用一个GPIO来读取数字温度传感器DS18B20

有幸获得兆易创新的开发板GD32F310的试用机会，这次就用一个GPIO来读取数字温度传感器DS18B20，以“一线总线”数字方式输出，os用的rtthread nano。

首先移植rtthread nano，我使用的nano版本不是最新的，是3.1.3，建立工程架构以及添加头文件路径

修改一些配置，nvic_vector_table_set的定义和finsh所需要的串口的配置

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1650719773(1).png

void gd_eval_com_init(uint32_t com)
{
    uint32_t COM_ID = 0U;
    
    if(EVAL_COM == com){
        COM_ID = 0U;
    }else{
    }

    /* enable COM GPIO clock */
    rcu_periph_clock_enable(EVAL_COM_GPIO_CLK);

    /* enable USART clock */
    rcu_periph_clock_enable(COM_CLK[COM_ID]);

    /* connect port to USARTx_Tx */
    gpio_af_set(EVAL_COM_GPIO_PORT, EVAL_COM_AF, COM_TX_PIN[COM_ID]);

    /* connect port to USARTx_Rx */
    gpio_af_set(EVAL_COM_GPIO_PORT, EVAL_COM_AF, COM_RX_PIN[COM_ID]);

    /* configure USART Tx as alternate function push-pull */
    gpio_mode_set(EVAL_COM_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, COM_TX_PIN[COM_ID]);
    gpio_output_options_set(EVAL_COM_GPIO_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, COM_TX_PIN[COM_ID]);

    /* configure USART Rx as alternate function push-pull */
    gpio_mode_set(EVAL_COM_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, COM_RX_PIN[COM_ID]);
    gpio_output_options_set(EVAL_COM_GPIO_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, COM_RX_PIN[COM_ID]);

    /* USART configure */
    usart_deinit(com);
    usart_baudrate_set(com, 115200U);
    usart_receive_config(com, USART_RECEIVE_ENABLE);
    usart_transmit_config(com, USART_TRANSMIT_ENABLE);

    usart_enable(com);
}
 //实现该函数，才能使用rt_kprintf
void rt_hw_console_output(const char *str) 
{
    /* 进入临界段 */
    rt_enter_critical();
    while(*str!='\0')
    {
        /* 换行 */
        if (*str == '\n')//RT-Thread 系统中已有的打印均以 \n 结尾，而并非 \r\n，所以在字符输出时，需要在输出 \n 之前输出 \r，完成回车与换行，否则系统打印出来的信息将只有换行
        {
            usart_data_transmit(USART0, '\r');
            while(usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TC)== RESET);
        }

        usart_data_transmit(USART0, *(str++));
        while(usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TC)== RESET);
    }

    /* 退出临界段 */
    rt_exit_critical();  //注意：使用进入临界段语句rt_enter_critical(); 一定要使用退出临界段语句 rt_exit_critical();否则调度器锁住，无法进行调度

}
//使用Finsh组件三步骤：1.实现该函数及rt_hw_console_output函数；2.rtconfig.h中开启RT_USING_FINSH宏;3.添加Finsh组件(cmd.c、msh.c、shell.c)，
char rt_hw_console_getchar(void)
{
    //查询方式实现，记得将Usart1初始化中的中断接收配置相关代码注释掉
    int ch = -1;
    /*等待串口1输入数据*/
    if(usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_RBNE) != RESET)
     {
        ch = (int)usart_data_receive(USART0);
        usart_flag_clear(USART0, USART_FLAG_RBNE);
     }
     else
     {
         if(usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_ORERR) != RESET)
         {
             usart_flag_clear(USART0, USART_FLAG_ORERR);
         }
         rt_thread_mdelay(10);
     }
     return ch;
}

main函数创建一个led线程

#include <rthw.h>
#include <rtthread.h>
#include "gd32f3x0_rcu.h"
#include "gd32f3x0_gpio.h"
#include "Uart.h"

