企业官网建设流程全解析

简介：一份基于STM32单片机的DS18B20温度采集与OLED显示系统完整工程包，涵盖按键设置报警阀值、继电器加热控制等核心逻辑，面向单片机初学者、电子爱好者及课程设计人群，可直接用于Proteus仿真验证与实物调试。整个压缩包共191个文件，大小3.89MB，以C源码（.c/.h）、Proteus仿真工程（.pdsprj）、可烧录hex文件、Keil工程配置及相关说明文档为主，同时包含编译中间文件与备份信息，目录结构清晰、便于按模块对照学习。系统采用IIC通信驱动OLED实时显示温度，DS18B20完成单总线温度采集，用户可通过按键动态设定报警阀值；当温度低于阀值时加热继电器启动，高于阀值时自动停止加热，逻辑完整、可直接下载运行，适合作为STM32入门综合练习。目前已有783人浏览学习，读者可获得完整工程，既能掌握传感器驱动、IIC显示、按键交互与继电器控制等知识点，又可在现有基础上继续扩展风扇控制、物联网上报等进阶功能。

1. 用STM32做可设阈值的DS18B20温度报警，先明白这套链路解决什么问题

温度报警这个需求，放在课程设计、毕业设计和实际的小型温控场景里出现频率极高，而这个标题把整套链路浓缩成了一个能跑起来的Proteus仿真工程：STM32做主控和逻辑判断，DS18B20负责温度采集，三个按键用来设置报警阈值，OLED实时显示温度和阈值，最后在Proteus里完成仿真验证。相比DHT11那类温湿度一体传感器，DS18B20的精度在12位分辨率下可以做到0.0625℃，而且单总线只占一个GPIO，对引脚紧张的STM32最小系统很友好。把单总线时序、按键消抖、I2C驱动OLED这三块基本功吃透，这套流程可以直接平移到恒温箱、发酵罐、机房测温等类似项目里。需要先说明的是，正文按照工程习惯使用“阈值”一词，标题里的“阀值”为同一概念，变量命名时统一为 threshold，避免代码里出现两种写法。

2. DS18B20时序与单总线驱动：先让温度数据真正从引脚读出

2.1 单总线协议和复位时序

DS18B20用的是单总线（1-Wire）协议，主机和从机共用一根数据线 DQ，所有通信由主机发起。单总线上可以挂多个 DS18B20，每个芯片出厂时带一个64位ROM地址，依靠地址可以精确寻址。大多数温度报警场景只挂一个传感器，因此代码里一般直接用跳过ROM命令（0xCC），不逐个匹配地址。

单总线没有独立时钟线，时序完全靠主机在精确的时间窗口内拉低或释放总线来表达逻辑0和逻辑1。这也是 DS18B20 驱动里最容易出问题的地方：初始化顺序不对、延时不达标，读回来的数据往往是 0xFF 或者 85℃（上电复位后的默认温度值）。所以第一步是把复位脉冲吃透：主机将 DQ 拉低 480～960 微秒，然后释放总线，上拉电阻把电平拉高；DS18B20 在释放后的 15～60 微秒窗口内主动将总线拉低 60～240 微秒，作为存在脉冲（Presence Pulse）。主机检测到这个低电平，就说明从机在线，可以进行后续读写。

单总线时序的关键参数可以按下面这张表核对，代码里的延时参数都从这里来：

2.2 读写时隙的 HAL 库实现

先解决延时问题。HAL 库自带的HAL_Delay只能精确到毫秒级，而单总线操作需要微秒级延时，我常用的方案是启用 Cortex-M3 内核的 DWT 周期计数器，不占用定时器，也不受系统节拍中断影响：

static void delay_us(uint32_t us) { DWT->CYCCNT = 0; DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk; uint32_t ticks = us * (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000000); while (DWT->CYCCNT < ticks); }

