《DNESP32P4开辟指南_V1.0》第三十一章 DS18B20实验

第三十一章 DS18B20实验
本章，我们将先容ESP32-P4怎样读取外部温度传感器的温度，来得到较为正确的情况温度。我们将学习单总线技能，通过它来实现ESP32-P4和外部温度传感器DS18B20的通讯，并把从温度传感器得到的温度表如今LCD上。
本章分为如下几个末节：
31.1 DS18B20先容
31.2 硬件计划
31.3 步伐计划
31.4 下载验证
31.1 DS18B20先容
31.1.1 DS18B20简介
DS18B20是由DALLAS半导体公司推出的一种“单总线”接口的温度传感器，实物图如下图所示。

图31.1.1.1 DS18B20实物图
与传统的热敏电阻等测温元件相比，它是一种新型的体积小、实用电压宽、与微处置惩罚器接口简朴的数字化温度传感器。单总线结构具有轻巧且经济的特点，可使用户轻松地组建传感器网络，从而为丈量体系的构建引入全新的概念，测试温度范围为-55+125℃，精度为±0.5℃。现场温度直接以单总线的数字方式传输，大大进步了体系的抗干扰性。它能直接读出被测温度，而且可根据实际要求通过简朴的编程实现912位的数字值读数方式。它工作在3~5.5V的电压范围，采取多种封装情势，从而使体系设置机动、方便，设定分辨率以及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然生存。其内部结构如下图所示。

图31.1.1.2 DS18B20内部结构图
ROM中的64位序列号是出厂前被标志好的，它可以看作使该DS18B20的地点序列码，每个DS18B20的64位序列号均不雷同。64位ROM的分列是：前8位是产物家属码，接着48位是DS18B20的序列号，末了8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。ROM作用是使每一个DS18B20都各不雷同，如许计划可以允许一根总线上挂载多个DS18B20模块同时工作且不会引起辩说。
31.1.2 DS18B20时序先容
全部单总线器件要求采取严酷的信号时序，以包管数据的完备性。DS18B20共有6种信号范例：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。全部这些信号，除了应答脉冲以外，都是由主机发出同步信号。而且发送全部的下令和数据都是字节的低位在前。这里我们简朴先容这几个信号的时序。
1，复位脉冲和应答脉冲

图31.1.2.1 复位脉冲和应答脉冲时序图
单总线上的全部通讯都是以初始化序列开始。主机输出低电平，保持低电平常间至少要在480us，以产生复位脉冲。接着主机开释总线，4.7K的上拉电阻将单总线拉高，延时时间要在1560us，并进入吸收模式（Rx）。接着DS18B20拉低总线60240us，以产生低电平应答脉冲。
2，写时序

图31.1.2.2 写时序图
写时序包罗写0时序和写1时序。全部写时序至少须要60us，且在两次独立的写时序之间至少须要1us的规复时间，两种写时序均起始于主机拉低总线。写1时序：主机输出低电平，延时2us，然后开释总线，延时60us。写0时序：主机输出低电平，延时60us，然后开释总线延时2us。
3，读时序

图31.1.2.3 读时序图
单总线器件仅在主机发出读时序时，才向主机传输数据，以是，在主机发出读数据下令后，必须立即产生读时序，以便从性可以大概传输数据。全部读时序至少须要60us，且在2次独立的读时序之间至少须要1us的规复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须开释总线，而且在时序起始后的15us之内采样总线状态。范例的读时序过程为：主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取单总线当前的电平，然后延时50us。
在相识单总线时序之后，我们来看一下DS18B20的范例温度读取过程，DS18B20的范例温度读取过程为：复位→发SKIP ROM（0xCC）→发开始转换下令（0x44）→延时→复位→发送SKIP ROM下令（0xCC）→发送存储器下令（0xBE）→连续读取两个字节数据（即温度）→竣事。
DS18B20的简介，我们就先容到这里，关于该传感器的具体分析，请各人参考其数据手册。
31.2 硬件计划
31.2.1 例程功能
DS18B20每隔100ms左右读取一次数据，并把温度表如今LCD上。LED0闪耀用于提示步伐正在运行。
31.2.2 硬件资源
1）LED灯
LED        0        - IO51
2）RGBLCD / MIPILCD（引脚太多，不摆列出来）
3）DS18B20
1WIRE_DQ        - IO23
31.2.3 原理图
DS18B20器件干系原理图，如下图所示。

图31.2.3.1 DS18B20原理图
从上图可以看出，使用的是IO23来毗连U4的DQ引脚，图中U10为DHT11（数字温湿度传感器）和DS18B20共用的一个接口，DHT11将在下一章先容。
DS18B20只用到U4的3个引脚（U4的1、2和3脚），将DS18B20传感器插入到这个上面就可以通过ESP32-P4来读取DS18B20的温度了。毗连表示图如下所示。

图31.2.3.2 DS18B20与开辟板毗连图
从上图可以看出，DS18B20的平面部门（有字的那面）应该朝内，而曲面部门朝外。
31.3 步伐计划
本例程重要用到的是GPIO函数，GPIO函数已在11.3.1章节中具体叙述，为克制重复，此处不再赘述。发起读者查阅第十一章的函数分析章节，以获取更多关于GPIO函数的信息。
31.3.1 步伐流程图

图31.3.1.1 DS18B20实验步伐流程图
31.3.2 步伐分析
在22_ds18b20例程中，作者在22_ds18b20\components\BSP路径下新建在￥在￥在￥了1个文件夹DS18B20，而且须要更改CMakeLists.txt内容，以便在其他文件上调用。
1. DS18B20驱动代码
这里我们只讲授核心代码，具体的源码请各人参考光盘本实验对应源码。DS18B20驱动源码包罗两个文件：ds18b20.c和ds18b20.h。
下面先分析ds18b20.h的步伐。对DS18B20的数据引脚做了干系界说。

