DS18B20温度检测

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

 

static ePinType_t pin;
static eGpioType_t gpio;
static float TemperatureValue = 0.0f;

/********************************************************
 * 函数功能：DS18B20器件复位
 * 形    参：无
 * 返 回 值：0=成功，1=失败
 ********************************************************/
static unsigned char ds18b20_reset(void)
{
 　　unsigned char status = 0;
 　　unsigned short timeout = 0;

　　 gpio_set_pin(gpio, pin, 0); // 拉低总线
 　　delay_us(520); // 持续最少480us
 　　gpio_set_pin(gpio, pin, 1); // 释放总线
 　　delay_us(10); // 需要等待15 - 60us
　　 gpio_config(gpio, pin, eGPIO_IN_UP, 1); // 设置总线为输入模式

 　　// 进入接收模式，此时传感器会拉低总线，持续时间：60 - 240us
　　 while(gpio_read_pin(gpio, pin) != 0)
　　 {
 　　　　 if(++timeout > 0xFFF0U)
  　　　　{
   　　　　　　status = 1;
   　　　　　　break;
 　　　　 }
 　　}

 　　// 等待总线被释放(被拉高)
 　　timeout = 0;
 　　while(gpio_read_pin(gpio, pin) == 0)
 　　{
 　　　　 if(++timeout > 0xFFF0U)
  　　　　{
   　　　　　　status = 1;
  　　　　　　 break;
  　　　　}
 　　}

 　　gpio_config(gpio, pin, eGPIO_OUT_PP_UP, 1); // 设置为输出
 　　return status;
}

/********************************************************
 * 函数功能：向DS18B20写一个字节数据
 * 形    参：写入的字节数据
 * 返 回 值：无
 ********************************************************/
static void ds18b20_write_byte(unsigned char dat)
{
 　　unsigned char i = 0;

　　 for(i = 0; i < 8; i++)
　　 {
  　　　　gpio_set_pin(gpio, pin, 0);
  　　　　delay_us(2); // 总线拉低持续时间要大于1us
 　　　　 if(dat & (0x01U << i)) // 低位先发
 　　　　 {
  　　　　　　 gpio_set_pin(gpio, pin, 1);
  　　　　}
  
  　　　　delay_us(60); // 延时60us，等待ds18b20采样读取
 　　　　 gpio_set_pin(gpio, pin, 1); // 释放总线
  　　　　delay_us(2);
　　 }
}

/********************************************************
 * 函数功能：从DS18B20读一个字节数据
 * 形    参：无
 * 返 回 值：读出的字节数据
 ********************************************************/
static unsigned char ds18b20_read_byte(void)
{
　　 unsigned char i = 0;
 　　unsigned char dat = 0;
 
 　　for(i = 0; i < 8; i++)
　　 {
 　　　　 gpio_set_pin(gpio, pin, 0); // 拉低总线
 　　　　 delay_us(2);
 　　　　 gpio_set_pin(gpio, pin, 1); // 释放总线
　　　　  gpio_config(gpio, pin, eGPIO_IN_UP, 1); // 设置总线为输入模式
 　　　　 delay_us(10);
 　　　　 if(gpio_read_pin(gpio, pin) != 0) // 读时隙产生7 us后读取总线数据
  　　　　{
   　　　　　　dat |= 0x01U << i; // 低位先收
  　　　　}
 　　　　 delay_us(50); // 延时60us，满足读时隙的时间长度要求
  　　　　gpio_config(gpio, pin, eGPIO_OUT_PP_UP, 1); // 释放总线
  　　　　delay_us(2);
 　　}
 　　return dat;
}
/********************************************************
 * 函数功能：DS18B20温度采集线程
 * 形    参：parg：线程形参
 * 返 回 值：无
 ********************************************************/
static void ds18b20_task(void *parg)
{
　　 unsigned char data = 0;
 　　unsigned short temp = 0;
 
　　 while(1)
　　 {
 　　　　 if(ds18b20_reset() != 0)
 　　　　 {
  　　　　　　 continue;
 　　　　 }
  
  　　　　os_critical_enter(); // 进入临界区
  　　　　ds18b20_write_byte(0xCC); // skip rom
  　　　　ds18b20_write_byte(0x44); // 启动温度转换
  　　　　os_critical_exit(); // 退出临界区
  　　　　os_delay(500);
  
  　　　　if(ds18b20_reset() != 0)
  　　　　{
  　　　　　　 continue;
  　　　　}
  
  　　　　os_critical_enter(); // 进入临界区
  　　　　ds18b20_write_byte(0xCC); // skip rom
  　　　　ds18b20_write_byte(0xBE); // 发出读取命令
  　　　　data = ds18b20_read_byte(); // 读出温度低八位
 　　　　 temp = ds18b20_read_byte(); // 读出温度高八位
  
 　　　　 // 计算温度值
  　　　　temp = (temp << 8) | data;
  
 　　　　 // 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
 　　　　 if((temp & 0xF800) != 0)
 　　　　 {
  　　　　　　 temp = (~temp) + 1; // 正温度值直接计算，负温度值需取反加1
   　　　　　　TemperatureValue = -0.0625f; // 温度为负
 　　　　 }
 　　　　 else
 　　　　 {
   　　　　　　TemperatureValue = 0.0625f;
 　　　　 }
  
  　　　　// DS18B20的分辨率是0.0625度
 　　　　 TemperatureValue = TemperatureValue * temp;
 　　　　 os_critical_exit(); // 退出临界区
  
  　　　　os_delay(1500); // 1.5s采集一次温度数据
 　　}
}

/********************************************************
 * 函数功能：DS18B20初始化
 * 形    参：gpiox：引脚端口
             pinx：引脚号
 * 返 回 值：无
 ********************************************************/
unsigned int ds18b20_init(eGpioType_t gpiox, ePinType_t pinx)
{
 　　gpio = gpiox;
　　 pin = pinx;
 
　　 // 初始化引脚
　　 gpio_config(gpio, pin, eGPIO_OUT_PP_UP, 1);
 
　　 // 创建温度采集线程
 　　if(os_task_create(ds18b20_task, NULL, 128, eOS_PRIO_LL) != 0)
　　 {
 　　　　 return 1; // 创建失败
 　　}
 
 　　return 0;
}

/********************************************************
 * 函数功能：读取温度值
 * 形    参：无
 * 返 回 值：温度值
 ********************************************************/
float ds18b20_temperature_value_get(void)
{
　　 return TemperatureValue;
}