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2021年07月26日 | STM32CubeMX | 33-使用GPIO读取温度传感器数据（DS18B20）

2021-07-26 来源：eefocus

本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置 STM32103RET6 的硬件GPIO外设读取温度传感器DS18B20的数据。

1. 准备工作

硬件准备

开发板
首先需要准备一个开发板，这里我准备的是一个工业DTU，主控芯片为STM32103RBT6。

DS18B20
DTU开发板板载一颗DS18B20温度传感器。

3. 使用STM32CubeMX生成工程

选择芯片型号

打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：

搜索并选中芯片STM32F103RET6:

配置时钟源

如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；
如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；

这里我都使用外部时钟：

配置调试选项

STM32CubMX配置默认没有开启调试选项，需要手动开启：

配置串口

开发板板载了一个CH340换串口，连接到USART1，可用于日志打印：

接下来开始配置USART1：

配置DS18B20通信GPIO

查看开发板原理图，找到与DS18B20通信的GPIO：

配置PA1引脚：

配置时钟树

STM32F103RET6的最高主频到72M，使HCLK = 72Mhz即可：

生成工程设置

代码生成设置

最后设置生成独立的初始化文件：

生成代码

点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

3. 重定向printf到串口1

在usart.c文件末尾添加重定向代码：

/* USER CODE BEGIN 1 */

#if 1

#include

int fputc(int ch, FILE *stream)

{

/* 堵塞判断串口是否发送完成 */

while((USART1->SR & 0X40) == 0);

/* 串口发送完成，将该字符发送 */

USART1->DR = (uint8_t) ch;

return ch;

}

#endif

/* USER CODE END 1 */

详细说明请参考文章：STM32CubeMX_09 | 重定向printf函数到串口输出的多种方法。

4. 编写DS18B20驱动代码

4.1. STM32微妙级延时函数

DS18B20是单总线驱动，所以需要精确的us级延时函数，参考文章：

一种Cortex-M内核中的精确延时方法

4.2. DS18B20底层操作函数封装

主要包括：

GPIO输出模式配置

GPIO输出高电平

GPIO输出低电平

GPIO输入模式配置

GPIO读取输入

us级延时函数

在ds18b20.h中编写代码，使用宏来封装，便于驱动移植：

#include "stm32f1xx.h"

#include "core_delay/core_delay.h"

/* DS18B20控制引脚 */

#define DS18B20_GPIO_PORT GPIOA

#define DS18B20_GPIO_PIN GPIO_PIN_1

/* DS18B20控制IO模式配置 */

#define DS18B20_OutPut_Mode() {DS18B20_GPIO_PORT->CRL &= 0x0FFFFFFF;DS18B20_GPIO_PORT->CRL |= 0x30000000;}

#define DS18B20_InPut_Mode() {DS18B20_GPIO_PORT->CRL &= 0x0FFFFFFF;DS18B20_GPIO_PORT->CRL |= 0x80000000;}

/* DS18B20控制IO操作函数 */

#define DS18B20_Out(n) (n?HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT,DS18B20_GPIO_PIN,GPIO_PIN_SET):HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT,DS18B20_GPIO_PIN,GPIO_PIN_RESET))

#define DS18B20_In() HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_GPIO_PORT,DS18B20_GPIO_PIN)

/* DS18B20 us 级延时函数 */

#define DS18B20_Delay_us(n) CPU_TS_Tmr_Delay_US(n)

4.3. DS18B20操作时序实现

DS18B20主要有几个操作时序，在ds18b20.c中实现：

① 复位信号：

实现代码如下：

/**

* @brief 发送复位信号

* @param none

* @retval none

static void DS18B20_Send_Reset_Single(void)

{

DS18B20_OutPut_Mode();

/* 拉低总线 480 - 960 us*/

DS18B20_Out(0);

DS18B20_Delay_us(750);

/* 释放总线 15 - 60 us */

DS18B20_Out(1);

DS18B20_Delay_us(15);

}

/**

* @brief 检测DS18B20存在脉冲

* @param none

* @retval 0 DS18B20设备正常

* @retval 1 DS18B20设备响应复位信号失败

* @retval 2 DS18B20设备释放总线失败

static uint8_t DS18B20_Check_Ready_Single(void)

{

uint8_t cnt = 0;

/* 1.检测存在脉冲 */

DS18B20_InPut_Mode();

//等待DS18B20 拉低总线（60~240 us 响应复位信号）

while (DS18B20_In() && cnt < 240) {

DS18B20_Delay_us(1);

cnt++;

}

if (cnt > 240) {

return 1;

}

/* 2.检测DS18B20是否释放总线 */

cnt = 0;

DS18B20_InPut_Mode();

//判断DS18B20是否释放总线（60~240 us 响应复位信号之后会释放总线）

while ((!DS18B20_In()) && cnt<240) {

DS18B20_Delay_us(1);

cnt++;

