训练题——DS18B20部分

Author：Cherry_Ywj

0. 前言

本文档以 DS18B20 为例，主要介绍如何针对一种传感器编写相应的驱动库，驱动是单片机开发中难度较大的一环。从看别人代码并对照 datasheet 开始，学会调用别人编写的库，然后尝试着自己写。

1. 基础内容

1.1 开漏输出

STM32 的输出模式有推挽输出和开漏输出，推挽输出已经使用的很熟练了，也很简单，而开漏输出有一些新的特性。

在开漏模式时，上管 P-MOS 始终关断，呈现高阻态，输出控制只控制下管 N-MOS。所以，开漏模式没法主动输出高电平。因此，一般在设置开漏模式时，需要设置上拉模式。当设置输出为高电平时，实际上高电平是上拉电阻提供的，而输出低电平时，导通 N-MOS 即可。

强上拉和弱上拉

弱上拉指的是上拉电阻比较大，想想电阻的串并联，上拉电阻比较大时，如果外接一个比较小的电阻至地，则输出的电压就会比较小。

因此，上拉电阻越小，上拉就越强。开漏输出的上拉电阻是比较弱的上拉（上拉电阻约为40kΩ），所以在 DS18B20 的数据线上需要加一个 4.7kΩ 左右的上拉电阻，这个在后面会提到。

上面是开漏输出的一个特性，第二个特性是它还可以读取当前的引脚状态，即当成输入模式使用。这在双向传输数据都在一根数据线上的通信过程中非常有用。

1.2 datasheet

在之后进行代码驱动编写时，需要认真阅读 DS18B20 的数据手册，这里放个中文版手册：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/453052826

之后涉及到的手册里面的内容不再过多解释。现在解释几个重要的部分

• 总线释放

当 STM32 主动控制数据线（DQ）时，称 STM32 控制着总线；而 STM32 释放总线时，则将总线的控制权交给了从机（DS18B20）

如何释放总线？

前面提到了开漏输出的特性，将开漏输出设置为高电平即为释放总线，因为高电平是由上拉电阻给的，并不是 STM32 本身，控制权已经不在 STM32 处。

• LSB & MSB

DS18B20 的数据传输都是从低位传到高位。

2. 代码编写

2.1 微秒函数

在与 DS18B20 的通信过程中涉及到许多微秒级别的延时，这里嫖了一份代码，直接用就行

#define CPU_FREQUENCY_MHZ    72		// STM32时钟主频
void delay_us(__IO uint32_t delay)
{
    int last, curr, val;
    int temp;

    while (delay != 0)
    {
        temp = delay > 900 ? 900 : delay;
        last = SysTick->VAL;
        curr = last - CPU_FREQUENCY_MHZ * temp;
        if (curr >= 0)
        {
            do
            {
                val = SysTick->VAL;
            }
            while ((val < last) && (val >= curr));
        }
        else
        {
            curr += CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000;
            do
            {
                val = SysTick->VAL;
            }
            while ((val <= last) || (val > curr));
        }
        delay -= temp;
    }
}

2.2 宏定义

#define GPIO_PORT GPIOC
#define GPIO_PIN  GPIO_PIN_0

#define DQ_OUT(x) HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT,GPIO_PIN,x)
#define DQ_IN()	  HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PORT,GPIO_PIN)

前面已经介绍到，开漏输出也可以当作输出，也可以当作输入使用。

2.3 基本时序配置

在与 DS18B20 通信的过程中，主要涉及几个方面

• 复位（又称初始化）
• DS18B20 响应
• 向 DS18B20 写入数据
• 从 DS18B20 读取数据

这些过程在 datasheet 都以提及，阅读下面代码时请对照 datasheet

2.3.1 复位

void DS18B20_Rst(void)
{
	DQ_OUT(0);
	delay_us(750);
	DQ_OUT(1);		  //释放总线
	delay_us(15);
}

2.3.2 DS18B20响应

//返回0：响应成功
uint8_t DS18B20_Check(void)
{
	uint8_t temp=0;
	while(DQ_IN()&&temp<200)	//等待18B20拉低电平
	{
		temp++;
		delay_us(1);
	}
	if(temp>=200)		//如果超过200us电平还没被拉低，说明没检测到
		return 1;
	
	temp=0;
	while(!DQ_IN()&&temp<240)	//等待18B20拉低电平结束，电平重新为高
	{
		temp++;
		delay_us(1);
	}
	if(temp>=240)
		return 1;
	return 0;
	
}

2.3.3 向 DS18B20 写入数据

void DS18B20_Write_Byte(uint8_t data)
{
	uint8_t i=0;
	uint8_t bit=0;
	for(i=0;i<8;++i)
	{
		bit=data&0x01;
		data=data>>1;
		if(bit)			//写1
		{
			DQ_OUT(0);
			delay_us(2);
			DQ_OUT(1);
			delay_us(60);
		}
		else			//写0
		{
			DQ_OUT(0);
			delay_us(60);
			DQ_OUT(1);
			delay_us(2);
		}
	}
}

这里要说明一下为什么写 0 时最后需要拉高总线 2us，这是为了防止如果写入的数据一直是 0 时，超过 480 us 就会被当成复位信号从而把 DS18B20 复位了！

2.3.4 读取数据

读取数据比较复杂，需要先写好读取单个 bit 的函数，再读取一个 byte

//从18B20读取一个bit
uint8_t DS18B20_Read_Bit(void)
{
	uint8_t bit;
	DQ_OUT(0);
	delay_us(2);
	DQ_OUT(1);
	delay_us(12);
	bit=DQ_IN();
	delay_us(50);
	return bit;
}

//从18B20读取一个byte
uint8_t DS18B20_Read_Byte(void)
{
	uint8_t i=0,bit=0,data=0;
	for(i=0;i<8;++i)
	{
		bit=DS18B20_Read_Bit();
		data=(bit<<7)|(data>>1);
	}
	return data;
}

2.4 温度读取

前面的基础工作都已经做好，现在来实现温度的读取吧

配置 DS18B20 完成指定任务需要三个阶段

• 初始化（复位）
• ROM命令
• DS18B20功能命令

三个步骤需要循环进行才能正常工作，每次只能执行一个 ROM 命令和功能指令

float DS18B20_Get_Temp(void)
{
	uint8_t temp;
	uint8_t TL,TH;
	short tem;
	DS18B20_Rst();	   
	DS18B20_Check();	 
  	DS18B20_Write_Byte(0xcc);	// skip rom
  	DS18B20_Write_Byte(0x44);	// convert
	DS18B20_Rst();
	DS18B20_Check();	 
	DS18B20_Write_Byte(0xcc);	// skip rom
	DS18B20_Write_Byte(0xbe);	// convert	    
	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	  	  
	tem=TH; 					//获得高八位
	tem<<=8;    
	tem+=TL;					//获得底八位
	float res=(float)tem*0.0625;		//转换     
	if(temp)return res; 		//返回温度值
	else return -res;    
}