详解STM32 DS18B20温度传感器

一、DS18B20简介

DS18B20是一款数字温度传感器，能够直接将温度信息转换成数字信号，并通过单总线接口传输。DS18B20的优点在于最大传输距离可达100米，唯一需要外接的元器件仅为一个4.7kΩ上拉电阻，它可以灵活的搭建控制单元与温度计的单总线应用。因此，DS18B20被广泛应用于家庭温控、温度采集与监控系统等领域。

二、DS18B20连接

DS18B20温度传感器分为三个通信脚: VDD、DATA、GND。

其中，VDD和GND分别是电源正负极，可以接3-5.5V的电源。DATA是数据输入输出线。可以使用单总线连接技术将多个DS18B20温度传感器连接在同一总线上。连接多个DS18B20需要保证数据线、电源线和地线相互隔离。

下面我们给出DS18B20的STM32连接示意图，其中PB12引脚作为数据线连接DS18B20，电源和地线接入VDD和GND：

<pre>
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
uint8_t DscrcTable[255] = {	/* DS18B20 CRC表 */
	0x00, 0x5E, 0xBC, 0xE2, 0x61, 0x3F, 0xDD, 0x83, 0xC2, 0x9C, 0x7E, 0x20, 0xA3, 0xFD, 0x1F, 0x41,
	0x9D, 0xC3, 0x21, 0x7F, 0xFC, 0xA2, 0x40, 0x1E, 0x5F, 0x01, 0xE3, 0xBD, 0x3E, 0x60, 0x82, 0xDC,
	0x23, 0x7D, 0x9F, 0xC1, 0x42, 0x1C, 0xFE, 0xA0, 0xE1, 0xBF, 0x5D, 0x03, 0x80, 0xDE, 0x3C, 0x62,
	0xBE, 0xE0, 0x02, 0x5C, 0xDF, 0x81, 0x63, 0x3D, 0x7C, 0x22, 0xC0, 0x9E, 0x1D, 0x43, 0xA1, 0xFF,
	0x46, 0x18, 0xFA, 0xA4, 0x27, 0x79, 0x9B, 0xC5, 0x84, 0xDA, 0x38, 0x66, 0xE5, 0xBB, 0x59, 0x07,
	0xDB, 0x85, 0x67, 0x39, 0xBA, 0xE4, 0x06, 0x58, 0x19, 0x47, 0xA5, 0xFB, 0x78, 0x26, 0xC4, 0x9A,
	0x65, 0x3B, 0xD9, 0x87, 0x04, 0x5A, 0xB8, 0xE6, 0xA7, 0xF9, 0x1B, 0x45, 0xC6, 0x98, 0x7A, 0x24,
	0xF8, 0xA6, 0x44, 0x1A, 0x99, 0xC7, 0x25, 0x7B, 0x3A, 0x64, 0x86, 0xD8, 0x5B, 0x05, 0xE7, 0xB9,
	0x8C, 0xD2, 0x30, 0x6E, 0xED, 0xB3, 0x51, 0x0F, 0x4E, 0x10, 0xF2, 0xAC, 0x2F, 0x71, 0x93, 0xCD,
	0x11, 0x4F, 0xAD, 0xF3, 0x70, 0x2E, 0xCC, 0x92, 0xD3, 0x8D, 0x6F, 0x31, 0xB2, 0xEC, 0x0E, 0x50,
	0xAF, 0xF1, 0x13, 0x4D, 0xCE, 0x90, 0x72, 0x2C, 0x6D, 0x33, 0xD1, 0x8F, 0x0C, 0x52, 0xB0, 0xEE,
	0x32, 0x6C, 0x8E, 0xD0, 0x53, 0x0D, 0xEF, 0xB1, 0xF0, 0xAE, 0x4C, 0x12, 0x91, 0xCF, 0x2D, 0x73,
	0xCA, 0x94, 0x76, 0x28, 0xAB, 0xF5, 0x17, 0x49, 0x08, 0x56, 0xB4, 0xEA, 0x69, 0x37, 0xD5, 0x8B,
	0x57, 0x09, 0xEB, 0xB5, 0x36, 0x68, 0x8A, 0xD4, 0x95, 0xCB, 0x29, 0x77, 0xF4, 0xAA, 0x48, 0x16,
	0xE9, 0xB7, 0x55, 0x0B, 0x88, 0xD6, 0x34, 0x6A, 0x2B, 0x75, 0x97, 0xC9, 0x4A, 0x14, 0xF6, 0xA8,
	0x74, 0x2A, 0xC8, 0x96, 0x15, 0x4B, 0xA9, 0xF7, 0xB6, 0xE8, 0x0A, 0x54, 0xD7, 0x89, 0x6B, 0x35 };
//DS18B20初始化
void DS18B20_Init(void)
{
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
  HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);
}
// 复位DS18B20
uint8_t DS18B20_Reset(void)
{
  uint8_t i;
  uint8_t result;
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);  // 输出低电平复位
  delay_us(480); // 延时至少480us
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);   // 输出高电平,直接读取DS18B20状态，设备是否应答
  delay_us(80);  // DS18B20 处理完复位后需要时间进行初始化
  result = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_12);         // 读取DS18B20响应状态
  delay_us(400);     // 剩余时间
  return result;
}
// DS18B20 写一个位
void DS18B20_WriteBit(uint8_t data)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);  // 总线输出低电平
  delay_us(1);  // 总线维持低电平的时间不少于1us
  if (data)HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);  // 输出1 
  delay_us(60);  // 然后8us-120us总线保持低电平
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);   // 总线输出高电平
}
// DS18B20 读一个位
uint8_t DS18B20_ReadBit(void)
{
  uint8_t data;
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);  // 总线输出低电平
  delay_us(1);  // 端口维持低电平的时间不少于1us
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);   // 输出1 
  delay_us(15);  // 总线状态维持15us-60us，DS18B20又是在第15us左右把数据线拉低，这里就提前准备可以了
  data = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_12);          // 读取总线状态
  delay_us(45);   // 总时间是60us，减去15us和下一步操作的1us，剩余的时间要等待。
  return data;
}