DWT->CYCCNT是内核自带的 32 位周期计数器，在 72MHz 主频下每个计数约 13.9ns。使用前要通过DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk使能。这个方案不会与HAL_Delay抢占任何外设资源，适合对时序敏感的驱动代码。

GPIO 配置选用开漏输出加内部上拉，这样切换输入输出时不需要改变外部电路：

#define DQ_GPIO_PORT GPIOB #define DQ_PIN GPIO_PIN_1 void ds18b20_set_output(void) { GPIO_InitTypeDef gpio = {0}; gpio.Pin = DQ_PIN; gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 开漏输出 gpio.Pull = GPIO_PULLUP; // 内部上拉 gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(DQ_GPIO_PORT, &gpio); } void ds18b20_set_input(void) { GPIO_InitTypeDef gpio = {0}; gpio.Pin = DQ_PIN; gpio.Mode = GPIO_MODE_INPUT; gpio.Pull = GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(DQ_GPIO_PORT, &gpio); }

开漏输出加内部上拉，在实验板上即使不接外部 4.7k 电阻也能工作。但真实硬件中建议在 DQ 引脚对 VCC 接一颗 4.7k 上拉电阻，内部上拉阻值偏大，长线缆或者传感器远离主板时波形边沿会变差。

写一个字节的代码：

void ds18b20_write_byte(uint8_t data) { ds18b20_set_output(); for (int i = 0; i < 8; i++) { if (data & (1 << i)) { HAL_GPIO_WritePin(DQ_GPIO_PORT, DQ_PIN, GPIO_PIN_RESET); delay_us(4); // 写1：低电平保持 4us HAL_GPIO_WritePin(DQ_GPIO_PORT, DQ_PIN, GPIO_PIN_SET); delay_us(64); // 释放后等待时隙结束 } else { HAL_GPIO_WritePin(DQ_GPIO_PORT, DQ_PIN, GPIO_PIN_RESET); delay_us(64); // 写0：持续拉低 64us HAL_GPIO_WritePin(DQ_GPIO_PORT, DQ_PIN, GPIO_PIN_SET); delay_us(1); } } }

写 1 时隙的关键是主机拉低时间必须小于 15us，因为 DS18B20 在总线释放后的 15～60us 窗口内采样。代码里取 4us，留有足够余量。写 0 时隙则可以一直拉低到 60us 以上，从机在 60us 内采样到低电平即判定为 0。

读字节函数：

uint8_t ds18b20_read_byte(void) { uint8_t value = 0; for (int i = 0; i < 8; i++) { ds18b20_set_output(); HAL_GPIO_WritePin(DQ_GPIO_PORT, DQ_PIN, GPIO_PIN_RESET); delay_us(1); // 读时隙起始低电平 HAL_GPIO_WritePin(DQ_GPIO_PORT, DQ_PIN, GPIO_PIN_SET); ds18b20_set_input(); // 释放总线，准备接收数据 delay_us(10); // 释放后 10us 处采样 if (HAL_GPIO_ReadPin(DQ_GPIO_PORT, DQ_PIN) == GPIO_PIN_SET) { value |= (1 << i); } delay_us(55); // 等待整个时隙结束 } return value; }

读时序最容易踩的坑是切换输入模式的耗时。HAL_GPIO_Init在运行时需要配置寄存器，耗时可能到微秒级，如果切换完成后再延时 10us 采样，会超过 DS18B20 的 15us 数据输出窗口。如果读出来的数据总是 0xFF，优先检查这一段的延时裕量，或者把采样点提前到释放后的 4～6us。

复位函数，返回从机是否存在：

uint8_t ds18b20_reset(void) { uint8_t presence = 0; ds18b20_set_output(); HAL_GPIO_WritePin(DQ_GPIO_PORT, DQ_PIN, GPIO_PIN_RESET); delay_us(500); // 复位低电平 HAL_GPIO_WritePin(DQ_GPIO_PORT, DQ_PIN, GPIO_PIN_SET); ds18b20_set_input(); delay_us(70); // 存在脉冲窗口内采样 if (HAL_GPIO_ReadPin(DQ_GPIO_PORT, DQ_PIN) == GPIO_PIN_RESET) { presence = 1; // 检测到存在脉冲 } delay_us(200); // 等待复位时序完全结束 return presence; }

