/**********************************************************************
|
* Copyright: (C)2024 LingYun IoT System Studio
|
* Author: GuoWenxue<guowenxue@gmail.com>
|
*
|
* Description: Temperature sensor DS18B20 driver on ISKBoard
|
*
|
* ChangeLog:
|
* Version Date Author Description
|
* V1.0.0 2024.08.29 GuoWenxue Release initial version
|
*
|
***********************************************************************/
|
|
#include "main.h"
|
#include "miscdev.h" /* 微秒级延时函数 udelay() 在该头文件中声明 */
|
|
/* 使用 HAL_Delay() 定义一个新的毫秒级的延时宏 mdelay(), 与Linux内核风格保持一致 */
|
#define mdelay(ms) HAL_Delay(ms)
|
|
/* 定义一个 GPIO 口的结构体类型，它有两个成员 */
|
typedef struct w1_gpio_s
|
{
|
GPIO_TypeDef *group; /* 这个GPIO口在哪个组 */
|
uint16_t pin; /* 这个GPIO口的引脚号 */
|
} w1_gpio_t;
|
|
/* DS18B20 上的数据通信口 DQ 连到了 CPU 的 PA12 引脚上 */
|
static w1_gpio_t W1Dat =
|
{
|
.group = GPIOA,
|
.pin = GPIO_PIN_12,
|
};
|
|
/* 下面定义了一些DS18B20通信DQ引脚的操作宏，这里之所以用宏而不是函数是
|
* 减少函数调用的CPU开销。在下面宏中最后面出现的 \ 为断行符，如果不清楚
|
* 的话，可以自行 Deepseek 搜索学习：宏定义 断行符
|
*/
|
|
/* 这里定义了一个宏，用来初始化DQ引脚：设置为输入模式，并使能内部上拉 */
|
#define W1DQ_Input() \
|
{ \
|
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; \
|
GPIO_InitStruct.Pin = W1Dat.pin; \
|
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; \
|
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; \
|
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; \
|
HAL_GPIO_Init(W1Dat.group, &GPIO_InitStruct); \
|
}
|
|
/* 这里定义了一个宏，用来把 DQ 引脚设置为推挽输出模式 */
|
#define W1DQ_Output() \
|
{ \
|
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; \
|
GPIO_InitStruct.Pin = W1Dat.pin; \
|
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; \
|
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; \
|
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; \
|
HAL_GPIO_Init(W1Dat.group, &GPIO_InitStruct); \
|
}
|
|
/* 这里定义了一个宏，用来写控制 DQ 引脚时输出高电平还是低电平 */
|
#define W1DQ_Write(x) HAL_GPIO_WritePin(W1Dat.group, W1Dat.pin, \
|
(x==1)?GPIO_PIN_SET:GPIO_PIN_RESET)
|
|
/* 这里定义了一个宏，用来读 DQ 引脚，当前时高电平还是低电平 */
|
#define W1DQ_Read() HAL_GPIO_ReadPin(W1Dat.group, W1Dat.pin)
|
|
/* 这里定义了一个枚举，用来定义低电平和高电平 */
|
enum {
|
LOW, /* 低电平：LOW=0 */
|
HIGH, /* 高电平: LOW=1 */
|
};
|
|
/* 单总线上的所有通信都是以初始化序列开始，Master发出初始化信号后等待从设备的应答信号，以确定从设备是否存在并能正常工作。 */
|
static int ds18b20_reset(void)
|
{
|
int time = 0;
|
int present = 0; /* 设置默认值没有探测到 DS18B20 */
|
|
/* 设置 DQ 引脚为输出模式 */
|
W1DQ_Output();
|
|
/* 主机(CPU)输出低电平，并保持低电平时间至少 480us，以产生复位脉冲。 */
