一、DS18B20 概念

1.1 核心参数

DS18B20 是 单总线（1-Wire）数字温度传感器，只需要 1 根 GPIO + GND 即可完成通信。

参数项	规格	关键考点
测量范围	-55℃ ~ +125℃	工业级宽温，适合环境监测
精度	±0.5℃（-10℃~+85℃）	全量程精度会略低，±0.5℃是典型值
分辨率	9~12 位可配置（默认 12 位）	9 位 = 0.5℃，10 位 = 0.25℃，11 位 = 0.125℃，12 位 = 0.0625℃
接口	单总线（1-Wire）	仅需 1 根数据线，外加电源和地，线与特性
工作电压	3.0V~5.5V	兼容 3.3V/5V 单片机系统
通信方式	异步半双工	主机严格控制时序，传感器被动响应
唯一 ID	64 位光刻 ROM 编码	支持单总线挂载多个 DS18B20，通过 ID 区分设备
转换时间	最大 750ms（12 位分辨率）	分辨率越低，转换速度越快

1.2 单总线通信基础

DS18B20 基于 1-Wire 单总线协议，核心特性：

1. 线与特性：任何设备拉低总线，总线电平就为低，这是复位、应答的基础。
2. 主机控制时序：所有通信都由主机发起，传感器被动响应。
3. 严格时序要求：复位、读写操作都必须满足手册规定的时间窗口，否则通信失败。
4. 半双工通信：同一时间只能单向传输数据。

二、DS18B20 配置与通信流程

复位 → 发送命令（启动转换） → 延时 → 复位 → 读取数据

1. 第一步：复位与存在脉冲（通信初始化）

这是所有通信的前提，目的是检测传感器是否在线、唤醒设备。

时序规则

• 主机拉低总线 480~960μs（你的代码用了 700μs，满足要求）
• 主机释放总线（拉高），等待 15~60μs
• DS18B20 主动拉低总线 60~240μs，作为「存在脉冲」，告诉主机 “我已准备好”
• 传感器释放总线，复位完成

int ds18b20_reset(void)
{
    int time = 0;
    // 1. 主机拉低700μs，发送复位脉冲
    DQ_DOWN;
    Delay10us(70);

    // 2. 释放总线，等待传感器响应
    DQ_HIGH;
    Delay10us(6);

    // 3. 等待存在脉冲（传感器拉低总线），超时返回-1
    while(DQ_CHECK && time < 30) { Delay10us(1); time++; }
    if(time >= 30) return -1;

    // 4. 等待传感器释放总线，超时返回-2
    while(!DQ_CHECK && time < 30) { Delay10us(1); time++; }
    if(time >= 30) return -2;

    return 1; // 复位成功
}

关键：两个超时循环分别检测「存在脉冲开始 / 结束」，防止传感器异常导致程序卡死。

2. 第二步：发送命令（写时序详解）

复位成功后，主机发送命令控制传感器，核心是写 0 / 写 1 时序。

写 0 时序（对应位为 0）

• 主机拉低总线 至少 60μs，不超过 120μs
• DS18B20 在拉低后的 60μs 内采样，识别为 bit0

DQ_DOWN;
Delay10us(6); // 拉低60μs
DQ_HIGH;

写 1 时序（对应位为 1）

• 主机拉低总线 >1μs 后立即释放
• DS18B20 在 45μs 内采样，识别为 bit1

DQ_DOWN;
_nop_(); _nop_(); // 拉低>1μs
DQ_HIGH;
Delay10us(5);

核心指令（单点测温）

• 0xCC：跳过 ROM 指令，单总线只有一个设备时使用，无需匹配 ID
• 0x44：启动温度转换指令，传感器开始采集温度
• 0xBE：读取暂存器指令，读取转换好的温度数据