参数说明：复位低电平取 500us，处于 480～960us 区间中部；释放后等待 70us 再读取总线电平，此时已经过了存在脉冲的起始时间，读到低电平即表示从机应答。最后再等 200us 是为了让整个复位周期完全结束，避免立刻发起写命令时从机状态未恢复。

2.3 温度换算与负温处理

读取一次完整温度需要两轮通信：第一轮启动温度转换，第二轮读取暂存器中的9字节数据。代码实现：

float ds18b20_read_temperature(void) { uint8_t data[9]; if (!ds18b20_reset()) return -127.0f; ds18b20_write_byte(0xCC); // 跳过 ROM，单设备场景不需要地址匹配 ds18b20_write_byte(0x44); // 启动温度转换 HAL_Delay(750); // 12 位分辨率，转换时间最长 750ms if (!ds18b20_reset()) return -127.0f; ds18b20_write_byte(0xCC); ds18b20_write_byte(0xBE); // 读暂存器，空调连续读取 9 字节 for (int i = 0; i < 9; i++) { data[i] = ds18b20_read_byte(); } int16_t raw = (int16_t)(data[1] << 8 | data[0]); // 必须用有符号类型接收 float temp = raw * 0.0625f; // 12位分辨率 LSB = 0.0625℃ return temp; }

raw必须定义为int16_t。DS18B20 在 12 位分辨率下输出 16 位有符号数，负数时高位字节为 0xFC、0xF8 等符号扩展值，用int16_t接收后再乘 0.0625 才能得到正确的负温度。比如 -0.5℃ 对应的原始值为 0xFFF8，乘 0.0625 后结果是 -0.5。

读取失败时返回 -127 作为哨兵值。显示层检测到这个值就显示“Err”，并且不参与报警判断，避免传感器掉线时误触发报警。

3. 按键设置报警阈值：消抖、状态机与掉电存储

3.1 按键电路与消抖参数

三个按键 K1、K2、K3 分别接 PB12、PB13、PB14，按键另一端接地，GPIO 配置为内部上拉输入。按下时引脚读到低电平，释放时恢复到高电平。Proteus 仿真里的按键模型没有机械抖动，但代码保留消抖逻辑，因为同一套程序烧到真实板子上后，机械触点抖动是必然存在的。

常用的软件消抖参数是 10～20ms。我通常把按键扫描放到定时器中断里，每 10ms 扫一次，连续两次扫描读到相同电平才确认按键状态变化。低于 5ms 的消抖时间在大部分国产按键上不够可靠，过高则会影响按键响应手感。

设置模式的进入逻辑：在正常显示状态下短按 K1，进入设置模式，OLED 上的阈值数字开始闪烁。再短按 K1，光标在上限和下限之间切换。在最后一个设置项上长按 K1 2 秒退出设置模式并保存。这个交互逻辑简单，且不需要额外增加确认键。

3.2 按键扫描状态机实现

按键状态机用四个状态管理一次完整的按下和释放过程，避免一次按键被重复触发：

typedef enum { KEY_STATE_IDLE, // 空闲，等待按下 KEY_STATE_PRESSED, // 检测到按下，正在消抖 KEY_STATE_CONFIRMED, // 消抖确认，等待释放 } key_state_t; typedef struct { GPIO_TypeDef *port; uint16_t pin; key_state_t state; uint32_t last_tick; uint8_t event; } key_t; void key_scan(key_t *key, uint32_t now) { uint8_t level = HAL_GPIO_ReadPin(key->port, key->pin); key->event = 0; switch (key->state) { case KEY_STATE_IDLE: if (level == GPIO_PIN_RESET) { key->state = KEY_STATE_PRESSED; key->last_tick = now; } break; case KEY_STATE_PRESSED: if (level == GPIO_PIN_SET) { key->state = KEY_STATE_IDLE; // 抖动，复位 } else if (now - key->last_tick >= 20) { key->state = KEY_STATE_CONFIRMED; // 20ms 消抖完成 key->last_tick = now; } break; case KEY_STATE_CONFIRMED: if (level == GPIO_PIN_SET) { key->state = KEY_STATE_IDLE; // 释放完成 } break; default: key->state = KEY_STATE_IDLE; break; } }

