基于STM32_DS18B20单总线传感器驱动

news2025/6/27 5:16:25

基于STM32_DS18B20单总线传感器驱动

文章目录

  • 基于STM32_DS18B20单总线传感器驱动
  • 前言
  • 一、BS18B20？
  • 二、原理
    • 1.复位与检验
    • 2.基本命令
    • 3.唯一ROM识别码
    • 4.温度转换
  • 三、驱动代码
  • 四、注意事项

前言

本文以一款典型的单总线传感器及其驱动——DS18B20为例，简单对1-Wire总线接口的传感器做个示例讲解，该项目基于硬件平台STM32F407，使用标准库本完成。

一、BS18B20？

DS18B20数字温度计提供9至12位(可配置)温度读数，指示设备的温度。信息通过1-Wire总线接口发送到/从DS18B20，因此只需要从中央微处理器连接到DS18B20的一根线(和接地)。读取、写入和执行温度转换的电源可以从数据线本身获得，而不需要外部电源。每个DS18B20都包含一个唯一的硅序列号，所以多个DS18B20可以存在于同一个1-Wire总线上。这允许在许多不同的地方放置温度传感器。此功能有用的应用包括暖通空调环境控制，感应建筑物，设备或机械内部的温度，以及过程监控和控制。

示例：pandas 是基于NumPy 的一种工具，该工具是为了解决数据分析任务而创建的。
特点：
1.唯一的1线接口只需要一个端口引脚进行通信
2.多功能简化了分布式温度传感应用
3.不需要外部组件，可从数据线供电。
4.供电范围3.0V至5.5V 零待机电源
5.测量温度范围为-55°C至+125°C。相当于-67°F到+257°F ±0.5°C精度从-10°C到+85°C
6.温度计分辨率可编程从9到12位

二、原理

1.复位与检验

主机发送(TX)复位脉冲(低信号，至少480µs)，然后主机释放线路并进入接收模式(RX)，线总线通过5k上拉电阻拉到高状态。在检测到DQ引脚上的上升沿后，DS18B20等待15-60µs，然后发送存在脉冲(60-240µs的低电平信号)，主机在该时段检测到DQ的低电平信号，表示DS18B20设备存在，否则设备不存在。参见驱动中：void DS18B20_Reset(void)和uint8_t DS18B20_Check(void)函数。
在这里插入图片描述

2.基本命令

DS18B20常见的命令及含义如表所示：

名称命令码功能
Read ROM33h该命令允许总线主机读取DS18B20的8位族码、唯一的48位序列号和8位CRC。该命令只能在总线上有单个DS18B20时使用。如果总线上有多个从站，当所有从站试图同时传输时，就会发生数据冲突(open drain将产生有线AND结果)。
Match ROM55hmatch ROM命令，后跟64位ROM序列，允许总线主机在多路总线上寻址特定的DS18B20。只有与64位ROM序列完全匹配的DS18B20才会响应以下内存功能命令。所有与64位ROM序列不匹配的从存储器将等待复位脉冲。该命令可用于总线上的单个或多个设备。
Skip ROMCCh该命令允许总线主机在不提供64位ROM代码的情况下访问内存功能，从而在单丢总线系统中节省时间。如果总线上有一个以上的从站，并且在Skip ROM命令之后发出了Read命令，那么当多个从站同时传输时，总线上就会发生数据冲突(open drain下拉将产生一个有线and结果)。相当于跳过了识别码查验，直接读取温度
Search ROMF0h当系统最初启动时，总线主机可能不知道1-Wire总线上的设备数量或它们的64位ROM代码。搜索ROM命令允许总线主人使用消除过程来识别总线上所有从设备的64位ROM代码。
Read ScratchpadBEh该命令读取刮记本的内容。读取将从字节0开始，并将继续通过刮擦板，直到读取第九个(字节8,CRC)字节。如果不是所有的位置都要读取，主机可以在任何时候发出复位以终止读取。
Search ROM44h该命令开始温度转换。无需进一步收集数据。温度转换将被执行，然后DS18B20将保持空闲。如果总线主机按照该命令发出读时隙，只要DS18B20忙于进行温度转换，它就会在总线上输出0;当温度转换完成时，它将返回一个1。如果parasitepowered，总线主必须在发出该命令后立即启用一个大于tconv的强上拉。

