基于STM32F103C8T6与DS18B20的温度测量系统

基于STM32F103C8T6（Blue Pill开发板）和DS18B20温度传感器的温度测量系统实现

系统概述

这个系统使用STM32F103C8T6单片机读取DS18B20数字温度传感器的数据，并通过串口将温度值发送到电脑或其他设备显示。DS18B20是一款常用的数字温度传感器，具有单总线接口、高精度（±0.5°C）和可编程分辨率等特点。

硬件设计

所需组件

1. STM32F103C8T6开发板（Blue Pill）
2. DS18B20温度传感器
3. 4.7kΩ上拉电阻
4. 面包板和连接线

电路连接

STM32F103C8T6	DS18B20
3.3V	VDD
GND	GND
PA0 (或其他GPIO)	DQ

在DQ线和3.3V之间连接一个4.7kΩ的上拉电阻。

软件实现

1. 单总线协议实现

首先，我们需要实现DS18B20的单总线通信协议。创建一个ds18b20.h头文件：

#ifndef DS18B20_H
#define DS18B20_H

#include "stm32f1xx_hal.h"

// 定义DS18B20引脚
#define DS18B20_PORT GPIOA
#define DS18B20_PIN GPIO_PIN_0

// 函数声明
void DS18B20_Init(void);
void DS18B20_StartConversion(void);
float DS18B20_ReadTemperature(void);
uint8_t DS18B20_ReadByte(void);
void DS18B20_WriteByte(uint8_t data);
void DS18B20_SetResolution(uint8_t resolution);

#endif

创建ds18b20.c源文件实现单总线协议：

#include "ds18b20.h"
#include "main.h"

// 微秒级延迟函数
static void Delay_us(uint32_t us) {
    us *= (SystemCoreClock / 1000000) / 5;
    while (us--) {
        __NOP();
    }
}

// 初始化DS18B20
void DS18B20_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    // 使能GPIOA时钟
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
    // 配置GPIO引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = DS18B20_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 开漏输出
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(DS18B20_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
    // 设置高电平
    HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN, GPIO_PIN_SET);
}

// 发送复位脉冲并检测存在脉冲
uint8_t DS18B20_Reset(void) {
    uint8_t presence = 0;
    
    // 拉低总线480us
    HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    Delay_us(480);
    
    // 释放总线
    HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN, GPIO_PIN_SET);
    Delay_us(70);
    
    // 检测存在脉冲
    if (!HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN)) {
        presence = 1; // 设备存在
    }
    
    Delay_us(410);
    
    return presence;
}

// 从DS18B20读取一个字节
uint8_t DS18B20_ReadByte(void) {
    uint8_t value = 0;
    
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
        // 拉低总线1us
        HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        Delay_us(1);
        
        // 释放总线
        HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN, GPIO_PIN_SET);
        Delay_us(10);
        
        // 读取位
        if (HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN)) {
            value |= (1 << i);
        }
        
        Delay_us(50);
    }
    
    return value;
}

// 向DS18B20写入一个字节
void DS18B20_WriteByte(uint8_t data) {
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
        // 拉低总线
        HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        Delay_us(1);
        
        // 如果当前位是1，则释放总线；如果是0，保持低电平
        if (data & (1 << i)) {
            HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN, GPIO_PIN_SET);
        }
        
        Delay_us(60);
        
        // 释放总线
        HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN, GPIO_PIN_SET);
        Delay_us(1);
    }
}

// 开始温度转换
void DS18B20_StartConversion(void) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC); // 跳过ROM命令
    DS18B20_WriteByte(0x44); // 开始转换命令
}

// 读取温度值
float DS18B20_ReadTemperature(void) {
    uint8_t temp_lsb, temp_msb;
    int16_t temp_raw;
    float temperature;
    
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC); // 跳过ROM命令
    DS18B20_WriteByte(0xBE); // 读取暂存器命令
    
    // 读取温度值（前两个字节）
    temp_lsb = DS18B20_ReadByte();
    temp_msb = DS18B20_ReadByte();
    
    // 组合温度值
    temp_raw = (temp_msb << 8) | temp_lsb;
    
    // 转换为实际温度值
    temperature = temp_raw * 0.0625;
    
    return temperature;
}

// 设置分辨率
void DS18B20_SetResolution(uint8_t resolution) {
    uint8_t config;
    