关键参数：消抖时间 20ms，也就是两次连续的按键扫描。now来自HAL_GetTick()。业务逻辑里判断key->event，只有从KEY_STATE_PRESSED进入KEY_STATE_CONFIRMED的那一次扫描才把event置 1，这样一次按下只会产生一次有效事件。

在主循环里，三个按键分别调用扫描函数，然后根据当前模式处理事件：

key_scan(&key1, HAL_GetTick()); key_scan(&key2, HAL_GetTick()); key_scan(&key3, HAL_GetTick()); if (key1.event) { if (setting_mode) { setting_index++; if (setting_index > 2) { setting_mode = 0; threshold_save(&cfg); // 退出设置，保存阈值 } } else { setting_mode = 1; setting_index = 0; } } if (key2.event && setting_mode) { if (setting_index == 0) cfg.upper++; if (setting_index == 1) cfg.lower++; if (setting_index == 2) cfg.upper++; // 第三项为退出确认 }

阈值调整时要做边界限制，比如上限不允许超过 100，下限不允许低于 -50，且上限必须大于下限。这些限制条件放在threshold_save之前统一校验，避免非法值写入 Flash。

3.3 阈值掉电存储：内部 Flash 模拟 EEPROM

用户设好的阈值，断电后不能丢。STM32F103 没有真正的 EEPROM，但内部 Flash 可以按页擦除、按半字编程。F103C8 的 Flash 大小为 64KB，最后一页地址是 0x0800FC00，页大小 1KB，恰好可以用来存两个阈值变量。

#define THRESHOLD_FLASH_BASE 0x0800FC00 typedef struct { uint16_t upper; uint16_t lower; } threshold_t; void threshold_save(const threshold_t *cfg) { HAL_FLASH_Unlock(); __HAL_FLASH_CLEAR_FLAG(FLASH_FLAG_EOP | FLASH_FLAG_PGERR | FLASH_FLAG_WRPERR); FLASH_ErasePage(THRESHOLD_FLASH_BASE); HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, THRESHOLD_FLASH_BASE, cfg->upper); HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, THRESHOLD_FLASH_BASE + 2, cfg->lower); HAL_FLASH_Lock(); } threshold_t threshold_load(void) { threshold_t cfg; uint16_t *p = (uint16_t *)THRESHOLD_FLASH_BASE; cfg.upper = p[0]; cfg.lower = p[1]; return cfg; }

三个注意事项。第一，写入前必须先擦除整页，Flash 不允许对非 0xFF 地址直接编程。第二，每次按键不要触发保存，只有退出设置模式时才调用一次threshold_save。第三，Flash 擦写寿命约 1 万次，如果用户的阈值调整频繁，保存前可以加一个判断，比较内存值和 Flash 值是否一致，不一致才写。

如果工程里启用了 IAP 或者把中断向量表重映射到了 Flash 末尾，0x0800FC00这个地址要重新评估，避免和程序代码冲突。简单做法是在链接脚本里显式预留最后 1KB，或者直接选用更高容量型号的最后几页。