基本操作过程参见官方手册给出的如下流程图
在这里插入图片描述

3.唯一ROM识别码

每个DS18B20包含一个64位长的唯一ROM代码。发送0x33命令后可读取改64位识别码，前8位是1-Wire族代码(DS18B20代码为28h)。接下来的48位是唯一的序列号。最后8位是前56位的CRC（CRC = X8 + X5 + X4 + 1），(参见图4）。当有多个DS18B20设备同时挂在1-Wire总线下时，可通过发送0x55匹配命令后发送识别码来匹配ROM识别码来确定控制或读取哪一个DS18B20设备数据。以前的方式是先准确无误得读取每个DS18B20设备唯一ROM识别码并提前写入代码中，如果某个传感器设备损坏，更换传感器设备的同时要更改代码或识别码配置文件。后来手册中给出一个Search ROM命令（暂时没试过）。
在这里插入图片描述

4.温度转换

DS18B20的核心功能是其直接数字温度传感器。DS18B20的分辨率是可配置的(9,10,11或12位)，12位读数为出厂默认状态。这相当于0.5°C, 0.25°C, 0.125°C或0.0625°C的温度分辨率。在发出Convert T [44h]命令后，执行温度转换，热数据以16位扩展符号的二进制补码格式存储在刮板存储器中。一旦转换完成，可以通过发出Read Scratchpad [BEh]命令在1-Wire接口上检索温度信息。数据通过1-Wire总线传输，首先是LSB总线。温度寄存器的MSB包含“符号”(S)位，表示温度是正的还是负的。表2描述了输出数据与测量温度的确切关系。该表采用12位分辨率。转换方式参见驱动void DS18B20_GetTemp_Main(void)函数。
在这里插入图片描述

三、驱动代码

.h文件：

#ifndef __DS18B20_H
#define __DS18B20_H

#include "stdio.h"
#include "Config.h" 
#include "SysTick.h"

/*******************************************
 *DS18B20 devier
 ********************************************/
#define DS18B20_IS_READY          (1u)   //设备存在      
#define DS18B20_NOT_READY         (0u)   //设备不存在
 
#define DS18B20_DQ_IN()           {GPIOG->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOG->MODER|=0<<9*2;}   //PG9 输入模式
#define DS18B20_DQ_OUT()          {GPIOG->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOG->MODER|=1<<9*2;}   //PG9 输出模式

#define DS18B20_DQ_PORT           GPIOG
#define DS18B20_DQ_PIN            GPIO_Pin_9

#define DS18B20_WAIT_TIMEOUT      (uint8_t)240	  //等待时间
#define DS18B20_DELAY             (uint8_t)5	  //延时时间

#define DS18B20_DQ_LOW            GPIO_ResetBits(DS18B20_DQ_PORT,DS18B20_DQ_PIN)    //为设置低电平
#define DS18B20_DQ_HIGH           GPIO_SetBits(DS18B20_DQ_PORT,DS18B20_DQ_PIN)      //设置为高电平 

#define DS18B20_DQ_STATUS         GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_DQ_PORT,DS18B20_DQ_PIN)		//读取DQ状态
 
#define DS18B20_delay_us(a)       SysCtlDelayus(a)			//延时函数us

typedef enum
{
  DS18B20_1 = 0,
  DS18B20_2,
  DS18B20_3,
  DS18B20_4,
  DS18B20_Num_Counter
}DS18B20_Num;


