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DS18B20温度传感器

DS18B20数字温度传感器提供9位至12位精度的温度测量，并具有非易失性用户可编程上下触发点报警功能。DS18B20通过单总线通信，根据定义，只需要一条数据线(和地线)即可与单片机通信。此外，DS18B20可以直接从数据线获得电源(“寄生电源”)，消除了每个DS18B20都有一个唯一的64位串行代码，这允许多个DS18B20在同一条总线上工作。因此，使用一个微处理器来实现是很简单的。
控制分布在大面积上的许多ds18b20。可以从此功能中受益的应用包括HVAC环境控制，建筑物，设备或机械内部的温度监测系统以及过程监测和控制系统。

2.14.1 模块来源

采购链接：
DS18B20 测温模块 温度传感器模块 DS18B20开发板
资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/1L83uG8So6k1NG_QznraoFQ

2.14.2 规格参数

工作电压：3-5.5V
工作电流：750nA~1.5mA
测量分辨率：9位到12位可编程分辨率
温度量程: -55 ~ +125 ℃
测量精度：±0.5 ℃
通信协议：单总线
管脚数量：3 Pin（2.54mm间距排针）
工作电流：750nA~1.5mA
测量分辨率：9位到12位可编程分辨率
温度量程: -55 ~ +125 ℃
测量精度：±0.5 ℃
通信协议：单总线
管脚数量：3 Pin（2.54mm间距排针）

2.14.3 移植过程

我们的目标是在梁山派GD32F470上能够实现读取温度的功能。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现读取数据，再移植至我们的工程。

2.14.3.1 查看资料

时序说明
初始化：

1. 将总线拉低，保存低电平至少480us。
2. 转为输入模式，总线被上拉电阻拉高大约15~60us。
3. 如果初始化成功则会产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”，持续时间大约60~240us。
4. DS18B20释放总线，将总线拉高。
   
   读时序：
5. 将数据线拉低至少1us。
6. 将数据线转为输入模式，DS18B20开始采集数据，大约15us。
7. 18B20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。
   注意：所有读时隙必须至少需要60us，且在两次独立的时隙之间至少需要1us的恢复时间。

写时序：

1. 数据线先置低电平“0”，延时15us。
2. 按从低位到高位的顺序发送数据(一次只发送一位)。
3. 延时60us。
4. 拉高数据线“1”。
5. 穿越火线1~4步骤，直到发送完整的字节。
6. 拉高数据线，释放总线。
   

寄存器说明

0XCC

主机可以使用此命令同时对总线上的所有设备进行寻址，而无需发送其他的任何地址。 DS18B20通过发出0XCC命令，然后是温度转换命令[44h]来执行同步温度转换。注意，只有在总线上有一个从设备时，Read Scratchpad [BEh]命令才能跟随Skip ROM命令。在这种情况下，通过允许主服务器从从服务器读取而不发送设备的64位ROM代码可以节省时间。如果总线上有多个从设备，那么Skip ROM命令后跟Read Scratchpad命令将导致数据冲突，因为多个设备将尝试传输数据同时进行。

0X44

该命令为启动单次温度转换。转换后，产生的温度数据存储在地址为【BEh】的2字节温度寄存器中。

0XBE

该命令允许主机读取温度寄存器上的内容。数据传输从低位开始，直到读取第9个字节(bit8=CRC)。如果只需要温度数据，主机可以在任何时候发出复位以终止读取。

温度换算

温度传感器的分辨率我们可配置为9、10、11或12位，分别对应于0.5°C、0.25°C、 0.125°C和0.0625°C的增量。开机时的默认分辨率是12位。我们不进行修改，因为分辨率越高就越精准。

例如数据手册中的示例，如当前当前的温度是+25.0625℃，寄存器读出的高8位数据为0000 0001，低8位数据为1001 0001。将其整合得到16位数据：0000 0001 1001 0001。再转换为10进制数据为401。将读取到的数据乘以分辨率即可得到实际温度。

401 * 0.0625 = 25.0625℃

2.14.3.2 引脚选择

该模块有3个引脚，具体引脚连接见 表2.14.3.2 各引脚连接。

DS18B20	立创·梁山派
VCC	5V
DQ	PB0
GND	GND

2.14.3.3 移植至工程

移植步骤中的导入.c和.h文件与上一节相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_ds18b20.c与bsp_ds18b20.h。见2.2.3.3 移植至工程。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。
在文件bsp_ds18b20.c中，编写如下代码。

