1）實驗平臺：【正點原子】 NANO STM32F103 開發板
2）摘自《正點原子STM32 F1 開發指南(NANO 板-HAL 庫版)》關注官方微信號公眾號，獲取更多資料：正點原子
第二十六章 DS18B20 數字溫度傳感器實驗
STM32 中容量內部沒自帶溫度傳感器，所以，本章我們將向大家介紹如何通過 STM32 來
讀取外部數字溫度傳感器的溫度，來得到較為準確的環境溫度。在本章中，我們將學習使用單
總線技術，通過它來實現 STM32 和外部溫度傳感器（DS18B20）的通信，並把從溫度傳感器得
到的溫度顯示在數碼管上。本章分為如下幾個部分：
26.1 DS18B20 簡介
26.2 硬件設計
26.3 軟件設計
26.4 下載驗證
26.1 DS18B20 簡介
DS18B20 是由 DALLAS 半導體公司推出的一種的“一線總線”接口的溫度傳感器。與傳
統的熱敏電阻等測溫元件相比，它是一種新型的體積小、適用電壓寬、與微處理器接口簡單的
數字化溫度傳感器。一線總線結構具有簡潔且經濟的特點，可使用戶輕鬆地組建傳感器網絡，
從而為測量系統的構建引入全新概念，測量溫度範圍為-55~+125℃ ，精度為±0．5℃。現場溫
度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。它能直接讀出被測溫度，
並且可根據實際要求通過簡單的編程實現 9~l2 位的數字值讀數方式。它工作在 3—5．5 V 的電
壓範圍，採用多種封裝形式，從而使系統設計靈活、方便，設定分辨率及用戶設定的報警溫度
存儲在 EEPROM 中，掉電後依然保存。其內部結構如圖 26.1.1 所示：
圖 26.1.1 DS18B20 內部結構圖
ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光記好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，每
DS18B20 的 64 位序列號均不相同。64 位 ROM 的排列是：前 8 位是產品家族碼，接著 48 位是
DS18B20 的序列號，最後 8 位是前面 56 位的循環冗餘校驗碼(CRC=X8+X5 +X4 +1)。ROM 作
用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可實現一根總線上掛接多個。
所有的單總線器件要求採用嚴格的信號時序，以保證數據的完整性。DS18B20 共有 6 種信
號類型：復位脈衝、應答脈衝、寫 0、寫 1、讀 0 和讀 1。所有這些信號，除了應答脈衝以外，
都由主機發出同步信號。並且發送所有的命令和數據都是字節的低位在前。這裡我們簡單介紹
這幾個信號的時序：
1）復位脈衝和應答脈衝
單總線上的所有通信都是以初始化序列開始。主機輸出低電平，保持低電平時間至少 480
us，，以產生復位脈衝。接著主機釋放總線，4.7K 的上拉電阻將單總線拉高，延時 15～60 us，
並進入接收模式(Rx)。接著 DS18B20 拉低總線 60~240 us，以產生低電平應答脈衝，
若為低電平，再延時 480 us。
2）寫時序
寫時序包括寫 0 時序和寫 1 時序。所有寫時序至少需要 60us，且在 2 次獨立的寫時序之間
至少需要 1us 的恢復時間，兩種寫時序均起始於主機拉低總線。寫 1 時序：主機輸出低電平，
延時 2us，然後釋放總線，延時 60us。寫 0 時序：主機輸出低電平，延時 60us，然後釋放總線，
延時 2us。
3）讀時序
單總線器件僅在主機發出讀時序時，才向主機傳輸數據，所以，在主機發出讀數據命令後，
必須馬上產生讀時序，以便從機能夠傳輸數據。所有讀時序至少需要 60us，且在 2 次獨立的讀
時序之間至少需要 1us 的恢復時間。每個讀時序都由主機發起，至少拉低總線 1us。主機在讀
時序期間必須釋放總線，並且在時序起始後的 15us 之內採樣總線狀態。典型的讀時序過程為：
主機輸出低電平延時 2us，然後主機轉入輸入模式延時 12us，然後讀取單總線當前的電平，然
後延時 50us。
在瞭解了單總線時序之後，我們來看看 DS18B20 的典型溫度讀取過程，DS18B20 的典型
溫度讀取過程為：復位→發 SKIP ROM 命令（0XCC）→發開始轉換命令（0X44）→延時→復
位→發送 SKIP ROM 命令（0XCC）→發讀存儲器命令（0XBE）→連續讀出兩個字節數據(即
溫度)→結束。
DS18B20 的介紹就到這裡，更詳細的介紹，請大家參考 DS18B20 的技術手冊。
26.2 硬件設計
由於開發板上標準配置是沒有 DS18B20 這個傳感器的，只有接口，所以要做本章的實驗，
大家必須找一個 DS18B20 插在預留的 18B20 接口上。
本章實驗功能簡介：開機的時候先檢測是否有 DS18B20 存在，如果沒有，則提示錯誤。
只有在檢測到 DS18B20 之後才開始讀取溫度並顯示在 LCD 上，如果發現了 DS18B20，則程
序每隔 100ms 左右讀取一次數據，並把溫度顯示在 LCD 上。同樣我們也是用 DS0 來指示程序
正在運行。
所要用到的硬件資源如下：
1） 指示燈 DS0、DS3
2） 數碼管
3） DS18B20 溫度傳感器
前兩部分，在之前的實例已經介紹過了，而DS18B20溫度傳感器屬於外部器件（板上沒有
直接焊接），這裡也不介紹。本章，我們僅介紹DS18B20接口和STM32的連接電路，如圖26.2.1