/*DS18B20_SerialNumber
------------------------------------------------------------------------------------
|  8-BIT CRC CODE      |     48-BIT SERIAL NUMBER      |    8-BIT FAMILY CODE(28h) |
------------------------------------------------------------------------------------
MSB                 LSB MSB                         LSB  MSB                       LSB
*/
typedef struct
{
  uint8_t DS18B20_IndexNumber;          //设备编号
  uint8_t DS18B20_SerialNumber[8];      //ROM唯一识别码
  short   DS18B20_Temperature;          //温度数据
}DS18B20_ATTRIB_Type;

extern uint8_t DS18B20_Init(void);
extern void DS18B20_Reset(void);
extern short DS18B20_Get_Temperature(uint8_t Index_Num);
extern void DS18B20_GetTemp_Main(void);

#endif

.c文件：

 #include "DS18B20_Dev.h"
 
//#define DS18B20_MORE_THAN_ONE 

static DS18B20_ATTRIB_Type DS18B20_Temp[DS18B20_Num_Counter] = 
  {
    {DS18B20_1,{0x08,0x22,0x70,0xB0,0x9C,0x87,0x28},0u},
    {DS18B20_2,{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},0u},
    {DS18B20_3,{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},0u},
    {DS18B20_4,{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},0u},   
  };

static uint8_t DS18B20_Check(void);
static uint8_t DS18B20_Read_Bit(void);
static uint8_t DS18B20_Read_Byte(void);
static void DS18B20_Write_Byte(uint8_t aByte);
static uint8_t DS18B20_Get_RomID(uint8_t *ID_Buffer);

/************************************************************************************
*@fuction	:DS18B20_Init
*@brief		:
*@param		:--
*@return	:void
*@author	:_Awen
*@date		:2022-12-04
************************************************************************************/
extern uint8_t DS18B20_Init(void)
{
    DS18B20_Reset();
    if(DS18B20_Check() == DS18B20_IS_READY)
    {
      #ifdef DS18B20_MORE_THAN_ONE
        DS18B20_Get_RomID(DS18B20_Temp[0].DS18B20_SerialNumber);
      #else
        return DS18B20_IS_READY;
      #endif
    }
}

/************************************************************************************
*@fuction	:DS18B20_Start
*@brief		:
*@param		:--
*@return	:void
*@author	:_Awen
*@date		:2022-12-04
************************************************************************************/
void DS18B20_Start(void)
{
    DS18B20_Reset();	   
	  if(DS18B20_Check() == DS18B20_IS_READY)	 
    {
      DS18B20_Write_Byte(0xCC);   //skip rom
      DS18B20_Write_Byte(0x44);   //convert
    }
    else
    {
       //error
    }
}

/************************************************************************************
*@fuction	:DS18B20_Reset
*@brief		:
*@param		:--
*@return	:void
*@author	:_Awen
*@date		:2022-12-04
************************************************************************************/
void DS18B20_Reset(void)
{
    //DS18B20 复位时序：DQ输出模式 DQ = 0（750us）， DQ = 0（20us.
    DS18B20_DQ_OUT();
    DS18B20_DQ_LOW;
    DS18B20_delay_us(750);
    DS18B20_DQ_HIGH;
    DS18B20_delay_us(15);
}

/************************************************************************************
*@fuction	:DS18B20_Check
*@brief		:
*@param		:--
*@return	:1-device ok/0-device error
*@author	:_Awen
*@date		:2022-12-04
************************************************************************************/
uint8_t DS18B20_Check(void)
{
    uint8_t wait_time = 0;
    uint8_t Ready_Dev = 0;
		
    //DQ输入模式
    DS18B20_DQ_IN();
    //等待DQ脚被DS18B20拉低
    while((DS18B20_DQ_STATUS) && (wait_time < DS18B20_WAIT_TIMEOUT))
    {
        wait_time++;
        DS18B20_delay_us(1);
    }
    if(wait_time >= DS18B20_WAIT_TIMEOUT)
    {
         //如果等待时间超时，则退出等待
         return (uint8_t)DS18B20_NOT_READY;
    }
    else
    {
         //等待DQ脚被DS18B20抬高
         wait_time = 0;
         while((!DS18B20_DQ_STATUS) && (wait_time < DS18B20_WAIT_TIMEOUT))
         {
              wait_time++;
              DS18B20_delay_us(1);
         }
         if(wait_time >= DS18B20_WAIT_TIMEOUT)
         {
              //如果等待时间超时，则退出等待
              return (uint8_t)DS18B20_NOT_READY;
         }
         else
         {
              //如果未超时，则说明设备存在
              return (uint8_t)DS18B20_IS_READY;              
         }
    }
}