/********************************************************************************* 文 件 名: bsp_ds18b20.c* 版 本 号: 初版* 修改作者: LC* 修改日期: 2023年04月23日* 功能介绍:          ******************************************************************************* 注意事项:
*********************************************************************************/#include "bsp_ds18b20.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "stdio.h"
#include "systick.h"/******************************************************************* 函 数 名 称：bsp_ds18b20_GPIO_Init* 函 数 说 明：MLX90614的引脚初始化* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：1未检测到器件   0检测到器件* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
char DS18B20_GPIO_Init(void)
{unsigned char ret = 255;/* 使能时钟 */rcu_periph_clock_enable(RCU_DQ);/* 配置DQ为输出模式 */gpio_mode_set(PORT_DQ,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,GPIO_DQ);/* 配置为推挽输出 50MHZ */gpio_output_options_set(PORT_DQ,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_DQ);ret = DS18B20_Check();//检测器件是否存在return ret;
}/******************************************************************* 函 数 名 称：DS18B20_Read_Byte* 函 数 说 明：从DS18B20读取一个字节* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：读取到的字节数据* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
uint8_t DS18B20_Read_Byte(void)    
{        uint8_t i=0,dat=0;for (i=0;i<8;i++) {DQ_OUT();//设置为输入模式DQ(0); //拉低delay_us(2);DQ(1); //释放总线DQ_IN();//设置为输入模式delay_us(12);dat>>=1;if( DQ_GET() ){dat=dat|0x80;}delay_us(50);  }                                                    return dat;
}/******************************************************************* 函 数 名 称：DS18B20_Write_Byte* 函 数 说 明：写一个字节到DS18B20* 函 数 形 参：dat：要写入的字节* 函 数 返 回：无* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
void DS18B20_Write_Byte(uint8_t dat)     
{             uint8_t i;uint8_t testb;DQ_OUT();//设置输出模式for (i=0;i<8;i++) {if ( (dat&0x01) ) //写1{DQ(0);delay_us(2);                            DQ(1);delay_us(60);             }else //写0{DQ(0);//拉低60usdelay_us(60);             DQ(1);//释放总线delay_us(2);                          }dat=dat>>1;//传输下一位}
}/******************************************************************* 函 数 名 称：DS18B20_Check* 函 数 说 明：检测DS18B20是否存在* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：1:未检测到DS18B20的存在  0:存在* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
uint8_t DS18B20_Check(void)            
{   uint8_t timeout=0;//复位DS18B20DQ_OUT(); //设置为输出模式DQ(0); //拉低DQdelay_us(750); //拉低750usDQ(1); //拉高DQ delay_us(15);  //15us  //设置为输入模式 DQ_IN();//等待拉低，拉低说明有应答while ( DQ_GET() &&timeout<200){timeout++;//超时判断delay_us(1);};//设备未应答if(timeout>=200)return 1;else timeout=0;//等待18B20释放总线while ( !DQ_GET() &&timeout<240){timeout++;//超时判断delay_us(1);};//释放总线失败if(timeout>=240)return 1;         return 0;
}/******************************************************************* 函 数 名 称：DS18B20_Start* 函 数 说 明：DS18B20开始温度转换* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：无* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
void DS18B20_Start(void)
{                                                                  DS18B20_Check();                //查询是否有设备应答DS18B20_Write_Byte(0xcc);   //对总线上所有设备进行寻址DS18B20_Write_Byte(0x44);   //启动温度转换
} /******************************************************************* 函 数 名 称：DS18B20_GetTemperture* 函 数 说 明：从ds18b20得到温度值* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：温度数据* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
float DS18B20_GetTemperture(void)
{uint16_t temp;uint8_t dataL=0,dataH=0;float value;DS18B20_Start();                DS18B20_Check();         DS18B20_Write_Byte(0xcc);//对总线上所有设备进行寻址DS18B20_Write_Byte(0xbe);// 读取数据命令 dataL=DS18B20_Read_Byte(); //LSB   dataH=DS18B20_Read_Byte(); //MSB   temp=(dataH<<8)+dataL;//整合数据if(dataH&0X80)//高位为1，说明是负温度{temp=(~temp)+1;value=temp*(-0.0625);}else{value=temp*0.0625;        }return value;    
}

在文件bsp_ds18b20.h中，编写如下代码。

#ifndef _BSP_DS18B20_H_
#define _BSP_DS18B20_H_#include "gd32f4xx.h"//端口移植
#define RCU_DQ  RCU_GPIOB
#define PORT_DQ GPIOB
#define GPIO_DQ GPIO_PIN_8//设置DQ输出模式
#define DQ_OUT()        gpio_mode_set(PORT_DQ,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,GPIO_DQ)
//设置DQ输入模式
#define DQ_IN()            gpio_mode_set(PORT_DQ,GPIO_MODE_INPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,GPIO_DQ)
//获取DQ引脚的电平变化
#define DQ_GET()        gpio_input_bit_get(PORT_DQ,GPIO_DQ)
//DQ输出
#define DQ(x)       gpio_bit_write(PORT_DQ,GPIO_DQ, (x?SET:RESET))void DS18B20_Reset(void);
uint8_t DS18B20_Check(void);
char DS18B20_GPIO_Init(void);
void DS18B20_Start(void);
float DS18B20_GetTemperture(void);
#endif

2.14.4 移植验证
在自己工程中的main主函数中，编写如下。

/********************************************************************************* 文 件 名: main.c* 版 本 号: 初版* 修改作者: LC* 修改日期: 2022年04月19日* 功能介绍:          ******************************************************************************* 注意事项:
*********************************************************************************/#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include "main.h"
#include "sys.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "bsp_ds18b20.h"/************************************************
函数名称 ： main
功    能 ： 主函数
参    数 ： 无
返 回 值 ： 无
作    者 ： LC
*************************************************/
int main(void)
{nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);  // 优先级分组systick_config();                                  // 滴答定时器初始化usart_gpio_config(115200U);                        // 串口0初始化DS18B20_GPIO_Init();while(1) {printf("temperature = %.2f\r\n", DS18B20_GetTemperture() );delay_1ms(1000);}
}

移植现象：输出当前检测到的温度。

移植成功示例，见文件2.14.4-1 。