所示：
圖 26.2.1 DS18B20 接口與 STM32 的連接電路圖
從上圖可以看出，我們使用的是 STM32 的 PB9 來連接 U2 的 1WIRE_DQ 引腳，圖中 U2
為 DHT11（數字溫溼度傳感器）和 DS18B20 共用的一個接口，DHT11 我們將在下一章介紹。
DS18B20 只用到 U2 的 3 個引腳（U2 的 1、2 和 3 腳），將 DS18B20 傳感器插入到這個上
面就可以通過 STM32 來讀取 DS18B20 的溫度了。連接示意圖如圖 26.2.2 所示：
圖 26.2.2 DS18B20 連接示意圖
注意：DS18B20 的平面部分（有字的那面）應該朝內，而曲面部分朝外。然後插入如圖所
示的三個孔內。
26.3 軟件設計
打開我們的 DS18B20 數字溫度傳感器實驗工程可以看到我們添加了 ds18b20.c 文件以及其
頭文件 ds18b20.h 文件，所有 ds18b20 驅動代碼和相關定義都分佈在這兩個文件中。
打開 ds18b20.c，該文件代碼如下：
//復位 DS18B20
void DS18B20_Rst(void)
{
DS18B20_IO_OUT(); //設置為輸出
DS18B20_DQ_OUT=0; //拉低 DQ
delay_us(750); //拉低 750us
DS18B20_DQ_OUT=1; //DQ=1
delay_us(15); //15US
}
//等待 DS18B20 的回應
//返回 1:未檢測到 DS18B20 的存在
//返回 0:存在
u8 DS18B20_Check(void)
{
u8 retry=0;
DS18B20_IO_IN(); //設置為輸入
while (DS18B20_DQ_IN&&retry<200)
{
retry++;
delay_us(1);
};
if(retry>=200)return 1;
else retry=0;
while (!DS18B20_DQ_IN&&retry<240)
{
retry++;
delay_us(1);
};
if(retry>=240)return 1;
return 0;
}
//從 DS18B20 讀取一個位
//返回值：1/0
u8 DS18B20_Read_Bit(void)
{
u8 data;
DS18B20_IO_OUT(); //設置為輸出
DS18B20_DQ_OUT=0;
delay_us(2);
DS18B20_DQ_OUT=1;
DS18B20_IO_IN(); //設置為輸入
delay_us(12);
if(DS18B20_DQ_IN)data=1;
else data=0;
delay_us(50);
return data;
}
//從 DS18B20 讀取一個字節
//返回值：讀到的數據
u8 DS18B20_Read_Byte(void)
{
u8 i,j,dat;
dat=0;
for (i=1;i<=8;i++)
{
j=DS18B20_Read_Bit();
dat=(j<<7)|(dat>>1);
}
return dat;
}
//寫一個字節到 DS18B20
//dat：要寫入的字節
void DS18B20_Write_Byte(u8 dat)
{
u8 j;
u8 testb;
DS18B20_IO_OUT(); //設置為輸出
for (j=1;j<=8;j++)
{
testb=dat&0x01;
dat=dat>>1;
if(testb) // 寫 1
{
DS18B20_DQ_OUT=0;
delay_us(2);
DS18B20_DQ_OUT=1;
delay_us(60);
}
else //寫 0
{
DS18B20_DQ_OUT=0;
delay_us(60);
DS18B20_DQ_OUT=1;
delay_us(2);
}
}
}
//開始溫度轉換
void DS18B20_Start(void)
{
DS18B20_Rst();
DS18B20_Check();
DS18B20_Write_Byte(0xcc);// skip rom
DS18B20_Write_Byte(0x44);// convert
}
//初始化 DS18B20 的 IO 口 DQ 同時檢測 DS 的存在
//返回 1:不存在
//返回 0:存在
u8 DS18B20_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); //開啟 GPIB 時鐘
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_9; //PB9
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推輓輸出
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH; //高速
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure); //初始化
DS18B20_Rst();
return DS18B20_Check();
}
//從 ds18b20 得到溫度值
//精度：0.1C
//返回值：溫度值 （-550~1250）
short DS18B20_Get_Temp(void)
{
u8 temp;