/************************************************************************************
*@fuction	:DS18B20_Write_Byte
*@brief		:
*@param		:--
*@return	:void
*@author	:_Awen
*@date		:2022-12-04
************************************************************************************/
static void DS18B20_Write_Byte(uint8_t aByte)
{		
    
    uint8_t i = 0;
    uint8_t temp = 0;
    //将DQ设置为输出模式
    DS18B20_DQ_OUT();
    for(i = 0;i < 8;i++)
    {
        temp = aByte&0x01;
        aByte = aByte>>1;
        if(temp)
        {	
            //最低位为1
            DS18B20_DQ_LOW;
            DS18B20_delay_us(2);
            DS18B20_DQ_HIGH;
            DS18B20_delay_us(60);          
        }
        else
        {	  //最低位为0
            DS18B20_DQ_LOW;
            DS18B20_delay_us(60);
            DS18B20_DQ_HIGH;
            DS18B20_delay_us(2);
        }       
    }
}

/************************************************************************************
*@fuction	:DS18B20_Read_Bit
*@brief		:
*@param		:--
*@return	:void
*@author	:_Awen
*@date		:2022-12-04
************************************************************************************/
static uint8_t DS18B20_Read_Bit(void) 			 //read one bit
{
  uint8_t Bit_Status;
  
  DS18B20_DQ_OUT();       //SET PG9 OUTPUT
  DS18B20_DQ_LOW; 
  DS18B20_delay_us(2);
  DS18B20_DQ_HIGH; 
  DS18B20_DQ_IN();        //SET PG9 INPUT
  DS18B20_delay_us(12); 
  if(DS18B20_DQ_STATUS)
  {
    Bit_Status = 1;
  }
  else
  {    
    Bit_Status = 0;
  }    
  DS18B20_delay_us(50);

  return Bit_Status;
}
/************************************************************************************
*@fuction	:DS18B20_Read_Byte
*@brief		:
*@param		:--
*@return	:void
*@author	:_Awen
*@date		:2022-12-04
************************************************************************************/
static uint8_t DS18B20_Read_Byte(void)
{
    uint8_t i = 0 ,Bit_Status = 0,aByte = 0;
    //DQ为输入模式
    DS18B20_DQ_IN();
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        //低位先出
        Bit_Status = DS18B20_Read_Bit();
        aByte = (Bit_Status << 7) | (aByte >> 1);
    }
    
    return aByte;
}

/************************************************************************************
*@fuction	:DS18B20_Read_Byte
*@brief		:
*@param		:--
*@return	:void
*@author	:_Awen
*@date		:2022-12-04
************************************************************************************/
static uint8_t DS18B20_Get_RomID(uint8_t *ID_Buffer)
{
    //uint8_t RomID[8];
    uint8_t i = 0;
    
    //DS18B20_Start();                    // ds1820 start convert
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_Check();	 
    DS18B20_Write_Byte(0x33);             // skip rom
    
    //SDA为输入模式
    DS18B20_DQ_IN();
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        ID_Buffer[i] = DS18B20_Read_Byte();
    }
    
    //return aByte;
}

/************************************************************************************
*@fuction	:DS18B20_GetTemp_Main
*@brief		:
*@param		:--
*@return	:void
*@author	:_Awen
*@date		:2022-12-04
************************************************************************************/
void DS18B20_GetTemp_Main(void)
{
    uint8_t temp;
    uint8_t TL,TH;
	short Temperature;
  
