DS18B20温度检测 | 易学教程

STM32F407VET6 -- FreeRTOS -- DS18B20温度检测

1、DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：

　　a、采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一根线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量。
　　b、测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为 -55 ℃ ~+ 125 ℃ ; 在 -10~+ 85°C范围内，精度为 ± 0.5°C 。
　　c、在使用中不需要任何外围元件。
　　d、支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。
　　e、供电方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。
　　f、测量参数可配置 DS18B20 的测量分辨率可通过程序设定 9~12 位。
　　g、负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
　　h、掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。

2、DS18B20内部结构：

　　DS18B20内部主要包括，64位ROM、2字节温度输出寄存器、1字节上下警报寄存器（TH和TL）和1字节配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，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，这样就可以实现一根总线挂接多个DS18B20的目的。配置寄存器允许用户将温度 - 数字转换的分辨率设置为9,10,11或12位。DS18B20控制引脚需要一个上拉电阻，并通过开漏模式连接到总线。DS18B20无需外部电源也可运行，当总线为高电平时，通过DQ引脚提高电源，并将电存储在Cpp电容中，在总线处于低电平时为器件供电，这种方法称为“寄生电源”。另外DS18B20也可通过VDD供电。

3、DS18B20内部构成：

　　高速暂存存储器由9个字节组成，分别为：

　　　　1、温度的低八位数据

　　　　2、温度的高8位数据

　　　　3、高温阈值

　　　　4、低温阈值

　　　　5、配置寄存器

　　　　6、保留

　　　　7、保留

　　　　8、保留

　　　　9、CRC校验

　　器件断电时，EEPROM寄存器中的数据保留，上电后，EEPROM数据被重新加载到相应的寄存器位置，也可以使用命令随时将数据从EEPROM重新加载到暂存器中。

4、温度寄存器数据格式：

　　DS18B20中的温度传感器数据用16位二进制形式提供，其中S为符号位（正数S=0，负数S=1）。温度传感器的分辨率可由用户配置为9、10、11或12位，分别对应0.5℃、0.25 ℃、0.125℃和0.0625℃的增量。开机时的默认分辨率是12位。如果DS18B20配置为12位分辨率，那么温度寄存器中的所有位都将包含有效数据。对于11位分辨率，bit0没有定义。对于10位分辨率，bit1和bit0没有定义，对于9位分辨率，bit2、bit1和bit0没有定义。

5、TH和TL报警寄存器格式：

　　TH和TL寄存器存储温度报警触发值，符号位S表示值是正还是负，对于正数，S=0，对于负数，S=1。DS18B20执行温度转换后，将温度值与用户定义的两个报警触发值进行比较，由于TH和TL是8位寄存器，因此在比较TH和TL时只使用温度寄存器的第11位到第4位，如果被测温度低于或等于TL值，或高于或等于TH值，则在DS18B20内部存在报警条件，并设置报警标志。主设备可以通过发出一个[EC]命令来检查总线上所有DS18B20的报警标志状态。TH和TL寄存器是非易失性的（EEPROM），当设备断电时，它们将保留数据。可以通过内存部分暂存器的字节2和字节3访问TH和TL。

6、配置寄存器数据格式：

　　在配置寄存器中，我们可以通过R0和R1设置DS18B20的转换分辨率，DS18B20在上电后默认R0=1和R1=1(12分辨率)，寄存器中的第7位和第0位到4位保留给设备内部使用。

7、初始化时序：

　　主机首先拉低总线，并至少持续480微秒；然后拉高释放总线，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测；如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答，若一直都是高电平说明总线上无器件应答。做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有至少480微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15-60微秒后将总线电平拉低60-240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。

8、写操作时序：

　　写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。若主机想写0，则把总线拉低电平最少60微秒直至写周期结束。若主机想写1，则一开始主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始，1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。

9、读操作时序：

　　对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。读时序是从主机把单总线拉低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出1则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。

10、STM32F407VET6 -- FreeRTOS -- 读写DS18B20温度传感器例程

#include "sys.h"

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "ds18b20.h"

#define DQ_PORT  GPIOA
#define DQ_PIN  GPIO_Pin_0
#define DQ_RCC  RCC_AHB1Periph_GPIOA

#define DQ_OUT(s) (s == 0)? GPIO_ResetBits(DQ_PORT, DQ_PIN) : GPIO_SetBits(DQ_PORT, DQ_PIN)

// 读取 DQ 输入电平
#define DQ_READ() (GPIO_ReadInputDataBit(DQ_PORT, DQ_PIN) == Bit_SET)

#define DS18B20_PRIO 2 // 任务优先级
#define DS18B20_STK_SIZE 128 // 任务堆栈大小

// 温度值，精度：0.01℃，最高位为符号位(1为负0为正)
// 注：当传感器不正常时温度值为0xFFFF
static unsigned short int TemperatureValue = 0;

// 引脚初始化
static void ds18b20_gpio_init(void)
{
　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

　　RCC_AHB1PeriphClockCmd(DQ_RCC, ENABLE); // 使能GPIO时钟

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DQ_PIN;
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; // 普通输出
　　GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD; // 设为开漏输出
　　GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; // 上下拉电阻不使能
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; // IO口最大速度
　　GPIO_Init(DQ_PORT, &GPIO_InitStructure); // 初始化
　　DQ_OUT(1); // 总线初始化状态为高电平
}

// 基于 168MHz 主频的粗略延时
static void ds18b20_delay(unsigned int us)
{
　　unsigned int i;
　　unsigned char k = 0;

　　for(i = 0; i < us; i++)
　　{
　　　　for(k = 0; k < 10; k++)
　　　　{
　　　　 }
　　}
}

// DS18B20复位
// 返回值：0=复位成功，1=复位失败
static unsigned char ds18b20_reset(void)
{
　　unsigned char flag = 0;
　　unsigned int timeout = 0;