static rt_thread_t led_thread;

void led_init(void)
{
    /* enable the LED GPIO clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    /* configure led GPIO port */ 
    gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_8);
    gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_8);
}

void led_thread_entry(void *parameter)
{
    led_init();
    while(1)
    {
        /* turn on led */
        gpio_bit_write(GPIOA, GPIO_PIN_8, SET);
        rt_thread_mdelay(2000);
        /* turn off led */
        gpio_bit_write(GPIOA, GPIO_PIN_8, RESET);
        rt_thread_mdelay(2000);
    }
}

void TaskInit(void)
{
    led_thread = rt_thread_create("ledThread",         /* 线程名字 */
                                    led_thread_entry,  /* 线程入口函数 */
                                    RT_NULL,           /* 线程入口函数参数 */
                                    256,               /* 线程栈大小 */
                                    2,                 /* 线程的优先级 */
                                    10                 /* 线程时间片 */
                                );
    if(led_thread != RT_NULL)
    {
        rt_thread_startup(led_thread);
    }
}

int main()
{
     TaskInit();
}

用GDlink下载代码，用finsh可查看led线程创建成功。

同样地，再创建一个ds18b20的读取任务，ds18b20的温度读取流程：复位->发 SKIP ROM 命令（0XCC）->发开始转换命令（0X44）->延时->复位->发送 SKIP ROM 命令（0XCC）->发读存储器命令（0XBE）->连续读出两个字节数据(即
温度)->结束。
贴出部分关键代码

/*
 *主机给从机发送复位脉冲
 */
static void DS18B20_Rst(void)
{
    /* 主机设置为推挽输出 */
    DS18B20_Mode_Out_PP();
    
    macDS18B20_DQ_0;
    /* 主机至少产生480us的低电平复位信号 */
    rt_hw_us_delay(750);
    
    /* 主机在产生复位信号后，需将总线拉高 */
    macDS18B20_DQ_1;
    
    /*从机接收到主机的复位信号后，会在15~60us后给主机发一个存在脉冲*/
    rt_hw_us_delay(15);
}


/*
 * 检测从机给主机返回的存在脉冲
 * 0：成功
 * 1：失败
 */
static uint8_t DS18B20_Presence(void)
{
    uint8_t pulse_time = 0;
    
    /* 主机设置为上拉输入 */
    DS18B20_Mode_IPU();
    
    /* 等待存在脉冲的到来，存在脉冲为一个60~240us的低电平信号 
     * 如果存在脉冲没有来则做超时处理，从机接收到主机的复位信号后，会在15~60us后给主机发一个存在脉冲
     */
    while( macDS18B20_DQ_IN() && pulse_time<100 )
    {
        pulse_time++;
        rt_hw_us_delay(1);
    }    
    /* 经过100us后，存在脉冲都还没有到来*/
    if( pulse_time >=100 )
        return 1;
    else
        pulse_time = 0;
    
    /* 存在脉冲到来，且存在的时间不能超过240us */
    while( !macDS18B20_DQ_IN() && pulse_time<240 )
    {
        pulse_time++;
        rt_hw_us_delay(1);
    }    
    if( pulse_time >=240 )
        return 1;
    else
        return 0;
}


/*
 * 从DS18B20读取一个bit
 */
static uint8_t DS18B20_ReadBit(void)
{
    uint8_t dat;
    
    /* 读0和读1的时间至少要大于60us */    
    DS18B20_Mode_Out_PP();
    /* 读时间的起始：必须由主机产生 >1us <15us 的低电平信号 */
    macDS18B20_DQ_0;
    rt_hw_us_delay(10);
    
    /* 设置成输入，释放总线，由外部上拉电阻将总线拉高 */
    DS18B20_Mode_IPU();
    //rt_hw_us_delay(2);
    
    if( macDS18B20_DQ_IN() == SET )
        dat = 1;
    else
        dat = 0;
    
