第27章 DS18B20温度传感器

27.1硬件原理

下图是我们温度传感器的接入引脚，3.3V 供电，io 口接 P13 的 GP0( GPIO0 的简称 )。
DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的 DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

27.2单总线的概念

目前常用的微机与外设之间进行数据传输的串行总线主要有 I2C 总线、 SPI 总线和 SCI总线。其中 I2C 总线以同步串行 2 线方式进行通信（一条时钟线，一条数据线） ，SPI 总线则以同步串行 3 线方式进行通信（一条时钟线，一条数据输入线，一条数据输出线），而 SCI 总线是以异步方式进行通信（一条数据输入线，一条数据输出线） 。这些总线至少需要两条或两条以上的信号线。
1-wire ， 即 单 线 总 线 ， 又 叫 单 总 线 。 近 年 来 ， 美 国 的 达 拉 斯 半 导 体 公 司（DALLASSEMICONDUCTOR） 推出了一项特有的单总线（1－Wire Bus）技术。该技术与上述总线不同，它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。

27.3 ds18b20 相关时序

 初始化(复位)时序图：

图1复位时序
（1） 先将数据线置高电平“ 1” 。
（2） 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）
（3） 数据线拉到低电平“ 0” 。
（4） 延时 750 微秒（该时间的时间范围可以从 480 到 960 微秒） 。
（5） 数据线拉到高电平“ 1” 。
（6） 延时等待（如果初始化成功则在 15 到 60 微秒时间之内产生一个由 DS18B20 所
返回的低电平“ 0” 。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制） 。
（7） 若 CPU 读到了数据线上的低电平“ 0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要 480 微秒。
（8） 将数据线再次拉高到高电平“ 1”后结束。

 写 ds18b20 时序图：

图2 写时序
（1） 数据线先置低电平“ 0” 。
（2） 延时确定的时间为 15 微秒。
（3） 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位） 。
（4） 延时时间为 45 微秒。
（5） 将数据线拉到高电平。
（6） 重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。
（7） 最后将数据线拉高。
 读 ds18b20 时序图：

图3写时序
（1）将数据线拉高“ 1” 。
（2）延时 2 微秒。
（3）将数据线拉低“ 0” 。
（4）延时 3 微秒。
（5）将数据线拉高“ 1” 。
（6）延时 5 微秒。
（7）读数据线的状态得到 1 个状态位，并进行数据处理。
（8）延时 60 微秒。