写字节函数逻辑

void write_ds18b20(unsigned char dat)
{
    int i;
    for(i=0; i<8; i++)
    {
        if(dat & 1) // 写1
        {
            DQ_DOWN; _nop_(); _nop_(); DQ_HIGH;
            Delay10us(5);
        }
        else // 写0
        {
            DQ_DOWN; Delay10us(6); DQ_HIGH;
        }
        dat >>= 1; // LSB低位先行
    }
}

关键：单总线通信必须低位先行，代码中通过dat >>= 1从 bit0 开始发送。

3. 第三步：读取温度数据（读时序详解）

温度转换完成后，主机通过读时序获取数据，核心是读一位时序。

读时序规则

• 主机拉低总线 >1μs 后立即释放，作为读操作的开始
• DS18B20 输出数据到总线，主机必须在15μs 内采样电平
• 低电平 = 0，高电平 = 1

读字节函数逻辑

unsigned char read_ds18b20(void)
{
    int i;
    unsigned char dat = 0;
    for(i=0; i<8; i++)
    {
        // 1. 主机拉低>1μs，启动读操作
        DQ_DOWN; _nop_(); _nop_();
        // 2. 释放总线，等待传感器输出数据
        DQ_HIGH; _nop_(); _nop_();

        // 3. 采样电平，拼接数据
        if(DQ_CHECK) dat |= (1 << i);

        Delay10us(6); // 等待本次读周期结束
    }
    return dat;
}

关键：主机拉低后必须快速采样，否则传感器会释放总线导致数据丢失。

三、完整温度读取函数

float get_temp(void)
{
    unsigned char temp_low, temp_high;
    short temp;

    // 1. 复位传感器，准备发送命令
    ds18b20_reset();
    // 2. 跳过ROM，启动温度转换
    write_ds18b20(0xCC);
    write_ds18b20(0x44);
    // 3. 等待转换完成（12位分辨率最大750ms，这里延时1s确保完成）
    Delay1ms(1000);

    // 4. 再次复位，准备读取数据
    ds18b20_reset();
    write_ds18b20(0xCC);
    write_ds18b20(0xBE);

    // 5. 读取温度低字节和高字节
    temp_low = read_ds18b20();
    temp_high = read_ds18b20();

    // 6. 拼接数据，计算实际温度
    temp = (temp_high << 8) | temp_low;
    return temp * 0.0625; // 12位分辨率，每1LSB=0.0625℃
}

温度数据格式解析

DS18B20 返回的 16 位数据格式：

• 低字节（temp_low）：温度的低 8 位，包含小数部分
• 高字节（temp_high）：温度的高 8 位，包含符号位和整数部分
• 12 位分辨率下，temp * 0.0625 即可得到实际温度（正 / 负温度自动处理）

五、问题总结（直接背）

1. DS18B20 是什么通信方式？单总线（1-Wire）异步半双工通信，仅需 1 根数据线。

2. 通信的第一步必须做什么？复位时序，发送复位脉冲并等待存在脉冲，确认传感器在线。

3. 单点测温时为什么要发送 0xCC？跳过 ROM 指令，单总线只有一个设备时无需匹配 ID，简化通信流程。

4. 启动温度转换和读取数据分别用什么指令？

   • 启动转换：0x44
   • 读取数据：0xBE

5. 写 0 和写 1 时序的区别？

   • 写 0：拉低总线≥60μs，DS18B20 采样为 0
   • 写 1：拉低总线 > 1μs 后立即释放，DS18B20 采样为 1

6. 读时序的关键是什么？主机拉低总线后必须在 15μs 内采样电平，否则数据会丢失。

7. 温度数据怎么计算？拼接高低字节后乘以 0.0625（12 位分辨率）。

• 时序延时不准：复位脉冲不足 480μs 或读写时序超时，会导致通信失败。
• 忘记延时等待转换：发送0x44后必须延时，否则读取的是旧数据。
• 读操作采样过晚：主机拉低后超过 15μs 采样，无法正确读取传感器输出。
• 高低字节拼接错误：温度数据必须高字节左移 8 位再和低字节按位或，不能直接相加。