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引言

  单总线（1-Wire）是美国 DALLAS 公司提出的外围串行扩展总线技术，与 SPI、I²C 等串行数据通信方式相比，其核心特点为采用单根信号线完成数据传输。本文基于 1-Wire 协议，结合 DS18B20 验证该总线的可行性。

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一、单总线协议

1.1 初始化序列–复位脉冲和应答脉冲

  任何通信都需要初始化序列开始，OneWrie的初始化序列，由主控制的复位脉冲和从设备的应答脉冲组成；如图1.1所示，为初始化序列时序。当从设备响应复位发送应答脉冲时，它向主控制器指示它在总线上并准备好接收指令和数据。

图1.1 初始化序列时序

  由图1.1可知，初始化序列期间，主控制器拉低总线并保持至少$480us$以发送一个复位脉冲，然后主控制器释放总线，进入接收状态；释放总线时，单总线由$5K\Omega$上拉电阻拉到高电平；当从设备探测到$I/O$引脚上的上升沿后，等待$15-60us$，然后通过拉低$60-240us$单总线来发出一个应答脉冲。

1.2 读/写时序

  主控制器在写时序期间将数据写入从设备，并在读时序期间从从设备读取数据；每个时序通过单总线传输一位数据。

1.2.1 写时序

  写时序有两种类型: “写$1$”时序和“写$0$”时序。主控制器通过写$1$时序实现写逻辑$1$到从设备，通过写$0$时序实现写逻辑$0$到从设备。所有写时序必须最少持续$60us$，各个写周期之间至少有$1us$的恢复时间。当主控制器把数据线从逻辑高电平拉到低电平的时候，写时序开始，如图1.2.1所示，为写时时序图。

图1.2.1 写时时序图

  主控制器要发出一个写$1$时序，在将单总线拉低后，主控制器必须在$15\mu s$内释放总线。当总线被释放后， $5K\Omega$的上拉电阻将总线拉高。主控制器要发出一个写$0$时序，必须把数据线拉到低电平并持续保持——至少$60us$。
  主控制器发出写时序后，从设备在一个持续$15\mu s$到$60\mu s$的窗口期间内对单总线采样。如果采样期间总线为高电平，则会向从设备写入$1$；如果采样期间总线为低电平，则会向从设备写入$0$。

1.2.2 读时序

  主控制器发出读时序时, 从设备只能向主控制器发送数据。所有读时序的持续时间必须至少为$60\mu s$，两个读周期间至少有$1us$的恢复时间。主控制器发出一个读时序后，会将单总线拉低至少$1us$，然后释放总线，如图1.2.2所示，为读时时序图。

图1.2.1 读时时序图

  在主控制器发出读时序后， 从设备通过拉高或拉低总线来传输$1$或$0$。当传输逻辑$0$结束后，总线将被释放，通过上拉电阻回到上升沿状态。从设备输出的数据在读时隙的下降沿出现后$15us$内有效。因此，主控制器必须释放总线，并在读时序开始后$15us$内采样总线状态。

二、DS18B20

2.1 实现步骤

  DS18B20采用严格的单总线通信协议以确保数据的完整性。
读取温度步骤：
  ① 初始化单总线：完成单总线的初始化，为与DS18B20传感器通信做好准备。
  ② 发送跳过ROM指令：发送$0xCC$指令，在单传感器连接场景下，跳过对传感器唯一ROM代码的匹配过程。
  ③ 发送读取暂存器指令：发送$0xBE$指令，通知传感器准备好暂存器中的数据以供读取。
  ④ 接收温度数据：分别获取温度数据的低字节和高字节。
  ⑤ 合并温度数据：将高低字节组合成$16$位整数$Temp$，整合原始温度信息。
  ⑥计算实际温度：通过将$16$位原始数据转换为浮点型温度值$T$，最终返回该温度值。

总结

  本文围绕单总线协议与DS18B20温度传感器的应用展开分析。首先阐述了单总线的核心通信机制，包括由主控制器复位脉冲和从设备应答脉冲构成的初始化序列，以及需满足时序要求的写时序（区分写1与写0）和读时序。随后结合具体应用，梳理了DS18B20的温度读取流程：通过初始化单总线建立通信，发送0xCC跳过ROM匹配、0xBE读取暂存器指令，接收温度高低字节后合并为16位数据，最终转换为浮点型实际温度值。整体内容清晰呈现了单总线协议的原理与DS18B20的实际通信逻辑，为单总线传感器的应用提供了直观参考。

参考资料

one wire 1-Wire 单总线协议解析 - 简单易懂协议详解
一文看懂单总线协议（1-wire）