怎样用stm32驱动ds18b20温度芯片

一、DS18B20简介

DS18B20是一一款常用的数字温度传感器，使用单个引脚完成主从机的双向通信是这款芯片的特点。

物理连接简单，那自然有特殊的时序需要满足，这也是使用这款芯片时麻烦的一点。

由于DS18B20不支持我们熟悉的IIC和SPI协议，那也就没有现成的库函数来支持我们的读写操作，也就是需要我们自行编写驱动。

但本文并不打算从解读数据手册中的时序图开始说太多废话，只给把代码给出，介绍一下驱动编写时可能遇到的一些问题，结合代码给出解决方案。

根据数据手册，这款芯片通常有三种封装：

三者都是通过DQ这个引脚来进行与主机的通信。所以问题简化为：

控制与DQ连接的引脚的电平变化

实际上，ds18b20支持六个操作指令：

只需要按照一定电平协议把这些命令发出去，就能够从DQ读取到想要的数据。而这些指令都刚好只有8位(bit)，也就是一个字节。于是乎，ds18b20驱动的编写进一步简化为四个小任务：

1、初始化配置
2、通过DQ读取一个字节
3、通过DQ发送一个字节
4、读取温度

二、驱动代码介绍

1、初始化配置

初始化包含两步：

1、`DQ`对应的引脚的GPIO配置
2、通过`DQ`对`ds18b20`芯片的初始化

对应驱动代码的这部分：

/*** @brief  配置DQ并复位DS18B20* @param   无* @retval  无*/
void DS18B20_Init(void)
{/* 初始化GPIO */DS18B20_DQGPIOConfig();/* 复位 */DS18B20_Rst();
}

DS18B20_DQGPIOConfig()使能APB2总线时钟和GPIO时钟，配置DQ对应的引脚为推挽输出模式即可:

/*** @brief  配置DQ对应的GPIO引脚* @param   无* @retval  无*/
void DS18B20_DQGPIOConfig(void)
{/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/*开启LED相关的GPIO外设时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(DQ_GPIO_CLK, ENABLE);/*选择要控制的GPIO引脚*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PINDQ;    /*设置引脚模式为通用推挽输出*/GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   /*设置引脚速率为50MHz */   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; /*调用库函数，初始化GPIO*/GPIO_Init(GPIODQ, &GPIO_InitStructure);
}

上面的代码中包含一些宏定义：

/* DQ引脚相关宏定义 */
#define GPIODQ GPIOB
#define PINDQ GPIO_Pin_8
/* GPIO端口时钟 */
#define DQ_GPIO_CLK         RCC_APB2Periph_GPIOB

注：为了不至于看花眼，不会一次性将所有的宏和函数实现贴出来，说到哪儿就贴到那儿。同时也不用担心不好拼凑成完整的驱动程序，因为文末会放出驱动源代码链接。

重点看DS18B20_Rst()的实现：

/*** @brief  复位DS18B20*/
void DS18B20_Rst(void)
{   DS18B20_SetDQMode_OUT();/* 先将数据线置高电平“1” */DQ_H;/* 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点） */Delay_us(1);/* 数据线拉到低电平“0”。 */DQ_L;/* 延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒） */Delay_us(750);/* 数据线拉到高电平“1” */DQ_H;/* 延时等待（如果初始化成功则在15到60微秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。 *//* 超时时间不要设置得太短（500us是足够的），否则初始化失败，将获取不到环境温度 */Delay_us(500);uint8_t dqStatus = GPIO_ReadInputDataBit(GPIODQ,PINDQ);/*  将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。 */DQ_H;
}

注意看每一步的注释，交代了初始化过程中DQ的电平变化。

其中最后一个延时函数：

Delay_us(500);

尤为关键，如果这里的等待时间不足，将导致初始化失败，出现温度值不变的怪病。

DS18B20_SetDQMode_OUT()是把DQ对应的引脚设置为推挽输出模式：

/*** @brief  设置DQ对应的引脚位推挽输出模式* @param   无 * @retval  无*/
static void DS18B20_SetDQMode_OUT()
{/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/*选择要控制的GPIO引脚*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PINDQ;    /*设置引脚模式为通用推挽输出*/GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   /*设置引脚速率为50MHz */   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; /*调用库函数，初始化GPIO*/GPIO_Init(GPIODQ, &GPIO_InitStructure);
}

DQ_H()和DQ_L()分别是将DQ对应的引脚设置为高电平和低电平:

#define DQ_H GPIO_SetBits(GPIODQ,PINDQ)
#define DQ_L GPIO_ResetBits(GPIODQ,PINDQ)