}

if (cnt > 240) {

return 2;

} else {

return 0;

}

/**

* @brief 检测DS18B20设备是否正常

* @param none

* @retval 0 DS18B20设备正常

* @retval 1 DS18B20设备响应复位信号失败

* @retval 2 DS18B20设备释放总线失败

static uint8_t DS18B20_Check_Device(void)

{

/*1.主机发送复位信号*/

DS18B20_Send_Reset_Single();

/*2.检测存在脉冲*/

return DS18B20_Check_Ready_Single();

}

/**

* @brief DS18B20初始化

* @param none

* @retval none

void DS18B20_Init(void)

{

/* 1.DS18B20控制引脚初始化 */

//在main函数中已经初始化，不需要再次重复。

/*2.检测DS18B20设备是否正常*/

switch (DS18B20_Check_Device()) {

case 0:

printf("DS18B20_Init OK!n");

break;

case 1:

printf("DS18B20设备响应复位信号失败！n");

break;

case 2:

printf("DS18B20设备释放总线失败！n");

break;

}

② 向DS18B20写一个字节时序：

实现代码如下：

/**

* @brief 向DS18B20写一个字节

* @param cmd 要写入的字节

* @retval none

static uint8_t DS18B20_Write_Byte(uint8_t cmd)

{

uint8_t i = 0;

/* 1. 设置总线为输出模式 */

DS18B20_OutPut_Mode();

/* 2. 发送数据，低位在前 */

for (i = 0; i < 8; i++) {

DS18B20_Out(0);

DS18B20_Delay_us(2);

DS18B20_Out(cmd & 0x01);

DS18B20_Delay_us(60);

DS18B20_Out(1);

cmd >>= 1;

DS18B20_Delay_us(2);

}

return 0;

}

③ 从DS18B20读取一个字节数据时序：

实现代码如下：

/**

* @brief 从DS18B20读一个字节

* @param none

* @retval 读取到的一个字节数据

uint8_t DS18B20_Read_Byte(void)

{

uint8_t i = 0;

uint8_t data = 0;

/* 读取数据 */

for (i =0; i < 8; i++) {

DS18B20_OutPut_Mode();

DS18B20_Out(0);

DS18B20_Delay_us(2);

DS18B20_Out(1);

DS18B20_InPut_Mode();

DS18B20_Delay_us(10);

data >>= 1 ;

if (DS18B20_In()) {

data |= 0x80;

}

DS18B20_Delay_us(60);

DS18B20_Out(1);

}

return data;

}

4.4. DS18B20读取温度函数实现

DS18B20读取温度需要发送一些命令，

温度转换指令：0x44（启动Ds18b20启动转换温度）

读暂存器指令：0xBE（读取暂存器中的九字节数据）

实现代码如下：

/**

* @brief 从DS18B20读取一次数据

* @param none

* @retval 读取到的温度数据

* @note 适用于总线上只有一个DS18B20的情况

uint16_t DS18B20_Read_Temperature(void)

{

uint16_t temp = 0;

uint8_t temp_H, temp_L;

DS18B20_Check_Device();

DS18B20_Write_Byte(0xCC);

DS18B20_Write_Byte(0x44);

while (DS18B20_Read_Byte() != 0xFF);

DS18B20_Check_Device(); //必须，不能省略

DS18B20_Write_Byte(0xCC);

DS18B20_Write_Byte(0xBE);

temp_L = DS18B20_Read_Byte();

temp_H = DS18B20_Read_Byte();

temp = temp_L | (temp_H << 8);

return temp;

}

至此，驱动编写完成，将两个供用户调用的函数在头文件中声明：

void DS18B20_Init(void);

uint16_t DS18B20_Read_Temperature(void);

4.5. 测试DS18B20温度值读取

在main.c中包含驱动头文件：

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN Includes */

#include

#include "ds18b20.h"

/* USER CODE END Includes */

在main函数中定义存放温度数据的变量：

/* USER CODE BEGIN 1 */

uint16_t temp;

int intT, decT;

/* USER CODE END 1 */

在main函数中调用DS18B20初始化函数：

/* USER CODE BEGIN 2 */

printf("DS18B20 Test By Mculover666rn");

DS18B20_Init();

/* USER CODE END 2 */

接着每隔1s读取一次数据，并打印：

/* Infinite loop */

/* USER CODE BEGIN WHILE */

while (1)

{

/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */

temp = DS18B20_Read_Temperature();

intT = temp >> 4 ; /*合成实际温度整数部分****精度相对上面的更高*/

decT = temp & 0xF ; /*合成实际温度小数部分*/

printf("Temp:%d.%drn", intT, decT);

HAL_Delay(1000);

}

编译，下载，在串口助手中查看结果，如下：

STM32CubeMX GPIO 温度传感器数据 DS18B20

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