u8 TL,TH;
short tem;
DS18B20_Start (); //開始轉換
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;//溫度為負
}else temp=1;//溫度為正
tem=TH; //獲得高八位
tem<<=8;
tem+=TL;//獲得底八位
tem=(double)tem*0.625;//轉換
if(temp)return tem; //返回溫度值
else return -tem;
}
該部分代碼就是根據我們前面介紹的單總線操作時序來讀取 DS18B20 的溫度值的，DS18B20
的溫度通過 DS18B20_Get_Temp 函數讀取，該函數的返回值為帶符號的短整形數據，返回值的
範圍為-550~1250，其實就是溫度值擴大了 10 倍。
然後我們打開 ds18b20.h，該文件下面主要是一些 IO 口位帶操作定義以及函數申明，沒有
什麼特別需要講解的地方。最後打開 main.c，該文件代碼如下：
// 共陰數字數組
// 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F, .,全滅
u8 smg_num[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,
0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e,0x01,0x00};
short temperature;//溫度值
u8 smg_wei=4;//數碼管位選
u8 num=0;//數碼管數值
u16 led_t=0;//led 時間
u16 temp_t=0;//採樣時間
u8 flag=0;//溫度正負標誌位
int main(void)
{
HAL_Init(); //初始化 HAL 庫
Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9); //設置時鐘,72M
delay_init(72); //初始化延時函數
uart_init(115200);
//串口初始化為 115200
LED_Init();
//初始化與 LED 連接的硬件接口
LED_SMG_Init(); //數碼管初始化
printf("NANO STM32\\r\\n");
printf("DS18B20 TEST\\r\\n");
while(DS18B20_Init()) //DS18B20 初始化
{
printf("DS18B20 Error\\r\\n");
delay_ms(200);
LED3=!LED3;//LED3 閃爍表示 DS18B20 初始化失敗
}
LED3=1;
printf("DS18B20 OK\\r\\n");
TIM3_Init(19,7199); //數碼管 2ms 定時顯示
while(1)
{
}
}
//回調函數，定時器中斷服務函數調用
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim==(&TIM3_Handler))
{
temp_t++;
if(temp_t==500)//DS18B20 1S 採樣
{
temp_t=0;
temperature=DS18B20_Get_Temp();//獲取溫度值
if(temperature<0)//若溫度為負數
{
temperature=-temperature;
flag=1;
}else flag=0;
}
switch(smg_wei)
{
case 4: if(flag)num = 0x02; //顯示"-"以表示負溫度
else num=0x00;
break;
case 5: num = smg_num[temperature/10/10];break; //溫度值
case 6: num = smg_num[temperature/10%10]|0x01; break;
case 7: num =smg_num[temperature%10];break;
}
LED_Write_Data(num,smg_wei);//寫數據到數碼管
LED_Refresh();//更新顯示
smg_wei++;
if(smg_wei==8) smg_wei=4;
led_t++;
if(led_t==250)//LED0 500ms 閃爍
{
led_t=0;
LED0=!LED0;
}
}
}
由於 DS18B20 的時序是使用軟件時序操作的，為了不打擾時序操作，我們將讀取溫度放到
在定時器中斷執行，以每隔 1S 時間採集溫度，數碼管同樣是以 2ms 時間動態掃描顯示採集的溫
度值,DS0 以每 500ms 閃爍一次，以表示程序正在運行。
至此，我們本章的軟件設計就結束了。
26.4 下載驗證
在代碼編譯成功之後，我們通過下載代碼到 ALIENTEK NANO STM32F1 開發板上，可以
看到數碼管顯示當前的溫度值（假定 DS18B20 已經接上去了），如圖 26.4.1 所示：
圖 26.4.1 DS18B20 實驗效果圖
該程序還可以讀取並顯示負溫度值的，只是由於本人在廣州，是沒辦法看到了（除非放到
冰箱），具備條件的讀者可以測試一下。
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