Delay_us()的实现如下：

/*** @brief 延时函数* @param us_cnt 设定的延时微秒数* @retval 无*/
void Delay_us(uint32_t us_cnt)
{TIM3->CNT = us_cnt-1;TIM3->CR1 |= TIM_CR1_CEN;while((TIM3->SR & TIM_FLAG_Update)!=SET);TIM3->SR = (uint16_t)~TIM_FLAG_Update;TIM3->CR1 &= ~TIM_CR1_CEN;
}

这个函数需要配置定时器以支持计时：

/*** @brief 配置延时定时器* @param us_cnt 设定的延时微秒数* @retval 无
*/
void Delay_Timer_Init(void)
{TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseInitStruct);TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Down;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 100-1;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = (84-1);TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStruct);while((TIM3->SR & TIM_FLAG_Update)!=SET);TIM3->SR = (uint16_t)~TIM_FLAG_Update;
}

2、通过DQ读取一个字节

/*** @brief  通过DQ从DS18B20读取一个字节（Byte）* @param   无* @retval  读取到的数据(uint8_t类型)*/
uint8_t DS18B20_ReadByte(void)
{uint8_t data = 0x00;for(int i=0;i<8;i++){DS18B20_SetDQMode_OUT();/* 将数据线拉高“1” */DQ_H;/* 延时2微秒 */Delay_us(2);/* 将数据线拉低“0” */DQ_L;/* 延时3微秒 */Delay_us(3); data>>=1;/* 将数据线拉高“1” */DQ_H;DS18B20_SetDQMode_IPU();/* 延时5微秒 */Delay_us(5);/* 读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理 */if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIODQ,PINDQ))data|=0x80;/* 延时60微秒 */Delay_us(60);}return data;
}

同样的，注意阅读注释中的描述。

DS18B20_SetDQMode_IPU()把DQ对应的引脚设置为输入模式：

/*** @brief  设置DQ对应的引脚为输入模式* @param   无  * @retval  无*/
static void DS18B20_SetDQMode_IPU()
{/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/*选择要控制的GPIO引脚*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PINDQ;    /*设置引脚模式为通用推挽输出*/GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;   /*调用库函数，初始化GPIO*/GPIO_Init(GPIODQ, &GPIO_InitStructure);
}

3、通过DQ发送一个字节

/**
* @brief  通过DQ向DS18B20发送一个字节（Byte）
* @param   @arg data 待发送的1字节数据
* @retval  无*/
void DS18B20_WriteByte(uint8_t data)
{for(int i=0;i<8;i++){/* 数据线先置低电平“0” */DQ_L;/* 延时确定的时间为15微秒 */Delay_us(15);/* 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位） */if(data&0x01){GPIO_WriteBit(GPIODQ,PINDQ,Bit_SET);      }else{GPIO_WriteBit(GPIODQ,PINDQ,Bit_RESET);}/* 延时时间为45微秒 */Delay_us(45);/* 将数据线拉到高电平 */DQ_H;data>>=1;}
}

4、读取温度

/*** @brief  获取温度寄存器的值并转换为温度值返回* @param   无* @retval  无*/
float DS18B20_GetTemp(void)
{DS18B20_Rst();DS18B20_WriteByte(SKIPROMCOMMAND);DS18B20_WriteByte(CONVERTT);DS18B20_Rst();DS18B20_WriteByte(SKIPROMCOMMAND);DS18B20_WriteByte(READSCRATCHPAD);uint8_t tempL = DS18B20_ReadByte();uint8_t tempH = DS18B20_ReadByte();/* 反码 */if(tempH>0x7f){tempL = ~tempL;tempH = ~tempH+1;}/* 计算温度值 */float temp = ((tempH<<4)|(tempL>>4))+(float)(tempL&0x0f)*0.0625; return temp;
}

其中的SKIPROMCOMMAND、CONVERTT、READSCRATCHPAD都是 ds18b20 的控制指令:

温度计算的部分需要注意一下：

/* 计算温度值 */
float temp = ((tempH<<4)|(tempL>>4))+
(float)(tempL&0x0f)*0.0625;

数据手册的表述如下：

1、黑色-划掉的是多余的符号位
2、红色-对应着整数位
3、蓝色-下划线部分对应小数

首先，(高8位左移4位)或上(低八位右移4位),得到8位的整数部分：

((tempH<<4)|(tempL>>4))

然后，低8位去掉左边4位：

(tempL&0x0f)

乘2^(-4)化成小数：

(float)(tempL&0x0f)*0.0625

整数部分和小数部分加起来得到温度值：

float temp = ((tempH<<4)|(tempL>>4))+
(float)(tempL&0x0f)*0.0625;

好啦，ds18b20的驱动就介绍完了，源代码的链接放在下面：

基于stm32F1标准库开发的DS18B20驱动

timer.x提供时序控制支持
ds18b20.x是驱动内容，供以读取温度数据