设计基于STM32的温度传感器实时数据采集和显示系统

温度传感器作为常见的传感器之一，被广泛应用于各种领域，如工业自动化、家电控制等。为了实时监测和控制温度，设计一个基于STM32的温度传感器实时数据采集和显示系统是很有必要的。本文将详细介绍如何设计这样一个系统，并提供相应的示例代码。

一、硬件设计
1.选用合适的传感器
首先需要选用合适的温度传感器。常见的温度传感器有NTC（负温度系数热敏电阻）、PTC（正温度系数热敏电阻）和Thermocouple（热电偶）等。在本设计中，选择了DS18B20数字温度传感器，具有高精度、数字输出等特点，便于与STM32进行通信。

2.连接电路
将DS18B20传感器与STM32微控制器连接。连接方式如下：
- 将DS18B20的VDD引脚连接到STM32的3.3V电源引脚；
- 将DS18B20的GND引脚连接到STM32的地引脚；
- 将DS18B20的DQ引脚连接到STM32的GPIO引脚，作为数据通信引脚。

3.时序图
以下是DS18B20与STM32之间的时序图：
                             _______
                         DQ:      |______|
                        

当STM32需要采集温度数据时，先发送一个复位脉冲，然后读取DS18B20的应答信号，接着发送读取温度命令，最后接收DS18B20发送的温度数据。

二、软件设计
1.开发环境
使用Keil MDK开发环境进行软件设计。在Keil MDK中创建一个新项目，并设置目标芯片为STM32系列微控制器。

2.配置GPIO
在代码中配置GPIO引脚用于数据通信。将引脚设置为输入和输出模式，并设置逻辑电平为高。

以下是示例代码：

```c
#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"

// 定义数据引脚所在的端口和引脚号
#define DQ_PORT GPIOA
#define DQ_PIN GPIO_Pin_0

// 定义函数：复位传感器
void DS18B20_Reset(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 设置引脚为输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DQ_PIN;
    GPIO_Init(DQ_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    // 拉低引脚电平
    GPIO_ResetBits(DQ_PORT, DQ_PIN);
    
    // 延时480us
    Delay_us(480);
    
    // 设置引脚为输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(DQ_PORT, &GPIO_InitStructure);
}

// 定义函数：发送一个位数据
void DS18B20_WriteBit(uint8_t data)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 设置引脚为输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DQ_PIN;
    GPIO_Init(DQ_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    // 将引脚拉低
    GPIO_ResetBits(DQ_PORT, DQ_PIN);
    
    // 延时6us
    Delay_us(6);
    
    // 根据数据的值设置引脚电平
    if (data)
        GPIO_SetBits(DQ_PORT, DQ_PIN);
    
    // 延时64us
    Delay_us(64);
    
    // 恢复引脚为输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(DQ_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
```

请注意，这仅仅是示例代码的一部分，完整的代码可以根据实际需求进行编写。

3.实现数据采集和显示
实现数据采集和显示的代码如下：

```c

// 主函数
int main(void)
{
    // 初始化系统和GPIO
    // ...
    
    // 复位传感器
    DS18B20_Reset();
    
    // 发送读取温度命令
    DS18B20_WriteByte(0xCC); // 跳过ROM
    DS18B20_WriteByte(0x44); // 启动温度转换
    
    // 延时等待转换完成
    Delay_ms(750);
    
    // 复位传感器
    DS18B20_Reset();
    
    // 发送读取温度命令
    DS18B20_WriteByte(0xCC); // 跳过ROM
    DS18B20_WriteByte(0xBE); // 读取温度数据
    
    // 读取温度数据
    uint8_t temp_l = DS18B20_ReadByte(); // 低位
    uint8_t temp_h = DS18B20_ReadByte(); // 高位
    int16_t temp = (temp_h << 8) | temp_l;
    
    // 显示温度数据
    // ...
    
    while(1)
    {
        // 循环采集和显示温度数据
        // ...
    }
}
```

以上仅是示例代码的一部分，完整的代码可以根据具体需求进行编写和扩展。通过以上代码，系统可以实时采集温度数据并进行显示。

结论：
本文介绍了如何设计一个基于STM32的温度传感器实时数据采集和显示系统。通过合适的传感器选择、硬件连接以及相应的软件编码，可以实现实时监测和显示温度数据的功能。

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