|
W1DQ_Write(LOW);
|
udelay(480);
|
|
/* 接着主机(CPU)释放总线， 4.7K 的上拉电阻将单总线拉高，延时 15～60 us，并进入接收模式(Rx) */
|
W1DQ_Write(HIGH);
|
udelay(60);
|
W1DQ_Input();
|
|
/* DS18B20芯片在收到主机发送过来的这个复位脉冲后，将会拉低总线 60~240 us，以产生低电平应答脉冲 */
|
while( W1DQ_Read() && time<240) {
|
time++;
|
udelay(1);
|
}
|
|
/* 如果 time<240 则说明上面的while()循环是因为W1DQ_Read()读到了低电平(0) 跳出的，而不是超时
|
* 跳出。这也就意味着CPU在这段期间读到了低电平，探测到DS18B20芯片了。
|
*/
|
if( time < 240 )
|
present = 1;
|
|
/* 释放总线并维持至少480us */
|
W1DQ_Output();
|
udelay(480-time);
|
|
return present;
|
}
|
|
/*
|
* 写 0 时序：主机输出低电平，延时 60us，然后释放总线，延时 2us；
|
* 写 1 时序：主机输出低电平，延时 2us，然后释放总线，延时 60us；
|
*/
|
void ds18b20_write_byte(uint8_t byte)
|
{
|
uint8_t i = 0;
|
|
/* 设置 DS18B20的DQ引脚为输出模式 */
|
W1DQ_Output();
|
|
/* 1个字节包含8个位，DS18B20数据发送是LSB(低位先发送) */
|
for(i=0; i<8; i++) {
|
|
/* DS18B20的写0逻辑是将 DQ 拉低>=60us 后拉高,写1逻辑是拉低<=15us后拉高 */
|
|
/* 这里先将 DS18B20 的 DQ 线线拉低 10us(<15us) */
|
W1DQ_Write(LOW);
|
udelay(10);
|
|
/* 判断当前位是1还是0 */
|
if( byte & 0x1 )
|
W1DQ_Write(HIGH); /* 如果当前位是1，则现在就拉成高电平，这样低电平维持时间 10us */
|
else
|
W1DQ_Write(LOW); /* 如果当前位是0，则继续维持低电平，这样低电平维持时间位 10+下面的60us */
|
|
/* 无论是写0还是写1，DQ的写时序都要大于15+15+30=60us */
|
udelay(60);
|
|
/* 发送0/1数据位完成后，拉高总线并延时 2us */
|
W1DQ_Write(HIGH);
|
udelay(2);
|
|
/* 该字节数据右移1位，即再发下一个高位数据 */
|
byte >>= 1;
|
}
|
}
|
|
/* 当总线控制器把数据线从高电平拉到低电平时，读时序开始，数据线必须至少保持1us，然后总线被释放。
|
* DS18B20 通过拉高或拉低总线上来传输”1”或”0”。
|
*/
|
uint8_t ds18b20_read_byte(void)
|
{
|
uint8_t i = 0;
|
uint8_t byte = 0;
|
|
/* 1个字节包含8个位，DS18B20数据发送是LSB(低位先发送)，所以读也是LSB */
|
for(i=0; i<8; i++) {
|
/* 当CPU把数据线DQ拉低至少1us后，读时序开始。*/
|
W1DQ_Output();
|
W1DQ_Write(LOW);
|
udelay(2);
|
|
/* CPU拉高DQ释放总线 */
|
W1DQ_Write(HIGH);
|
udelay(2);
|
|
/* CPU设置DQ为输入模式，等待DS18B20发数据过来，注意此时需要靠上拉电阻将总线拉成高电平 */
|
W1DQ_Input();
|
|
/* DS18B20开始以 LSB (lower bit first) 模式发送数据 */
|
if( W1DQ_Read() ) {
|
byte |= 1<<i; /* 如果接收到该位是高电平，则将相应位设置为1，否则为0 */
|
}
|
|
/* 读时序至少维持15+45=60us */
|
udelay(60);
|
|
/* CPU拉高DQ并释放总线 */
|
W1DQ_Output();
|
udelay(2);
|
}
|
|
return byte;
|
}
|
|
/* 该函数用来给 DS18B20 传感器发送开始采样温度命令 */
|
static inline int ds18b20_convert(void)
|
{
|
/* 发送复位信号，看DS18B20模块是否在位，如果模块不在或坏了就返回错误值(-1)。 */
|
if( !ds18b20_reset() )
|
return -1;
|
|
/* 这里我们不关心ROM中的16位产品序列号，就发送 Skip ROM 命令跳过SN的读取 */
|
ds18b20_write_byte(0xCC);
|
|
/* 发送 Convert T 命令，通知DS18B20开始温度采样 */
|
ds18b20_write_byte(0x44);
|
|
return 0;
|
}
|
|
/* 根据DS18B20的 CRC 校验公式(CRC = X^8 + X^5 + X^4 + 1) 来检测收到的数据是否出错 */
|