　　DQ_OUT(0); // 拉低总线
　　ds18b20_delay(520); // 持续最少480us
　　DQ_OUT(1); // 释放总线
　　ds18b20_delay(10); // 需要等待15 - 60us

　　// 进入接收模式，此时传感器会拉低总线，持续时间：60 - 240us
　　while(DQ_READ())
　　{
　　　　if(++timeout > 200)
　　　　{
　　　　　　flag = 1;
　　　　　　break;
　　　　}
　　　　ds18b20_delay(5); // 等待5us
　　}

　　// 等待总线被释放　　

　　timeout = 0;
　　while(!DQ_READ())
　　{
　　　　if(++timeout > 2000)
　　　　{
　　　　　　flag = 1;
　　　　　　break;
　　　　}
　　　　ds18b20_delay(10); // 等待10us
　　}

　　return flag;
}

// 向DS18B20写一个字节
static void ds18b20_write_byte(unsigned char dat)
{
　　unsigned char i = 0;

　　for(i = 0; i < 8; i++)
　　{
　　　　DQ_OUT(0);
　　　　ds18b20_delay(2); // 总线拉低持续时间要大于1us
　　　　if(dat & (0x1 << i)) // 低位先发
　　　　{
　　　　　　DQ_OUT(1);
　　　　}
　　　　else
　　　　{
　　　　　　DQ_OUT(0);
　　　　}
　　　　ds18b20_delay(60); // 延时60us，等待ds18b20采样读取
　　　　DQ_OUT(1); // 释放总线
　　　　ds18b20_delay(2);
　　}
}

// 从DS18B20读取一个字节
// 返回值：读到的数据
static unsigned char ds18b20_read_byte(void)
{
　　unsigned char i = 0;
　　unsigned char dat = 0;

　　for(i = 0; i < 8; i++)
　　{
　　　　DQ_OUT(0); // 拉低总线
　　　　ds18b20_delay(2);
　　　　DQ_OUT(1); // 释放总线
　　　　ds18b20_delay(2);
　　　　if(DQ_READ()) // 读时隙产生7 us后读取总线数据
　　　　{
　　　　　　dat |= 0x1 << i; // 低位先收
　　　　}
　　　　ds18b20_delay(60); // 延时60us，满足读时隙的时间长度要求
　　　　DQ_OUT(1); // 释放总线
　　　　ds18b20_delay(2);
　　}

　　return dat;
}

// 获取温度值线程
static void ds18b20_task(void *arg)
{
　　unsigned char byte = 0;
　　unsigned short int temp = 0;

　　ds18b20_gpio_init();

　　while(1)
　　{
　　　　// 开始采集温度数据
　　　　if(ds18b20_reset() != 0)
　　　　{
　　　　　　continue;
　　　　}
　　　　taskENTER_CRITICAL(); // 进入临界区
　　　　ds18b20_write_byte(0xCC); // skip rom
　　　　ds18b20_write_byte(0x44); // 启动温度转换
　　　　taskEXIT_CRITICAL(); // 退出临界区
　　　　vTaskDelayMs(500);

　　　　if(ds18b20_reset() != 0)
　　　　{
　　　　　　continue;
　　　　}
　　　　taskENTER_CRITICAL(); // 进入临界区
　　　　ds18b20_write_byte(0xCC); // skip rom
　　　　ds18b20_write_byte(0xBE); // 发出读取命令

　　　　byte = ds18b20_read_byte(); // 读出温度低八位
　　　　temp = ds18b20_read_byte(); // 读出温度高八位
　　　　taskEXIT_CRITICAL(); // 退出临界区

　　　　temp = temp << 8;
　　　　temp = temp | byte;

　　　　// 高五位为符号位，当温度为正的时候，高五位的字节是0，当温度为负的时候，高五位字节为1
　　　　byte = 0x00; // 温度为正，正温度把16进制数转成10进制即可
　　　　if(temp & 0xF800)
　　　　{
　　　　　　// 负温度把16进制数取反后加1再转成10进制数
　　　　　　temp = (~temp) + 1;
　　　　　　byte = 0x80; // 温度为负
　　　　}

　　　　temp = (temp * 25) >> 2; // DS18B20的分辨率是0.0625度，保留两位小数即：6.25 = 25 / 4;
　　　　if(byte == 0x80)
　　　　{
　　　　　　temp |= 0x8000; // 加上符号标志
　　　　}

　　　　taskENTER_CRITICAL(); // 进入临界区
　　　　TemperatureValue = temp;
　　　　taskEXIT_CRITICAL(); // 退出临界区

　　　　vTaskDelayMs(1500); // 1.5s采集一次温度数据
　　}
}

// 获取温度值
// 返回值：温度（精度：0.01℃，最高为符号位1为负0为正）
// 注：当传感器不正常时温度值为0xFFFF
unsigned short int ds18b20_get_temp_value(void)
{
　　return TemperatureValue;
}

// 初始化 DS18B20
// 返回值：0=succ；1=failed
unsigned char ds18b20_init(void)
{
　　unsigned char flag = 0;
　　taskENTER_CRITICAL(); // 进入临界区

　　// 创建任务，参数：任务函数、任务名称、任务堆栈大小、任务函数形参、任务优先级、任务句柄
　　if(xTaskCreate(ds18b20_task, "ds18b20", DS18B20_STK_SIZE, NULL, DS18B20_PRIO, NULL) != pdPASS)
　　{
　　　　flag = 1;
　　}

　　taskEXIT_CRITICAL(); // 退出临界区
　　return flag;
}

来源：oschina

链接：https://my.oschina.net/u/4308120/blog/3321177

标签

Dat

freertos

XCC