    /* 这个延时参数请参考时序图 */
    rt_hw_us_delay(45);
    
    return dat;
}


/*
 * 从DS18B20读一个字节，低位先行
 */
static uint8_t DS18B20_ReadByte(void)
{
    uint8_t i, j, dat = 0;    
    
    for(i=0; i<8; i++) 
    {
        j = DS18B20_ReadBit();        
        dat = (dat) | (j<<i);
    }
    
    return dat;
}


/*
 * 写一个字节到DS18B20，低位先行
 */
static void DS18B20_WriteByte(uint8_t dat)
{
    uint8_t i, testb;
    DS18B20_Mode_Out_PP();
    
    for( i=0; i<8; i++ )
    {
        testb = dat&0x01;
        dat = dat>>1;        
        /* 写0和写1的时间至少要大于60us */
        if (testb)
        {            
            macDS18B20_DQ_0;
            /* 1us < 这个延时 < 15us */
            rt_hw_us_delay(8);
            
            macDS18B20_DQ_1;
            rt_hw_us_delay(58);
        }        
        else
        {            
            macDS18B20_DQ_0;
            /* 60us < Tx 0 < 120us */
            rt_hw_us_delay(70);
            
            macDS18B20_DQ_1;            
            /* 1us < Trec(恢复时间) < 无穷大*/
            rt_hw_us_delay(2);
        }
    }
}


 /**
  * [url=home.php?mod=space&uid=2666770]@Brief[/url]  跳过匹配 DS18B20 ROM
  * [url=home.php?mod=space&uid=3142012]@param[/url]  无
  * @retval 无
  */
static void DS18B20_SkipRom ( void )
{
    DS18B20_Rst();       
    
    DS18B20_Presence();     
    
    DS18B20_WriteByte(0XCC);        /* 跳过 ROM */
    
}


 /**
  * @brief  执行匹配 DS18B20 ROM
  * @param  无
  * @retval 无
  */
static void DS18B20_MatchRom ( void )
{
    DS18B20_Rst();       
    
    DS18B20_Presence();     
    
    DS18B20_WriteByte(0X55);        /* 匹配 ROM */
    
}


/*
 * 存储的温度是16 位的带符号扩展的二进制补码形式
 * 当工作在12位分辨率时，其中5个符号位，7个整数位，4个小数位
 *
 *         |---------整数----------|-----小数 分辨率 1/(2^4)=0.0625----|
 * 低字节  | 2^3 | 2^2 | 2^1 | 2^0 | 2^(-1) | 2^(-2) | 2^(-3) | 2^(-4) |
 *
 *
 *         |-----符号位：0->正  1->负-------|-----------整数-----------|
 * 高字节  |  s  |  s  |  s  |  s  |    s   |   2^6  |   2^5  |   2^4  |
 *
 * 
 * 温度 = 符号位 + 整数 + 小数*0.0625
 */
 /**
  * @brief  在跳过匹配 ROM 情况下获取 DS18B20 温度值 
  * @param  无
  * @retval 温度值
  */
float DS18B20_GetTemp_SkipRom ( void )
{
    uint8_t tpmsb, tplsb;
    short s_tem;
    float f_tem;
    
    DS18B20_SkipRom ();
    DS18B20_WriteByte(0X44);                /* 开始转换 */
    
    DS18B20_SkipRom ();
    DS18B20_WriteByte(0XBE);                /* 读温度值 */
    
    tplsb = DS18B20_ReadByte();         
    tpmsb = DS18B20_ReadByte(); 
    
    s_tem = tpmsb<<8;
    s_tem = s_tem | tplsb;
    
    if( s_tem < 0 )        /* 负温度 */
        f_tem = (~s_tem+1) * 0.0625;    
    else
        f_tem = s_tem * 0.0625;
    
    return f_tem;     
}

原作者：守勤