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[AT32F423] 【AT-START-F423测评】温度采集

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 楼主| yinwuqing110 发表于 2023-11-26 22:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
DS18B20, 温度采集
     承接上期的环境搭建篇，今儿周末，来测测此时南方室内的温度。体感不是很冷，不知道具体的温度值，赶紧用一个DS18B20简单模块来检测一下。
     众所周知，DS18B20是一种单总线数字温度传感器，测试温度范围-55℃-125℃，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。单总线，意味着没有时钟线，只有一根通信线。单总线读写数据是靠控制起始时间和采样时间来完成，所以时序要求很严格，这也是DS18B20驱动编程的难点。
     温度寄存器结构图展示如下：
温度寄存器结构图.png
     温度寄存器由两个字节组成，分为低8位和高8位。一共16位。其中，第0位到第3位，存储的是温度值的小数部分。第4位到第10位存储的是温度值的整数部分。第11位到第15位为符号位。全0表示是正温度，全1表示是负温度。表格中的数值，如果相应的位为1，表示存在。如果相应的位为0，表示不存在。
     DS18B20的单总线协议初始化过程中的复位与应答脉冲时序图。
协议时序图.png
       初始化时序包括：主机发出的复位脉冲和从机发出的应答脉冲。主机通过拉低单总线480-960μs产生复位脉冲；然后由主机释放总线，并进入接收模式。主机释放总线时，会产生一由低电平跳变为高电平的上升沿，单总线器件检测到该上升沿后，延时15～60μs，接着单总线器件通过拉低总线60～240μsμ来产生应答脉冲。主机接收到从机的以应答脉冲后，说明有单总线器件在线，到此初始化完成。然后主机就可以开始对从机进行ROM命令和功能命令操作。
      DS18B20的写时序图如下：
写时序图.png
     写时隙：当主机把数据线从逻辑高电平拉到逻辑低电平的时候，写时间隙开始。有两种写时间隙：写1的时间隙和写0时间隙。所有写时间隙必须最少持续60us,包括两个写周期间至少1us的恢复时间。DQ引脚上的电平变低后，DS18B20在一个15us到60us的时间窗口内对DQ引脚采样。如果DQ引脚是高电平，就是写1，如果DQ引脚是低电平，就是写0。主机要生成一个写1时间隙，必须把数据线拉到低电平然后释放，在写时间隙开始后的15us内允许数据线拉到高电平。主机要生成一个写0时间隙，必须把数据线拉到低电平并保持60us。
     DS18B20的读时序图如下：
读时序图.png
      当主机把总线从高电平拉低，并保持至少1us后释放总线；并在15us内读取从DS18B20输出的数据。
      硬件电路上的连线如下图所示，DS18B20的DQ数据脚与开发板上的GPIOD3引脚相连接。
硬件接线.jpg
       部分的参考代码展示如下：
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  1. #include "at32f423_board.h"
    

  2. #include "at32f423_clock.h"
    

  3. #include "ds18b20.h"
    


  4. 

  5. int main(void)
    

  6. {
    

  7.         uint8_t i, DS18B20ID[8];
    

  8.         char str[50];
    

  9.         uint8_t t = 0;
    

  10. float temperature;
    

  11.   system_clock_config();
    

  12.   at32_board_init();
    

  13.         uart_print_init(115200);
    

  14.         
    

  15.         while (DS18B20_Init()) /* DS18B20初始化 */
    

  16.         {
    

  17.                         printf("DS18B20 Init Error\r\n");
    

  18.                         delay_ms(1000);
    

  19.         }
    

  20.         DS18B20_ReadId(DS18B20ID);
    

  21.   printf("DS18B20的序列号是： 0x");  
    

  22.         for ( i = 0; i < 8; i ++ )             
    

  23.           printf ( "%.2X", DS18B20ID[i]);
    

  24.   printf("\n");  
    

  25.   sprintf(str,"DS18B20的序列号是:0x%02X%02X%02X%02X%02X%02X%02X%02X",DS18B20ID[0],DS18B20ID[1],DS18B20ID[2],DS18B20ID[3],
    

  26.                                                                      DS18B20ID[4],DS18B20ID[5],DS18B20ID[6],DS18B20ID[7]);
    

  27.         printf("DS18B20 OK\r\n");
    

  28.   while(1)
    

  29.   {
    

  30.     temperature=DS18B20_GetTemp_MatchRom(DS18B20ID);
    

  31.     /* 打印通过 DS18B20 序列号获取的温度值 */
    

  32.     printf("获取该序列号器件的温度：%.1f\n",temperature);
    

  33.                 sprintf(str,"当前温度值为：%0.3f℃",temperature);
    

  34.                 delay_ms(800);
    

  35.         t++;
    

  36.         if (t == 100)
    

  37.         {
    

  38.             t = 0;
    

  39.             at32_led_toggle(LED2);
    

  40.                                                 delay_ms(10);
    

  41.                                                 at32_led_toggle(LED3);
    

  42.                                                 delay_ms(10);
    

  43.                                                 at32_led_toggle(LED4);
    

  44.                                                 delay_ms(10);
    

  45.         }
    

  46.   }
    

  47. }
复制
  1. #include "at32f423_board.h"
    

  2. #include "at32f423_clock.h"
    

  3. #include "ds18b20.h"
    


  4. 

