Linux驱动开发-编写DS18B20驱动

【摘要】 当前文章介绍如何在Linux系统下编写一个DS18B20温度传感器驱动，测量环境温度，并将DS18B20注册成字符设备，通过文件接口将温度数据传递给应用层。

1. 前言

当前文章介绍如何在Linux系统下编写一个DS18B20温度传感器驱动，测量环境温度，并将DS18B20注册成字符设备，通过文件接口将温度数据传递给应用层。

当前使用的开发板是友善之臂的Tiny4412开发板，CPU是三星的Exynos-4412，主频是4核1.5GHZ，当前运行的Linux内核版本是3.5。使用的温度传感器是DS18B20，是一个数字温度传感器，非常经典的一款温度传感器，常年应用在各大高校毕设、实验室、毕设、课设场景。DS1820接线比较简单，只需要一根线就行，加上两根电源线，一共3根线，并且DS18B20支持硬件序列号寻址，支持一个IO口上挂载多个DS18B20。

2. DS18B20介绍

DS18B20特性:

(1)全数字温度转换及输出。
(2)先进的单总线数据通信。
(3)最高 12 位分辨率，精度可达土 0.5 摄氏度。
(4)12 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒。
(5)可选择寄生工作方式。
(6)检测温度范围为–55° C ~+125° C (–67° F ~+257° F)
(7)内置 EEPROM，限温报警功能。
(8)64 位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。
(9)多样封装形式，适应不同硬件系统。

DS18B20引脚功能

GND 电压地
DQ 单数据总线
VDD 电源电压
NC 空引脚

DS18B20读取温度的步骤:

发送复位信号-->
检测回应信号--->
发送0xCC-->发送0x44->
发送复位信号—>
检测回应信号—>
写0xcc--->
写0xbe--->
循环8次读取温度低字节--->
循环8次读取温度高字节---->
打印温度信息

DS18B20温度转换示例:

u16 temp;
u8 TL,TH;
u16 intT,decT; 	              //温度值的整数和小数部分
TL=DS18B20_Read_Byte();       //读取温度低8位LSB   
TH=DS18B20_Read_Byte();       //读取温度高8位MSB  
temp=((u16)TH<<8)|TL;          //将读出的温度高低位组合成16位的值
intT = temp >> 4;                //分离出温度值整数部分
decT = temp & 0xF;              //分离出温度值小数部分
printf("A: %d.%d\r\n",(int)intT,(int)decT); //打印实际温度值

3. 硬件接线图

Tiny4412开发板扩展GPIO口：

4. 示例代码

#include 
#include 
#include    /*杂项字符设备头文件*/
#include            /*文件操作集合*/
#include         /*延时函数*/

#include 
#include 
/*DS18B20 GPIO接口: GPB_4*/

/*定义指针，用于接收虚拟地址*/
volatile unsigned int *DS18B20_GPBCON;
volatile unsigned int *DS18B20_GPBDAT;

#define DS18B20_INPUT()  {*DS18B20_GPBCON &= ~(0xf  << 4 * 4);}
#define DS18B20_OUTPUT() {*DS18B20_GPBCON &= ~(0xf  << 4 * 4);*DS18B20_GPBCON |=  (0x1   << 4 * 4);}