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC); // 跳过ROM命令
    DS18B20_WriteByte(0x4E); // 写暂存器命令
    
    // 写TH和TL寄存器（这里设置为0）
    DS18B20_WriteByte(0x00);
    DS18B20_WriteByte(0x00);
    
    // 写配置寄存器
    switch (resolution) {
        case 9:
            config = 0x1F;
            break;
        case 10:
            config = 0x3F;
            break;
        case 11:
            config = 0x5F;
            break;
        case 12:
        default:
            config = 0x7F;
            break;
    }
    DS18B20_WriteByte(config);
    
    // 保存配置
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC); // 跳过ROM命令
    DS18B20_WriteByte(0x48); // 复制暂存器命令
    Delay_us(100);
}

2. 主程序实现

创建main.c文件：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "ds18b20.h"
#include <stdio.h>

// 串口句柄
UART_HandleTypeDef huart1;

// 函数声明
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
void Error_Handler(void);

int main(void) {
    float temperature;
    char msg[50];
    
    // HAL库初始化
    HAL_Init();
    
    // 系统时钟配置
    SystemClock_Config();
    
    // 外设初始化
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();
    
    // DS18B20初始化
    DS18B20_Init();
    
    // 设置DS18B20分辨率为12位
    DS18B20_SetResolution(12);
    
    // 发送欢迎消息
    const char *welcome_msg = "DS18B20 Temperature Monitoring System\r\n";
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)welcome_msg, strlen(welcome_msg), HAL_MAX_DELAY);
    
    while (1) {
        // 启动温度转换
        DS18B20_StartConversion();
        
        // 等待转换完成（最大750ms for 12-bit resolution）
        HAL_Delay(750);
        
        // 读取温度值
        temperature = DS18B20_ReadTemperature();
        
        // 格式化温度字符串
        sprintf(msg, "Temperature: %.2f C\r\n", temperature);
        
        // 通过串口发送温度值
        HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)msg, strlen(msg), HAL_MAX_DELAY);
        
        // 等待1秒
        HAL_Delay(1000);
    }
}

// 系统时钟配置
void SystemClock_Config(void) {
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
    
    // 配置HSE振荡器
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
    RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
    HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);
    
    // 配置系统时钟
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                                |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2);
}

// USART1初始化
static void MX_USART1_UART_Init(void) {
    huart1.Instance = USART1;
    huart1.Init.BaudRate = 115200;
    huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    HAL_UART_Init(&huart1);
}

// GPIO初始化
static void MX_GPIO_Init(void) {
    // 无需额外GPIO初始化，DS18B20的初始化在DS18B20_Init()中完成
}

// 错误处理函数
void Error_Handler(void) {
    while (1) {
        // 错误处理代码
    }
}

// 重写fputc函数，支持printf
int fputc(int ch, FILE *f) {
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}

3. 添加必要的支持文件

创建stm32f1xx_it.c文件处理中断：

#include "stm32f1xx_it.h"

void NMI_Handler(void) {
}

void HardFault_Handler(void) {
    while (1) {
    }
}

void SVC_Handler(void) {
}

void PendSV_Handler(void) {
}

void SysTick_Handler(void) {
    HAL_IncTick();
}

参考代码 基于STM32F103C8T6单片机与DS18B20温度传感器的温度测量 www.youwenfan.com/contentcsk/56802.html

使用

1. 按照电路连接图连接STM32F103C8T6和DS18B20
2. 使用STM32CubeIDE或Keil MDK创建新项目
3. 将上述代码添加到项目中
4. 配置项目设置，确保正确选择STM32F103C8T6芯片
5. 编译并下载程序到开发板
6. 使用串口调试工具（如Putty、Tera Term等）连接开发板的串口（波特率115200）
7. 观察温度数据输出

扩展

1. 多传感器支持：DS18B20支持单总线上连接多个传感器，可以通过读取每个传感器的唯一ROM地址来实现多传感器测量。

2. 温度报警：可以设置温度上下限，当温度超出范围时触发报警。

3. LCD显示：添加LCD显示屏，直接显示温度值，而不需要通过串口。

4. 数据记录：添加SD卡模块，将温度数据记录到文件中。

5. 无线传输：添加Wi-Fi或蓝牙模块，实现无线温度监控。