27.4驱动程序

关于字符设备驱动程序的使用，我们可以参照点亮 led 灯的那个实验，这里只给出跟ds18b20 密切相关的驱动程序，详细的程序请查看我们的驱动文件！

//配置连接温度传感器的引脚#define DS18B20_L       *GPIO21_0_DATA &= ~(1<<0)  //低电平   #define DS18B20_H       *GPIO21_0_DATA |=  (1<<0)  //高电平#define DS18B20_OUT         *GPIO21_0_DIR  |=  (1<<0)  //输出 #define DS18B20_IN      *GPIO21_0_DIR  &= ~(1<<0)  //输入    #define DS18B20_STA     *GPIO21_0_DATA & 0x01   //寄存器定义volatile unsigned long *GPIO21_0_DIR;volatile unsigned long *GPIO21_0_DATA;  /****************  基本定义 **********************///初始化函数必要资源定义//用于初始化函数当中//device number;    dev_t dev_num;//struct dev    struct cdev ds18b20_cdev;//auto "mknode /dev/ds18b20 c dev_num minor_num"struct class *ds18b20_class = NULL;struct device *ds18b20_device = NULL;/********************  ds18b20有关的函数   ****************************///复位ds18b20传感器static unsigned char ds18b20_reset(void){    unsigned char ret = 0;    unsigned char count = 0;    DS18B20_OUT;    DS18B20_H;    udelay(100);                DS18B20_L;              udelay(600);                DS18B20_H;              udelay(45);             DS18B20_IN;             do    {        ret = DS18B20_STA;        udelay(1);                  count++;    }    while(ret != 0 && count<50);    DS18B20_OUT;    udelay(400);                DS18B20_H;              return ret;}//从ds18b20读取一个字节static unsigned char read_byte(void){    unsigned char i,byte=0;    DS18B20_OUT;    DS18B20_H;    udelay(100);    for(i = 0; i<8; i++)    {        byte >>= 1;        DS18B20_L;        udelay(4);        DS18B20_H;        udelay(2);        if(DS18B20_STA == 1)            byte |= 0x80;        udelay(10);    }    return byte;}//向ds18b20写入一个字节static unsigned char write_byte(unsigned char byte){    unsigned char i;    DS18B20_OUT;    DS18B20_H;    udelay(100);    for(i = 0; i<8; i++)    {        DS18B20_L;        if( byte & 0x01 )            DS18B20_H;        else            DS18B20_L;        udelay(40);        DS18B20_H;        byte >>= 1;    }    udelay(10);}//从ds18b20中读出温度数据static unsigned int read_temp(void){    unsigned int t = 0 , l = 0;    if(ds18b20_reset())    {        printk("step1,reset_ds18b20 error!\n");        return 0;    }    write_byte(0xcc);    write_byte(0x44);    udelay(4);    if(ds18b20_reset())    {        printk("step2,reset_ds18b20 error!\n");        return 0;    }    write_byte(0xcc);    write_byte(0xbe);    l = read_byte();    t = read_byte();    t <<= 8;    t += l;    return t;}/**********************************************************************//**************** 结构体 file_operations 成员函数 *****************///openstatic int ds18b20_open(struct inode *inode, struct file *file){    printk("ds18b20 drive open...\n");    DS18B20_OUT; //初始化该引脚为输出；    return 0;}//closestatic int ds18b20_close(struct inode *inode , struct file *file){    return 0;}//readstatic ssize_t ds18b20_read(struct file *file, char __user *buffer,            size_t len, loff_t *pos){    unsigned int temp;    printk("ds18b20 drive read...\n");    temp = read_temp();    copy_to_user(buffer, &temp, 4);    return 4;}/***************** 结构体： file_operations ************************///structstatic const struct file_operations ds18b20_fops = {    .owner   = THIS_MODULE,    .open    = ds18b20_open,    .release = ds18b20_close,       .read    = ds18b20_read,};/*************  functions: init , exit*******************///条件值变量，用于指示资源是否正常使用unsigned char init_flag = 0;unsigned char add_code_flag = 0;//initstatic __init int ds18b20_init(void){    int ret_v = 0;    printk("ds18b20 drive init...\n");    //函数alloc_chrdev_region主要参数说明：    //参数2： 次设备号    //参数3： 创建多少个设备    if( ( ret_v = alloc_chrdev_region(&dev_num,0,1,"ds18b20") ) < 0 )    {        goto dev_reg_error;    }    init_flag = 1; //标示设备创建成功；    printk("The drive info of ds18b20:\nmajor: %d\nminor: %d\n",        MAJOR(dev_num),MINOR(dev_num));    cdev_init(&ds18b20_cdev,&ds18b20_fops);    if( (ret_v = cdev_add(&ds18b20_cdev,dev_num,1)) != 0 )    {        goto cdev_add_error;    }    ds18b20_class = class_create(THIS_MODULE,"ds18b20");    if( IS_ERR(ds18b20_class) )    {        goto class_c_error;    }    ds18b20_device = device_create(ds18b20_class,NULL,dev_num,NULL,"ds18b20");    if( IS_ERR(ds18b20_device) )    {        goto device_c_error;    }    printk("auto mknod success!\n");    //------------   请在此添加您的初始化程序  --------------//    GPIO21_0_DATA = (volatile unsigned long *)ioremap(0x10000620, 4);    GPIO21_0_DIR =  (volatile unsigned long *)ioremap(0x10000624, 4);        //如果需要做错误处理，请：goto ds18b20_error;        add_code_flag = 1;    //----------------------  END  ---------------------------//     goto init_success;dev_reg_error:    printk("alloc_chrdev_region failed\n");     return ret_v;cdev_add_error:    printk("cdev_add failed\n");    unregister_chrdev_region(dev_num, 1);    init_flag = 0;    return ret_v;class_c_error:    printk("class_create failed\n");    cdev_del(&ds18b20_cdev);    unregister_chrdev_region(dev_num, 1);    init_flag = 0;    return PTR_ERR(ds18b20_class);device_c_error:    printk("device_create failed\n");    cdev_del(&ds18b20_cdev);    unregister_chrdev_region(dev_num, 1);    class_destroy(ds18b20_class);    init_flag = 0;    return PTR_ERR(ds18b20_device);//------------------ 请在此添加您的错误处理内容 ----------------//ds18b20_error:    add_code_flag = 0;    return -1;//--------------------          END         -------------------//init_success:    printk("ds18b20 init success!\n");    return 0;}//exitstatic __exit void ds18b20_exit(void){    printk("ds18b20 drive exit...\n");      if(add_code_flag == 1)    {              //----------   请在这里释放您的程序占有的资源   ---------//        printk("free your resources...\n");                        iounmap(GPIO21_0_DATA);        iounmap(GPIO21_0_DIR);        printk("free finish\n");                               //----------------------     END      -------------------//    }                                   if(init_flag == 1)    {        //释放初始化使用到的资源;        cdev_del(&ds18b20_cdev);        unregister_chrdev_region(dev_num, 1);        device_unregister(ds18b20_device);        class_destroy(ds18b20_class);    }}/**************** module operations**********************///module loadingmodule_init(ds18b20_init);module_exit(ds18b20_exit);//some infomationMODULE_LICENSE("GPL v2");MODULE_AUTHOR("from Jafy");MODULE_DESCRIPTION("ds18b20 drive");27.5应用程序int main(int argc, char **argv){    int fd;    float t;    unsigned int tmp = 0;    //打开温度传感器驱动模块    fd = open("/dev/ds18b20", O_RDWR | O_NONBLOCK);    if (fd < 0)    {        printf("can't open!\n");        return -1;    }    read(fd, &tmp, sizeof(tmp));    t = tmp * 0.0625;    printf("the current temperature is %f\n",t);    close(fd);    return 0;}

编译模块驱动，不熟悉的朋友可看LED驱动相关。

make package/kernel/ds18b20/compile V=99

编译模块驱动和应用程序

make package/ds18b20_app/compile V=99make package/ds18b20_app/install V=99make package/index V=99

复制文件传给开发板测试

ald@ald888:/work/openwrt/trunk/bin/ramips/packages/base$ cpkmod-ds18b20_3.14.25-1_ramips_24kec.ipk /mnt/hgfs/share/ald@ald888:/work/openwrt/trunk/bin/ramips/packages/base$ cpds18b20_app_1_ramips_24kec.ipk /mnt/hgfs/share/

27.6实验结果

本章附件

点击进入下载