4. OLED 显示与 Proteus 仿真联调：HAL 库驱动 SSD1306

4.1 硬件 I2C 还是软件 I2C

OLED 模块选用 0.96 寸 SSD1306，分辨率 128×64，I2C 接口，7 位地址 0x3C，写地址为 0x78。STM32F103 的硬件 I2C1 在 PB6（SCL）和 PB7（SDA）上，HAL 库写法理论上可以直接用HAL_I2C_Mem_Write发送命令和数据。但实际工程里硬件 I2C 的时序受中断影响更大，Proteus 仿真的硬件 I2C 模型和真实芯片又存在差异，因此我更推荐软件 I2C：不挑引脚、时序可控、出问题容易调试。这套 OLED 驱动函数换成软件模拟后，在任何 STM32 型号上都能直接复用。

软件 I2C 只需要两个 GPIO 做开漏输出，SCL 和 SDA 分别接 PB6、PB7。如果 PB6/PB7 被其他功能占用，换任意两个 IO 都可以，只改宏定义即可。

4.2 SSD1306 初始化序列和显示函数

SSD1306 上电后需要发送一组初始化命令，其中最重要的是开启电荷泵，否则屏幕不会亮：

#define OLED_ADDR_WRITE 0x78 /* 0x3C 左移一位 */ static void oled_write_byte(uint8_t data, uint8_t control) { i2c_start(); // SDA 拉低，SCL 高电平时产生起始信号 i2c_send_byte(OLED_ADDR_WRITE); // 从机地址 + 写标志 i2c_send_byte(control); // 0x00 表示命令，0x40 表示数据 i2c_send_byte(data); i2c_stop(); } static void oled_cmd(uint8_t cmd) { oled_write_byte(cmd, 0x00); } static void oled_data(uint8_t data) { oled_write_byte(data, 0x40); }

初始化命令中比较关键的部分：

oled_cmd(0xAE); // 关闭显示 oled_cmd(0xD5); oled_cmd(0x80); // 显示时钟分频/振荡频率 oled_cmd(0xA8); oled_cmd(0x3F); // 复用率 1/64 oled_cmd(0x8D); oled_cmd(0x14); // 开启电荷泵，必须配置 oled_cmd(0xAF); // 打开显示

参数说明：0x8D后面的0x14是开关内部电荷泵的使能位，写成 0x10 则电荷泵关闭，模块内部升压电路不工作，屏幕无显示。0xD5后面的0x80决定振荡频率和分频系数，频率太低时刷新率不够，点亮的测试画面会明显闪烁。

显示字符串时把字模数据放到常量数组，按列扫描的方式填充到 SSD1306 的 GDDRAM：

void oled_show_char(uint8_t x, uint8_t y, char ch) { uint8_t *font = &font6x8[(ch - ' ') * 6]; for (uint8_t i = 0; i < 6; i++) { oled_data(font[i]); // 一列一列写入 } }

6×8 字体每个字符占 6 列，每列 8 像素恰好对应一页。128×64 的屏幕被分成 8 页，每页 8 行像素。设置页地址和列地址后，连续写入 6 字节就是完整字符。实际工程中我一般用 8×16 字体做主界面，数字够大，一眼就能看清阈值。

主循环中不要整屏清屏再重绘，否则温度刷新时屏幕会闪烁。做法是维护一个界面结构体，只有温度变化超过 0.1℃ 或者阈值被修改时，才更新对应的显示区域。显示一行的函数：

void oled_show_string(uint8_t page, uint8_t col, const char *str) { oled_set_page(page); // 设置页地址 0~7 oled_set_col(col); // 设置列地址 0~127 while (*str) { oled_show_char6x8(*str++); } }

oled_set_page和oled_set_col分别发送0xB0 + page和0x00 + (col & 0x0F)、0x10 + (col >> 4)两组命令。列地址超出 127 后需要重新设置地址，否则数据会写进下一行，界面上出现错位。

4.3 Proteus 仿真搭建与常见坑

Proteus 工程里按这张表连接元件：

DS18B20 的 DQ 引脚需要接一颗 4.7k 电阻到 VCC，仿真里用 RES 组件，阻值设置 4700。STM32 的 VDDA、VDD 接 5V，VSSA、VSS 接地。