  5. static void DS18B20_GPIO_Config(void);
    

  6. static void DS18B20_Mode_IPU(void);
    

  7. static void DS18B20_Mode_Out_PP(void);
    

  8. static void DS18B20_Rst(void);
    

  9. static uint8_t DS18B20_Presence(void);
    

  10. static uint8_t DS18B20_ReadBit(void);
    

  11. static uint8_t DS18B20_ReadByte(void);
    

  12. static void DS18B20_WriteByte(uint8_t dat);
    

  13. static void DS18B20_SkipRom(void);
    

  14. static void DS18B20_MatchRom(void);
    


  15. 

  16. uint8_t DS18B20_Init(void)
    

  17. {
    

  18.         DS18B20_GPIO_Config ();
    

  19.         
    

  20.         DS18B20_DQ_1;
    

  21.         
    

  22.         DS18B20_Rst();
    

  23.         
    

  24.         return DS18B20_Presence ();
    

  25.         
    

  26. }
    


  27. 

  28. static void DS18B20_GPIO_Config(void)
    

  29. {                
    

  30.         /*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
    

  31.   gpio_init_type GPIO_InitStructure;
    


  32. 


  33. 

  34.   /*开启DS18B20_DQ_GPIO_PORT的外设时钟*/
    

  35.   DS18B20_DQ_SCK_APBxClock_FUN ( DS18B20_DQ_GPIO_CLK, TRUE); 
    


  36. 

  37.   /*选择要控制的DS18B20_DQ_GPIO_PORT引脚*/                                                                                                                           
    

  38.   GPIO_InitStructure.gpio_pins = DS18B20_DQ_GPIO_PIN;        
    


  39. 

  40.   /*设置引脚模式为通用推挽输出*/
    

  41.   GPIO_InitStructure.gpio_mode = GPIO_MODE_OUTPUT;   
    


  42. 

  43.   /*设置引脚速率为50MHz */   
    

  44.   GPIO_InitStructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER; 
    


  45. 

  46.   /*调用库函数，初始化DS18B20_DQ_GPIO_PORT*/
    

  47.   gpio_init(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
    

  48. }
    


  49. 

  50. static void DS18B20_Rst(void)
    

  51. {
    

  52.         /* 主机设置为推挽输出 */
    

  53.         DS18B20_Mode_Out_PP();
    

  54.         
    

  55.         DS18B20_DQ_0;
    

  56.         /* 主机至少产生480us的低电平复位信号 */
    

  57.         delay_us(750);
    

  58.         
    

  59.         /* 主机在产生复位信号后，需将总线拉高 */
    

  60.         DS18B20_DQ_1;
    

  61.         
    

  62.         /*从机接收到主机的复位信号后，会在15~60us后给主机发一个存在脉冲*/
    

  63.         delay_us(15);
    

  64. }
    


  65. 

  66. static uint8_t DS18B20_ReadBit(void)
    

  67. {
    

  68.         uint8_t dat;
    

  69.         
    

  70.         /* 读0和读1的时间至少要大于60us */        
    

  71.         DS18B20_Mode_Out_PP();
    

  72.         /* 读时间的起始：必须由主机产生 >1us <15us 的低电平信号 */
    

  73.         DS18B20_DQ_0;
    

  74.         delay_us(10);
    

  75.         
    

  76.         /* 设置成输入，释放总线，由外部上拉电阻将总线拉高 */
    

  77.         DS18B20_Mode_IPU();
    

  78.         //delay_us(2);
    

  79.         
    

  80.         if( DS18B20_DQ_IN() == SET )
    

  81.                 dat = 1;
    

  82.         else
    

  83.                 dat = 0;
    

  84.         
    

  85.         /* 这个延时参数请参考时序图 */
    

  86.         delay_us(45);
    

  87.         
    

  88.         return dat;
    

  89. }
    


  90. 

  91. static uint8_t DS18B20_ReadByte(void)
    

  92. {
    

  93.         uint8_t i, j, dat = 0;        
    

  94.         
    

  95.         for(i=0; i<8; i++) 
    

  96.         {
    

  97.                 j = DS18B20_ReadBit();                
    

  98.                 dat = (dat) | (j<<i);
    

  99.         }
    

  100.         
    

