", Byte[1]);

	if(Byte[1] > 7)
	{
		sign = 0;
		temp = ~(Byte[1]<<8 | Byte[0]) + 1;
	}
	else
	{
		sign = 1;
		temp = Byte[1]<<8 | Byte[0];
	}


	*temperature = (temp>>4) + (temp & 0x0F) * 0.0625;
	if(!sign)
	{
		*temperature = - *temperature;
	}

	return 0;
}

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    main.c

    while(1)
{
	  if(DS18B20_SampleData(&temperature) < 0)
	  {
		  printf("ERROR:DS18B20 Sample Data failure\r\n");
	  }
	  else
	  {
		  printf("DS18B20 Sample Temperature:%.3f\r\n", temperature);
	  }
	  HAL_Delay(3000);
}

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    在写之前借鉴了一下别人的代码，然后自己看datasheet自己写了代码，出现了不少错，其中有一个隐藏而致命的，让我找了很久，就是写一个字节最后的移位这，byte >>= 1;和读一个字节Byte |= (1 << i);这，少写了一个等号，也算是一个小坑吧，另外在写驱动的时候，一定先看懂数据手册的时序图，和一些对存储器的操作。

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