    DS18B20_Start();                    // ds1820 start convert
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_Check();	 
    DS18B20_Write_Byte(0xCC);           // skip rom
    DS18B20_Write_Byte(0xBE);           // read	    
    TL = DS18B20_Read_Byte();           // LSB   
    TH = DS18B20_Read_Byte();           // MSB   
    if(TH > 7)
    {
        TH = ~TH;
        TL = ~TL; 
        temp = 0;     //温度为负  
    }
    else
    {      
      temp = 1;      //温度为正
    }      	  	  
    Temperature = TH;                           //获得高八位
    Temperature <<= 8;    
    Temperature += TL;                          //获得低八位
    Temperature = (double)Temperature * 0.625;  //转换     
	if(temp)
    {
      DS18B20_Temp[0].DS18B20_Temperature = Temperature;                       //返回温度值
    }
    else 
    {
      DS18B20_Temp[0].DS18B20_Temperature = -Temperature;
    }      
}

/************************************************************************************
*@fuction	:DS18B20_Get_Temperature
*@brief		:
*@param		:--
*@return	:void
*@author	:_Awen
*@date		:2022-12-04
************************************************************************************/
extern short DS18B20_Get_Temperature(uint8_t Index)
{
    return DS18B20_Temp[0].DS18B20_Temperature;
}

四、注意事项

1.硬件电路中DQ脚外部会加上拉电阻，主机释放总线会被上拉电阻自动上拉，但为保险器件我们将主机释放中线写为主动上拉为高电平
2. .h文件中对延时函数DS18B20_delay_us(a)的定义，关于 SysCtlDelayus(a)实际是ARM汇编的一种延时函数的写法，参见另一篇关于延时函数的博客（汇编延时）https://blog.csdn.net/Yin_w/article/details/130036593?spm=1001.2014.3001.5501

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VMWare 安装CentOS7镜像

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安装CentOS 7 整个安装过程分两大步&#xff0c;第一步装机器&#xff0c;第二步装系统. 第一步: 装机器 检查物理机虚拟化支持是否开启&#xff0c;需要进入到BIOS中设置&#xff0c;因各种电脑型号进入BIOS 方式不同&#xff0c;同学们自行查找对应品牌电脑如何进入BIOS 建…
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IIS 解析漏洞复现

IIS 解析漏洞复现

文章目录 IIS 解析漏洞复现1. 漏洞描述2. 漏洞复现3. 漏洞原因4. 安全加固5. 安全防护 IIS 解析漏洞复现 1. 漏洞描述 说明内容漏洞编号漏洞名称IIS 解析漏洞漏洞评级高危影响范围IIS 6.0及以前版本IIS 7.0IIS 7.5漏洞描述IIS 解析漏洞是指在 IIS 服务器上存在的安全漏洞&…
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Webmin远程命令执行漏洞复现报告

Webmin远程命令执行漏洞复现报告

漏洞编号 CVE-2019-15107 漏洞描述 Webmin是一个基于Web的系统配置工具&#xff0c;用于类Unix系统。密码重置页面中存在此漏洞&#xff0c;允许未经身份验证的用户通过简单的 POST 请求执行任意命令。 影响版本 Webmin<1.920 漏洞评级 严重 利用方法&#xff08;利…
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小谈设计模式（26）—中介者模式

小谈设计模式（26）—中介者模式

小谈设计模式&#xff08;26&#xff09;—中介者模式 专栏介绍专栏地址专栏介绍 中介者模式分析角色分析抽象中介者&#xff08;Mediator&#xff09;具体中介者&#xff08;ConcreteMediator&#xff09;抽象同事类&#xff08;Colleague&#xff09;具体同事类&#xff08;C…
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# Spring Cloud的新潮流：服务网格与无缝通信