/*
函数功能：等待DS18B20的回应
返回1:未检测到DS18B20的存在
返回0:存在
*/
unsigned char DS18B20_Check(void) 	   
{   
	unsigned char retry=0;
	DS18B20_INPUT() ///SET PG11 INPUT	 
    while((*DS18B20_GPBDAT & (1 << 4))&&retry<200)
	{
		retry++;
		udelay(1);
	};	 
	if(retry>=200)return 1;
	else retry=0;
    while(!(*DS18B20_GPBDAT & (1 << 4))&&retry<240)
	{
		retry++;
		udelay(1);
	};
	if(retry>=240)return 1;	    
	return 0;
}
/*
从DS18B20读取一个位
返回值：1/0
*/
unsigned char DS18B20_Read_Bit(void) 			 // read one bit
{
    unsigned char data;
	DS18B20_OUTPUT();
    *DS18B20_GPBDAT &= ~(1 << 4);//输出0 
	udelay(2);
    *DS18B20_GPBDAT |= (1 << 4);//输出1 
	DS18B20_INPUT()
	udelay(12);
	if((*DS18B20_GPBDAT & (1 << 4)))data=1;
    else data=0;	 
    udelay(50);           
    return data;
}
/*
从DS18B20读取一个字节
返回值：读到的数据
*/
unsigned char DS18B20_Read_Byte(void)    // read one byte
{        
    unsigned char i,j,dat;
    dat=0;
	for(i=1;i<=8;i++) 
	{
        j=DS18B20_Read_Bit();
		dat=dat>>1;
		if(j)        //主机对总线采样的数 判断-------读数据-1就是1，否则就是0 
		dat|=0x80;   //先收低位数据--一步一步向低位移动>>
    }						    
    return dat;
}
/*
写一个字节到DS18B20
dat：要写入的字节
*/
void DS18B20_Write_Byte(unsigned char dat)     
 {             
    unsigned char j;
    unsigned char testb;
	DS18B20_OUTPUT();
    for(j=1;j<=8;j++) 
	{
        testb=dat&0x01;
        dat=dat>>1;
        if(testb) 
        {
            *DS18B20_GPBDAT &= ~(1 << 4);//输出0// Write 1
            udelay(2);                            
            *DS18B20_GPBDAT |= (1 << 4);//输出1
            udelay(60);             
        }
        else 
        {
            *DS18B20_GPBDAT &= ~(1 << 4);//输出0// Write 0
            udelay(60);             
            *DS18B20_GPBDAT |= (1 << 4);//输出1
            udelay(2);                          
        }
    }
}
/*
从ds18b20得到温度值
精度：0.1C
返回值：温度值 （-550~1250） 
*/
short DS18B20_Get_Temp(void)
{
	unsigned short aaa;
    unsigned char temp;
	unsigned char TL,TH;
	DS18B20_OUTPUT(); 
    *DS18B20_GPBDAT &= ~(1 << 4);//输出0 //拉低DQ
    udelay(750);    //拉低750us
    *DS18B20_GPBDAT |= (1 << 4);//输出1 //DQ=1 
	udelay(15);     //15US	  
	
    DS18B20_Check();	 
    DS18B20_Write_Byte(0xcc);
    DS18B20_Write_Byte(0x44);
	
    DS18B20_OUTPUT(); 
    *DS18B20_GPBDAT &= ~(1 << 4);//输出0 //拉低DQ
    udelay(750);    //拉低750us
    *DS18B20_GPBDAT |= (1 << 4);//输出1 //DQ=1 
    udelay(15);     //15US
	
    DS18B20_Check();	 
    DS18B20_Write_Byte(0xcc);// skip rom
    DS18B20_Write_Byte(0xbe);// convert	    
    TL=DS18B20_Read_Byte();  // LSB   
    TH=DS18B20_Read_Byte();  // MSB  
    aaa=((unsigned short)TH<<8)|TL;
	return aaa;
}
/*
杂项字符设备注册示例----->DS18B20
*/
static int tiny4412_open(struct inode *my_inode, struct file *my_file)
{
	/*映射物理地址*/
	DS18B20_GPBCON=ioremap(0x11400040,4);
	DS18B20_GPBDAT=ioremap(0x11400044,4);
	printk("DS18B20初始化成功!\r\n");
	
	 /*设置ds18b20为输出模式*/
    *DS18B20_GPBCON &= ~(0xf  << 4 * 4);
    *DS18B20_GPBCON |=  (0x1  << 4 * 4);
	return 0;
}
static int tiny4412_release(struct inode *my_inode, struct file *my_file)
{
	/*释放虚拟地址*/
	iounmap(DS18B20_GPBCON);
	iounmap(DS18B20_GPBDAT);
	printk("DS18B20释放成功\r\n");
	return 0;
}
static ssize_t tiny4412_read(struct file *my_file, char __user *buf, size_t len, loff_t *loff)
{
	/*读取温度信息*/
	short temp=DS18B20_Get_Temp();
	copy_to_user(buf,&temp,2);    //拷贝温度至应用层 
	return 0;
}
static ssize_t tiny4412_write(struct file *my_file, const char __user *buf, size_t len, loff_t *loff)
{
	return 0;
}
/*文件操作集合*/
static struct file_operations tiny4412_fops=
{
	.open=tiny4412_open,
	.read=tiny4412_read,
	.write=tiny4412_write,
	.release=tiny4412_release
};
/*
核心结构体
*/
static struct miscdevice tiny4412_misc=
{
	.minor=MISC_DYNAMIC_MINOR,  /*自动分配次设备号*/
	.name="DS18B20",      		/*设备文件，指定/dev/生成的文件名称*/
	.fops=&tiny4412_fops
};

static int __init DS18B20_dev_init(void)
{
    /*杂项设备注册*/
    misc_register(&tiny4412_misc);
	return 0;
}

static void __exit DS18B20_dev_exit(void)
{	
	/*杂项设备注销*/
	misc_deregister(&tiny4412_misc);
}
module_init(DS18B20_dev_init); 
module_exit(DS18B20_dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");