STM32基于HAL工程FREERTOS读取DS18B20数据+串口输出

perseverance52

1775人浏览 · 2023-04-05 09:15:28

perseverance52 · 2023-04-05 09:15:28 发布

STM32基于HAL工程FREERTOS读取DS18B20数据+串口输出

✨申明：本文章仅发表在CSDN网站，任何其他网站，未注明来源，见此内容均为盗链和爬取，请多多尊重和支持原创!
🍁对于文中所提供的相关资源链接将作不定期更换。

🔰基于STM32CubeMX配置工程，当然不局限于STM32其他型号的芯片的使用，只要是stm32芯片都可以使用该源文件进行驱动，方便适配移植，减少不必要的重复开发工作。

🎯本工程经实物验证,程序没有问题。
🔖工程基于FREERTOS下，串口打印读取到数据，

🛠STM32F103基于STM32CubeMX配置工程

🔨配置FREERTOS时基。(OS的时基和 SysTick（滴答定时器）分开)
🌿开启定时器1用于读取DS18B20数据时使用。
🌿配置DS18B20数据引脚
🌿使能一个串口，用于调试信息输出
🧲在中间件（Middleware）当中，选择OS系统
🌿根据实际运行情况适当调整堆栈空间。

📚工程源码

链接: https://pan.baidu.com/s/1hphH64UK_BsM9nSOL-0FJQ
提取码: wzb1

DS18B20传感器温度读取流程

DS18B20是单总线数字温度传感器，移植其驱动核心是实现单总线时序（复位、存在脉冲、写位、读位），再基于时序封装温度读取逻辑。以下以STM32为例（裸机，基于HAL库），讲解通用移植步骤和核心代码。

一、硬件准备与引脚配置

硬件连接：
- DS18B20的VDD接3.3V（或5V，注意电平匹配）；
- GND接单片机GND；
- DQ（数据引脚）接单片机任意GPIO（如PA0），并串联4.7K上拉电阻到VDD。
GPIO配置（STM32 HAL库）：
- 模式：推挽输出 + 上拉输入（需动态切换输入/输出）；
- 速度：低速即可。

二、核心：单总线时序实现（关键）

DS18B20的所有通信依赖严格的单总线时序，这是移植的核心，不同MCU（如STM32、51、GD32）仅GPIO操作不同，时序逻辑完全一致。

1. 引脚电平操作封装（适配不同MCU）

先封装GPIO的输入/输出切换、电平读写，方便移植到其他MCU时仅修改此处：

#include "stm32f1xx_hal.h"

// 定义DS18B20数据引脚（根据实际硬件修改）
#define DS18B20_DQ_PORT    GPIOA
#define DS18B20_DQ_PIN     GPIO_PIN_0

// 设置DQ为输出模式
static void DS18B20_Set_Output(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct = {0};
    gpio_init_struct.Pin = DS18B20_DQ_PIN;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  // 推挽输出
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_NOPULL;
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(DS18B20_DQ_PORT, &gpio_init_struct);
}

// 设置DQ为输入模式
static void DS18B20_Set_Input(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct = {0};
    gpio_init_struct.Pin = DS18B20_DQ_PIN;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;     // 输入模式（上拉由硬件电阻保证）
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(DS18B20_DQ_PORT, &gpio_init_struct);
}

// 写DQ引脚电平
static void DS18B20_Write_Level(uint8_t level)
{
    if(level)
        HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN, GPIO_PIN_SET);
    else
        HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN, GPIO_PIN_RESET);
}

// 读DQ引脚电平
static uint8_t DS18B20_Read_Level(void)
{
    return HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN);
}

// 微秒级延时（需根据MCU主频校准，STM32F1默认72MHz）
static void DS18B20_Delay_Us(uint16_t us)
{
    uint32_t ticks = (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000) * us;
    ticks /= 8;  // 简易延时，需实际校准
    while(ticks--);
}

2. 单总线核心时序实现

（1）复位与检测脉冲

uint8_t DS18B20_Reset(void)
{
    uint8_t retry = 0;
    DS18B20_Set_Output();  // 输出模式
    DS18B20_Write_Level(0); // 拉低总线至少480us
    DS18B20_Delay_Us(500);
    
    DS18B20_Write_Level(1); // 释放总线，等待15~60us
    DS18B20_Set_Input();    // 切换为输入模式
    DS18B20_Delay_Us(60);
    
    // 检测DS18B20的存在脉冲（拉低总线60~240us）
    while(DS18B20_Read_Level() && retry < 100)
    {
        retry++;
        DS18B20_Delay_Us(1);
    }
    if(retry >= 100)
        return 1; // 复位失败
    else
        retry = 0;
    
    // 等待存在脉冲结束（总线恢复高电平）
    while(!DS18B20_Read_Level() && retry < 200)
    {
        retry++;
        DS18B20_Delay_Us(1);
    }
    DS18B20_Set_Output(); // 恢复输出模式
    return 0; // 复位成功
}

（2）写位时序

void DS18B20_Write_Bit(uint8_t bit)
{
    DS18B20_Set_Output();
    DS18B20_Write_Level(0); // 拉低总线至少1us
    DS18B20_Delay_Us(2);
    