# Spring Cloud的新潮流：服务网格与无缝通信

文章目录 微服务通信的挑战引入服务网格Spring Cloud和服务网格的融合Envoy与Spring Cloud的集成服务网格的可观察性 服务网格的安全性无缝的微服务通信结语 &#x1f389;欢迎来到架构设计专栏~# Spring Cloud的新潮流&#xff1a;服务网格与无缝通信 ☆* o(≧▽≦)o *☆嗨~我…
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Docker在边缘计算中的崭露头角：探索容器技术如何驱动边缘计算的新浪潮

Docker在边缘计算中的崭露头角：探索容器技术如何驱动边缘计算的新浪潮

文章目录 第一部分&#xff1a;边缘计算和Docker容器边缘计算的定义Docker容器的崭露头角1. 可移植性2. 资源隔离3. 自动化部署和伸缩 第二部分&#xff1a;应用案例1. 边缘分析2. 工业自动化3. 远程办公 第三部分&#xff1a;挑战和解决方案1. 网络延迟2. 安全性3. 管理和部署…
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大数据之力：从数据湖到数据智能的升级之路

大数据之力：从数据湖到数据智能的升级之路

文章目录 什么是数据湖&#xff1f;什么是数据智能&#xff1f;数据湖与数据智能的结合实现数据湖和数据智能的关键技术挑战和未来展望结论 &#x1f389;欢迎来到AIGC人工智能专栏~大数据之力&#xff1a;从数据湖到数据智能的升级之路 ☆* o(≧▽≦)o *☆嗨~我是IT陈寒&#…
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常用burpsuite渗透插件

常用burpsuite渗透插件

burpsuite_plugin 个人常用burpsuite渗透插件&#xff0c;根据常用系列插件为&#xff1a; 1.TsojanScan 2.RouteVulScan 3.BurpJSLinkFinderv2 大大提高渗透测试存在某些难以发现的接口未授权&#xff0c;SQL注入等&#xff0c;用了之后腰也不疼了&#xff0c;脑子又长了…
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2023年八款优质替代Microsoft Project的选择（免费和付费）

2023年八款优质替代Microsoft Project的选择（免费和付费）

过去&#xff0c;许多公司在没有预算或预算紧张的情况下都依赖MicrosoftProject来进行项目资源规划。然而许多用户期望从他们的商业软件中获得的许多最先进的项目管理功能但Microsoft工具并没有提供。小公司如何平衡预算现实与软件需求&#xff1f; 项目管理软件领域已经飞速发…
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信号功率谱密度理解及其与频谱和能量谱的区别

信号功率谱密度理解及其与频谱和能量谱的区别

信号功率谱密度理解及其与频谱和能量谱的区别 一、功率谱密度的特点 信号的功率谱密度函数是指这样的频率函数&#xff1a; &#xff08;1&#xff09;在整个频率范围内对它进行积分后&#xff0c;就能得到信号的总功率&#xff1b; &#xff08;2&#xff09;它描述了信号功…
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Open CV 3D Python 环境搭建

Open CV 3D Python 环境搭建

1、安装Windows-Python环境 下载exe 并安装 https://python.p2hp.com/downloads/windows/index.html 安装路径随意, 基本一路默认,下一步、下一步 注意有个钩&#xff1a;添加到环境变量 检测是否成功安装Python 环境 CMD输入python 2、安装OpenCV -Python 包来自清华大学…
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Java架构师概要设计

Java架构师概要设计

目录 1 导学2 概要设计之任务和方法2.1 继续架构设计2.2 继续技术选型2.3 确定技术栈2.4 架构原型实现与验证2.5 技术预研2.6 分服务分模块2.7 初步设计应用基础框架2.8 定义基本API2.9 定义实体对象2.10 定义数据库表结构3 构建项目工程和环境4 代码组件的关系5 总结1 导学 本…
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COCO数据集中图像的caption读取到txt文件

COCO数据集中图像的caption读取到txt文件

annotations_trainval2017.zip import os import shutil import jsoncaptions_path r"G:\SketchDiffusion\Sketchycoco\Dataset\annotations\captions_train2017.json" # 读取json文件 with open(captions_path, r) as f1:dictortary json.load(f1)# 得到images和…
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