双击 STM32 芯片，在 Program File 项选择 Keil 编译输出的 HEX 文件。时钟配置如果使用外部 HSE，CubeMX 里把 RCC 设为 HSE Crystal，Proteus 芯片属性里的 Clock Frequency 设为 8MHz。这里最容易出的问题：程序内部配置外部晶振，但 Proteus 仿真默认时钟没设对，程序卡死在HAL_RCC_ClockConfig，现象是 OLED 不亮、LED 不闪、按键无响应。解决方式是把芯片属性 Clock 设置成和 CubeMX 一致的晶振频率，或者在 CubeMX 里改用 HSI 内部时钟，两个工作必须匹配。

OLED 在 Proteus 里的模型：较新版本的 Proteus 元件库可以直接搜索 SSD1306 或 OLED 128x64，选 I2C 版本，不要选成 SPI 接口的型号。如果库列表里没有，可以先用 LCD12864 液晶替代验证按键和报警逻辑，但单总线温度显示的画面内容和 SSD1306 有区别，不建议作为最终交付仿真。

Proteus 仿真时如果 DS18B20 温度一直显示 85℃，说明复位和读暂存器的主机时序有问题。先在仿真器里让程序跑在 debug 模式，在ds18b20_reset后加断点，确认 presence 标志为 1。如果仿真里存在脉冲一直检测不到，检查 DS18B20 的 DQ 是否与 PB1 正确连接，上拉电阻是否误接到了 GND。

5. 验证技巧：逻辑分析仪量时序、边界测试与长按连发

5.1 用逻辑分析仪抓单总线波形

手头有 24MHz 采样率的逻辑分析仪时，把通道夹在 PB1 上，采样率开到 2MHz 以上，触发方式选下降沿。复位时能看到 480us 的低电平，上升沿后存在约 200us 的低电平总线占用；读时序里每个时隙约 60us，低电平宽度和采样点位置都能直接量出来。实测最常见的问题是读字节采样点太晚，波形上每个读时隙的低电平只有 1us，但代码在释放总线后等了 10us 才采样，接近 DS18B20 的 15us 输出窗口上限。把delay_us(10)改成delay_us(4)，采样点前移到释放后 4~5us，通常能解决。

5.2 报警阈值边界测试

把上限设为当前温度上方 0.5℃，然后改变传感器温度（真实硬件可以用手捏住传感器升温，仿真里可以直接双击 DS18B20 修改温度值），观察报警 LED 和 OLED 上的报警标志是否在越过阈值的瞬间翻转。下限同理。这个测试同时验证了温度换算的小数部分是否正确——如果显示 25.3℃ 但报警在 25℃ 就触发，说明浮点运算或者阈值比较用错了量纲，比如把阈值当整数、把温度当浮点直接比较，两者精度不同导致临界点错位。

5.3 长按连发调整阈值

按键调阈值时，从 20 调到 80 需要按 60 次，效率太低。在KEY_STATE_CONFIRMED状态里增加连发逻辑：按下超过 1000ms 后，每 200ms 自动执行一次阈值加或减。实现方式是在按键扫描结构体里增加一个repeat_tick，在确认状态的非阻塞分支检查：

if (now - key->last_tick >= 1000 && now - key->repeat_tick >= 200) { key->event = 1; // 连发事件 key->repeat_tick = now; }

连发期间判断的是同一状态下的重复事件，不会改变状态机本身。长按 2 秒可以完成约 6 次调整，比逐次按明显省时间。

5.4 阈值保存的断电验证

在退出设置模式后，让程序延时 50ms 再允许下次写操作，然后直接切断仿真或板卡电源，重新上电后观察 OLED 显示的阈值。如果恢复的是默认值 30/20，而不是用户设置的 26/18，说明threshold_save没有在退出设置时被调用，或者 Flash 写入后立即断电导致编程未完成。Flash 编程操作需要时间，退出设置后至少延时 50ms 再断电，这段延时也同时保证了 OLED 刷新完最后一帧画面，避免下次上电显示残留。

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