  101.         return dat;
    

  102. }
    


  103. 

  104. static void DS18B20_WriteByte(uint8_t dat)
    

  105. {
    

  106.         uint8_t i, testb;
    

  107.         DS18B20_Mode_Out_PP();
    

  108.         
    

  109.         for( i=0; i<8; i++ )
    

  110.         {
    

  111.                 testb = dat&0x01;
    

  112.                 dat = dat>>1;                
    

  113.                 /* 写0和写1的时间至少要大于60us */
    

  114.                 if (testb)
    

  115.                 {                        
    

  116.                         DS18B20_DQ_0;
    

  117.                         /* 1us < 这个延时 < 15us */
    

  118.                         delay_us(8);
    

  119.                         
    

  120.                         DS18B20_DQ_1;
    

  121.                         delay_us(58);
    

  122.                 }                
    

  123.                 else
    

  124.                 {                        
    

  125.                         DS18B20_DQ_0;
    

  126.                         /* 60us < Tx 0 < 120us */
    

  127.                         delay_us(70);
    

  128.                         
    

  129.                         DS18B20_DQ_1;                        
    

  130.                         /* 1us < Trec(恢复时间) < 无穷大*/
    

  131.                         delay_us(2);
    

  132.                 }
    

  133.         }
    

  134. }
    


  135. 

  136. static void DS18B20_SkipRom ( void )
    

  137. {
    

  138.         DS18B20_Rst();                   
    

  139.         DS18B20_Presence();                 
    

  140.         DS18B20_WriteByte(0XCC);                /* 跳过 ROM */        
    

  141. }
    


  142. 

  143. static void DS18B20_MatchRom ( void )
    

  144. {
    

  145.         DS18B20_Rst();                   
    

  146.         DS18B20_Presence();                 
    

  147.         DS18B20_WriteByte(0X55);                /* 匹配 ROM */        
    

  148. }
    


  149. 

  150. float DS18B20_GetTemp_SkipRom ( void )
    

  151. {
    

  152.         uint8_t tpmsb, tplsb;
    

  153.         short s_tem;
    

  154.         float f_tem;
    

  155.         
    

  156.         
    

  157.         DS18B20_SkipRom ();
    

  158.         DS18B20_WriteByte(0X44);                                /* 开始转换 */
    

  159.         
    

  160.         
    

  161.         DS18B20_SkipRom ();
    

  162.   DS18B20_WriteByte(0XBE);                                /* 读温度值 */
    

  163.         
    

  164.         tplsb = DS18B20_ReadByte();                 
    

  165.         tpmsb = DS18B20_ReadByte(); 
    

  166.         
    

  167.         
    

  168.         s_tem = tpmsb<<8;
    

  169.         s_tem = s_tem | tplsb;
    

  170.         
    

  171.         if( s_tem < 0 )                /* 负温度 */
    

  172.                 f_tem = (~s_tem+1) * 0.0625;        
    

  173.         else
    

  174.                 f_tem = s_tem * 0.0625;
    

  175.         
    

  176.         return f_tem;         
    

  177. }
    


  178. 

  179. void DS18B20_ReadId ( uint8_t * ds18b20_id )
    

  180. {
    

  181.         uint8_t uc;
    

  182.                 
    

  183.         DS18B20_WriteByte(0x33);       //读取序列号
    

  184.         
    

  185.         for ( uc = 0; uc < 8; uc ++ )
    

  186.           ds18b20_id [ uc ] = DS18B20_ReadByte();        
    

  187. }
    


  188. 

  189. float DS18B20_GetTemp_MatchRom ( uint8_t * ds18b20_id )
    

  190. {
    

  191.         uint8_t tpmsb, tplsb, i;
    

  192.         short s_tem;
    

  193.         float f_tem;
    

  194.         
    

  195.         
    

  196.         DS18B20_MatchRom ();            //匹配ROM
    

  197.         
    

  198.   for(i=0;i<8;i++)
    

  199.                 DS18B20_WriteByte ( ds18b20_id [ i ] );        
    

  200.         
    

  201.         DS18B20_WriteByte(0X44);                                /* 开始转换 */
    


  202. 

  203.         
    

  204.         DS18B20_MatchRom ();            //匹配ROM
    

  205.         
    

  206.         for(i=0;i<8;i++)
    

  207.                 DS18B20_WriteByte ( ds18b20_id [ i ] );        
    

  208.         
    

  209.         DS18B20_WriteByte(0XBE);                                /* 读温度值 */
    

  210.         
    

  211.         tplsb = DS18B20_ReadByte();                 
    

  212.         tpmsb = DS18B20_ReadByte(); 
    

  213.         
    