static int ds18b20_checkcrc(uint8_t *data, uint8_t length, uint8_t checksum)
|
{
|
uint8_t i, j, byte;
|
uint8_t mix = 0;
|
uint8_t crc = 0;
|
|
for ( i=0; i<length; i++ ) {
|
byte = data[i];
|
|
for( j=0; j<8; j++ ) {
|
mix = ( crc ^ byte ) & 0x01;
|
crc >>= 1;
|
if ( mix )
|
crc ^= 0x8C; //POLYNOMIAL;
|
byte >>= 1;
|
}
|
}
|
|
return crc==checksum ? 1 : 0;
|
}
|
|
/* 读取 DS18B20 的采样温度值 */
|
static inline int ds18b20_read(uint8_t *out, int bytes)
|
{
|
uint8_t buf[9];
|
uint8_t i = 0;
|
|
/* CPU给DS18B02发送复位信号并探测芯片是否存在 */
|
if( !ds18b20_reset() )
|
return -1;
|
|
/* 这里我们不关心ROM中的16位产品序列号，就发送 Skip ROM 命令跳过SN的读取 */
|
ds18b20_write_byte(0xCC);
|
|
/* 发送 Read Scratchpad 命令开始读取DS18B20的采样温度值 */
|
ds18b20_write_byte(0xBE);
|
|
buf[i++] = ds18b20_read_byte(); /* 第1个字节是温度值的低字节(LSB) */
|
buf[i++] = ds18b20_read_byte(); /* 第2个字节是温度值的高字节(MSB) */
|
buf[i++] = ds18b20_read_byte(); /* 第3个字节不关心 */
|
buf[i++] = ds18b20_read_byte(); /* 第4个字节不关心 */
|
buf[i++] = ds18b20_read_byte(); /* 第5个字节是用户配置寄存器，也不关系 */
|
buf[i++] = ds18b20_read_byte(); /* 第6个字节保留(0xFF) */
|
buf[i++] = ds18b20_read_byte(); /* 第7个字节保留 */
|
buf[i++] = ds18b20_read_byte(); /* 第8个字节保留(0x10) */
|
buf[i++] = ds18b20_read_byte(); /* 第9个字节是CRC校验和 */
|
|
/* 将读取到的前8个字节数据按照CRC公司计算校验和，与第9个字节做对比看是否匹配 */
|
if( !ds18b20_checkcrc(buf, 8, buf[8]) ) {
|
return -2; /* CRC校验失败就返回错误值 */
|
}
|
|
/* CRC校验通过就输出读到的2字节温度采样原始数据 */
|
out[0]=buf[0];
|
out[1]=buf[1];
|
|
return 0;
|
}
|
|
int ds18b20_sample(float *temperature)
|
{
|
uint8_t byte[2];
|
uint8_t sign;
|
uint16_t temp;
|
static uint8_t firstin = 1;
|
|
if( !temperature )
|
return -1;
|
|
/* 发送开始采样的命令 */
|
if( ds18b20_convert()<0 )
|
return -2;
|
|
/* 芯片datasheet说明第一次启动采样最大需要750ms完成，否则将会在100ms内完成采样 */
|
if( firstin ) {
|
mdelay(750);
|
firstin = 0;
|
}
|
else {
|
mdelay(100);
|
}
|
|
/* 开始从DS18B20传感器读取2字节的原始数据 */
|
if( ds18b20_read(byte, 2)<0 )
|
return -3;
|
|
/* 采样温度值两个字节，共16位。其中byte[0]为低字节、byte[1]为高字节：
|
* LSB: Bits[0:3]为小数位 2^(-4) ~ 2^(-1) Bits[4:7]为整数位:2^0~2^3
|
* MSB: Bits[0:2]为为整数位:2^4~2^6 Bits[3:7]为符号位: 全1表示温度为负值
|
*/
|
|
/* 高字节的低3位为温度整数值，高8位为符号位。*/
|
if( byte[1]> 0x7 ) { /* 如果>7(低三位最大为111=7)，说明为负值 */
|
temp = ~(byte[1]<<8|byte[0]) + 1;
|
sign=0;
|
}
|
else {
|
temp = byte[1]<<8 | byte[0];
|
sign=1;
|
}
|
|
/* DS18b20默认工作精度为12位，高8位是整数部分，低4位为小数部分。小数部分刻度为0.0625(1/16) */
|
*temperature = (temp>>4) + (temp&0xF)*0.0625 ;
|
if( !sign ) {
|
*temperature = -*temperature;
|
}
|
|
return 0;
|
}
|