    // 写1：释放总线；写0：保持拉低
    if(bit)
        DS18B20_Write_Level(1);
    else
        DS18B20_Write_Level(0);
    
    DS18B20_Delay_Us(60); // 保持时序至少60us
    DS18B20_Write_Level(1); // 释放总线
    DS18B20_Delay_Us(2);
}

（3）读位时序

uint8_t DS18B20_Read_Bit(void)
{
    uint8_t bit = 0;
    DS18B20_Set_Output();
    DS18B20_Write_Level(0); // 拉低总线至少1us
    DS18B20_Delay_Us(2);
    
    DS18B20_Write_Level(1); // 释放总线
    DS18B20_Set_Input();    // 切换输入模式
    DS18B20_Delay_Us(10);   // 等待数据稳定
    
    // 读取总线电平（DS18B20在15us内输出数据）
    if(DS18B20_Read_Level())
        bit = 1;
    else
        bit = 0;
    
    DS18B20_Delay_Us(50); // 等待时序结束
    DS18B20_Set_Output(); // 恢复输出模式
    return bit;
}

（4）写字节/读字节封装

// 写字节（低位先行）
void DS18B20_Write_Byte(uint8_t byte)
{
    uint8_t i;
    for(i=0; i<8; i++)
    {
        DS18B20_Write_Bit(byte & 0x01);
        byte >>= 1;
    }
}

// 读字节（低位先行）
uint8_t DS18B20_Read_Byte(void)
{
    uint8_t i, byte = 0;
    for(i=0; i<8; i++)
    {
        byte >>= 1;
        if(DS18B20_Read_Bit())
            byte |= 0x80;
    }
    return byte;
}

三、温度读取逻辑封装

DS18B20读取温度的流程：复位 → 发送跳过ROM指令（0xCC）→ 发送转换指令（0x44）→ 等待转换完成 → 复位 → 发送跳过ROM指令 → 发送读暂存器指令（0xBE）→ 读取2字节温度数据 → 转换为实际温度。

// 读取DS18B20温度（返回值：0成功，1失败；temp为温度指针，单位℃，保留1位小数）
uint8_t DS18B20_Read_Temperature(float *temp)
{
    uint8_t temp_h, temp_l;
    uint16_t temp_raw;
    
    if(DS18B20_Reset() != 0) // 复位失败
        return 1;
    
    DS18B20_Write_Byte(0xCC); // 跳过ROM指令（单传感器时用）
    DS18B20_Write_Byte(0x44); // 启动温度转换
    DS18B20_Delay_Us(10);     // 无需等待，可轮询或延时（转换需约750ms）
    
    // 等待转换完成（简易方式：延时750ms，也可检测总线电平）
    HAL_Delay(750);
    
    if(DS18B20_Reset() != 0) // 再次复位
        return 1;
    
    DS18B20_Write_Byte(0xCC); // 跳过ROM指令
    DS18B20_Write_Byte(0xBE); // 读暂存器指令
    
    // 读取温度低字节、高字节（共16位）
    temp_l = DS18B20_Read_Byte();
    temp_h = DS18B20_Read_Byte();
    
    // 组合原始温度值（DS18B20温度格式：高5位符号位，低11位数据位）
    temp_raw = (temp_h << 8) | temp_l;
    
    // 转换为实际温度（分辨率12位时，1LSB=0.0625℃）
    if(temp_raw & 0x8000) // 负温度
    {
        temp_raw = ~temp_raw + 1; // 补码转原码
        *temp = -((float)temp_raw * 0.0625);
    }
    else // 正温度
    {
        *temp = (float)temp_raw * 0.0625;
    }
    
    return 0;
}

四、移植适配要点（关键！）

延时校准：DS18B20_Delay_Us是时序核心，不同MCU（如51、STM32H7、ESP32）的微秒延时实现不同，需用逻辑分析仪/示波器校准，确保：
- 复位拉低≥480us；
- 写位拉低≥1us，总时序≥60us；
- 读位拉低≥1us，10us后读取数据。
多传感器适配：若总线上有多个DS18B20，需替换“跳过ROM指令（0xCC）”为“匹配ROM指令（0x55）+ 传感器64位ROM地址”。
电平匹配：若MCU是3.3V、DS18B20接5V，需加电平转换（如三极管、MOS管），避免GPIO过压。
初始化调用：在主函数中先初始化GPIO时钟，再调用DS18B20_Reset()检测传感器。

五、测试代码（主函数示例）

int main(void)
{
    float temp;
    HAL_Init();
    SystemClock_Config(); // 初始化系统时钟（STM32标准流程）
    MX_GPIO_Init();       // 初始化GPIO（包含DS18B20引脚）
    
    while(1)
    {
        if(DS18B20_Read_Temperature(&temp) == 0)
        {
            // 打印温度（如串口输出，示例：temp=25.5℃）
            printf("Temperature: %.1f℃\r\n", temp);
        }
        else
        {
            printf("DS18B20 read failed!\r\n");
        }
        HAL_Delay(1000); // 1秒读取一次
    }
}