三、读取DS18B20数据

DS18B20的温度数据存储在ROM区的第1字节和第2字节中，其中第2字节的第7位为符号位，其余7位代表温度的整数部分，第1字节的低4位代表温度小数的前4位，小数部分最高两位始终为0。

下面是一个C语言函数示例，使用STM32代码实现DS18B20的温度读取功能：

<pre>
float DS18B20_ReadTemp(void)
{
  uchar check = 0;
  uint16_t temp = 0;
  uint8_t i;
  DS18B20_Reset();
  DS18B20_WriteBit(0xCC);
  DS18B20_WriteBit(0x44);
  while (DS18B20_ReadBit() == 0)
  {
    delay_us(5);
  }
  DS18B20_Reset();
  DS18B20_WriteBit(0xCC);
  DS18B20_WriteBit(0xBE);
  for(i=0; i<16; i++)
  {
    temp |= DS18B20_ReadBit();
    temp <<= 1;
  }
  for(i=0; i<8; i++)
  {
    check= DS18B20_ReadBit()<<1;
    check |= DS18B20_ReadBit();
  }
  if(temp & 0x8000)
  {
    temp = ~(temp-1);
    check = ~check;
  }
  if(!check) return (float)temp*0.0625;  //校验成功，计算温度值
  return -9999;  //校验失败
}

四、代码分析

以上代码中，DS18B20_ReadTemp()是对DS18B20进行初始化并读取温度数据的函数。其中，DS18B20_Reset()、DS18B20_WriteBit()和DS18B20_ReadBit()函数用于对DS18B20进行单总线初始化，并进行数据接收和发送。

在主函数中使用该函数可以实现DS18B20读取温度数据的功能，即可得到DS18B20温度传感器在实际应用中起到的重要作用。

五、总结

DS18B20温度传感器可以在较长距离内精确测量温度，因此在许多温度监控、工业控制等领域都得到了广泛的应用。本次文章介绍了DS18B20的连接方式、STM32代码实现以及读取数据的方法，希望能对大家在实际应用中使用DS18B20时有所帮助。