1. #define DS18B20_DQ_GPIO_PIN      GPIO_NUM_23

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由于数据线会存在获取高低电平以及设置高低电平，以是为DS18B20_DQ_GPIO_PIN 做了干系宏函数供单总线时序函数调用。

1. #define DS18B20_DQ_IN              gpio_get_level(DS18B20_DQ_GPIO_PIN)        /* IO操作 */
3. #define DS18B20_DQ_OUT(x)         do { x ?                                    \
4.                                       gpio_set_level(DS18B20_DQ_GPIO_PIN, 1): \
5.                                      gpio_set_level(DS18B20_DQ_GPIO_PIN, 0); \
6.                                   } while(0)                                        /* DS18B20端口定义 */

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接下来，分析一下ds18b20.c的步伐，起首来看一下DS18B20的初始化函数ds18b20_init，代码如下：

1. /**
2. * @brief             初始化DS18B20
3. * @param             无
4. * @retval            0, 正常; 1, 不存在/不正常
5. */
6. uint8_t ds18b20_init(void)
7. {
8.     gpio_config_t gpio_init_struct;
10.     gpio_init_struct.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE;                   /* 失能引脚中断 */
11.     gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_INPUT_OUTPUT_OD;         /* 开漏的输入和输出 */
12.     gpio_init_struct.pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE;                            /* 使能上拉 */
13.     gpio_init_struct.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE;                   /* 失能下拉 */
14.     gpio_init_struct.pin_bit_mask = 1ull << DS18B20_DQ_GPIO_PIN;        /* 设置位掩码 */
15.     gpio_config(&gpio_init_struct);                            /* 配置DS18B20引脚 */
17.     ds18b20_reset();                        /* 复位DS18B20 */
18.     return ds18b20_check();                /* 等待DS18B20回应 */
19. }

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以上两个函数分别代表着前面所说的复位脉冲与应答信号，各人可以对比前面的时序图举行明白。由于复位脉冲比力简朴，以是这里不做睁开。如今看一下应答信号函数，函数重要是对于DS18B20传感器的回应信号举行检测，对此判定其是否存在。函数的实现也是依据时序图举行逻辑判定，比方当主机发送了复位信号之后，按照时序，DS18B20会拉低数据线60~240us，同时主机吸收最小时间为480us，我们就依据这两个硬性条件举行判定，起首须要设置一个时限期待DS18B20相应，背面也设置一个时限期待DS18B20开释数据线拉高，满意这两个条件即DS18B20乐成相应。
下面先容的是写函数，其界说如下：

1. /**
2. * @brief            复位DS18B20
3. * @param            无
4. * @retval            无
5. */
6. void ds18b20_reset(void)
7. {
8.     DS18B20_DQ_OUT(0);                     /* 拉低DQ,复位 */
9.     esp_rom_delay_us(750);          /* 拉低至少750μs */
10.     DS18B20_DQ_OUT(1);              /* DQ=1，释放复位 */
11.     esp_rom_delay_us(15);           /* 主机拉高10~35us */
12. }
14. /**
15. * @brief             等待DS18B20的回应
16. * @param            无
17. * @retval            0, DS18B20正常; 1, DS18B20异常/不存在
18. */
19. uint8_t ds18b20_check(void)
20. {
21.     uint8_t retry = 0;
22.     uint8_t rval = 0;
24.     while (DS18B20_DQ_IN && retry < 200)                 /* DS18B20会拉低200us */
25.     {
26.         retry++;
27.         esp_rom_delay_us(1);
28.     }
30.     if (retry >= 200)
31.     {
32.         rval = 1;
33.     }
34.     else
35.     {
36.         retry = 0;
38.         while (!DS18B20_DQ_IN && retry < 240)        /* DS18B20拉低后会再次拉高240us */
39.         {
40.             retry++;
41.             esp_rom_delay_us(1);
42.         }
43.         if (retry >= 240)
44.         {
45.             rval = 1;
46.         }
47.     }
48.    
49.     return rval;
50. }

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通过形参决定是写1还是写0，按照前面临写时序的分析，我们可以很清晰知道写函数的逻辑处置惩罚。
有写函数肯定就有读函数，下面看一下读函数：
[code]/** * @brief            从DS18B20读取一个位 * @param             无 * @retval            读取到的位值: 0 / 1 */uint8_t ds18b20_read_bit(void){    uint8_t data = 0;    DS18B20_DQ_OUT(0);    esp_rom_delay_us(2);    DS18B20_DQ_OUT(1);    esp_rom_delay_us(12);    if (DS18B20_DQ_IN)    {        data = 1;    }    esp_rom_delay_us(50);    return data;}/** * @brief            从DS18B20读取一个字节 * @param             无 * @retval            读到的数据 */uint8_t ds18b20_read_byte(void){    uint8_t i, b, data = 0;    for (i = 0; i < 8; i++)     /* 循环读取8位数据 */    {        b = ds18b20_read_bit(); /* DS18B20先输出低位数据，高位数据后输出 */        data |= b  7)    { /* 温度为负，查察DS18B20的温度表现法与盘算机存储正负数据的原理同等：        正数补码为寄存器存储的数据自身，负数补码为寄存器存储值按位取反后+1        以是我们直接取它实际的负数部门，但负数的补码为取反后加一，但思量到        低位大概+1后有进位和代码冗余，我们这里先暂时没有作+1的处置惩罚，这里须要注意  */        TH = ~TH;        TL = ~TL;        flag = 0;        /* 温度为负 */    }    temp = TH;              /* 得到高八位 */    temp