  214.         
    

  215.         s_tem = tpmsb<<8;
    

  216.         s_tem = s_tem | tplsb;
    

  217.         
    

  218.         if( s_tem < 0 )                /* 负温度 */
    

  219.                 f_tem = (~s_tem+1) * 0.0625;        
    

  220.         else
    

  221.                 f_tem = s_tem * 0.0625;
    

  222.         
    

  223.         return f_tem;                 
    

  224. }
复制
  1. #ifndef __ONEWIRE_DS18B20_H__
    

  2. #define        __ONEWIRE_DS18B20_H__
    


  3. 

  4. #include "at32f423_board.h"
    

  5. #include "at32f423_clock.h"
    


  6. 

  7. /************************** DS18B20 连接引脚定义****************************/
    

  8. #define DS18B20_DQ_SCK_APBxClock_FUN              crm_periph_clock_enable
    

  9. #define DS18B20_DQ_GPIO_CLK                       CRM_GPIOD_PERIPH_CLOCK
    


  10. 

  11. #define DS18B20_DQ_GPIO_PORT                      GPIOD
    

  12. #define DS18B20_DQ_GPIO_PIN                       GPIO_PINS_3
    


  13. 

  14. /************************** DS18B20 函数宏定义*****************************/
    

  15. #define DS18B20_DQ_0                                    gpio_bits_reset(DS18B20_DQ_GPIO_PORT,DS18B20_DQ_GPIO_PIN) 
    

  16. #define DS18B20_DQ_1                                    gpio_bits_set(DS18B20_DQ_GPIO_PORT,DS18B20_DQ_GPIO_PIN) 
    

  17. #define DS18B20_DQ_IN()                                  gpio_input_data_bit_read(DS18B20_DQ_GPIO_PORT,DS18B20_DQ_GPIO_PIN) 
    


  18. 

  19. /************************* DS18B20 函数声明 ******************************/
    

  20. uint8_t DS18B20_Init(void);
    

  21. void DS18B20_ReadId( uint8_t * ds18b20_id);
    

  22. float DS18B20_GetTemp_SkipRom(void);
    

  23. float DS18B20_GetTemp_MatchRom(uint8_t *ds18b20_id);
    


  24. 

  25. #endif /* __ONEWIRE_DS18B20_H__ */
    编译完成后，下载到开发板中，检测过程中，使用手指靠近DS18B20模块，则温度会随之增加，手指离开DS18B20模块，则温度值回落。串口打印效果如下：
读取温度值.gif
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pl202 发表于 2023-12-7 21:56 | 显示全部楼层
DS18B20内置了64位产品序列号，这方便了多个DS18B20传感器的身份识别。通过64位身份验证，可以分别读取来自不同传感器的温度信息。
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geraldbetty 发表于 2023-12-8 09:39 | 显示全部楼层
DS18B20的驱动编程需要对时序有精确的控制
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sesefadou 发表于 2023-12-8 15:30 | 显示全部楼层
DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。
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timfordlare 发表于 2023-12-8 20:43 | 显示全部楼层
DS18B20是一款单总线器件，其读写数据依赖于严格的时序控制。
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saservice 发表于 2023-12-8 21:12 | 显示全部楼层
如果时序控制不当，可能导致无法正常驱动DS18B20读取环境温度。
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timfordlare 发表于 2023-12-8 21:47 | 显示全部楼层
在主机发送复位信号后，要将IO口切换为浮空输入模式
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bestwell 发表于 2023-12-9 14:20 | 显示全部楼层
DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点
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sanfuzi 发表于 2023-12-9 15:38 | 显示全部楼层
当单片机需要给DS18B20写入一个0时，需要将单片机引脚拉低，保持低电平时间在60~120us之间，然后释放总线。当需要写入一个1时，需要将单片机引脚拉低，拉低时间需要大于1us，然后在15us内拉高总线。
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pmp 发表于 2023-12-9 22:25 | 显示全部楼层
单总线协议对延时要求比较严格              
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pattywu 发表于 2023-12-9 22:28 | 显示全部楼层
用PT100铂电阻, 电阻分压, ADC采样, 分分钟搞定, 精度还高.
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earlmax 发表于 2023-12-9 22:39 | 显示全部楼层
在读取温度之前，需要跳过ROM命令，这是因为ROM命令用于区分多个单总线器件。在单总线通信中，可以直接写一个跳过ROM的命令。
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jtracy3 发表于 2023-12-10 15:35 | 显示全部楼层
最高12位分辨率，精度可达±0.5摄氏度
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forgot 发表于 2023-12-11 08:23 | 显示全部楼层
DS18B20是一款单总线器件，其读写数据依赖于严格的时序控制。
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