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一、单总线协议的核心概念 单总线协议的操作分为三个层次： 初始化：建立主机与 DS18B20 的连接（类似“握手”）； ROM 命令：识别总线上的传感器（通过唯一 64 位 ROM 地址）； 功能命令：执行具体操作（如温度转换、读数据）。 二、具体通信时序 单总线的所有操作都基于时间片（Time Slot），关键是延时的准确性（需用示波器校准或用精确的软件延时）。 1. 初始化时序（Initialization Sequence） 作用：主机检测总线上是否存在 DS18B20，并同步通信节奏。 步骤（主机主动发起）： 复位脉冲（Reset Pulse）：主机将数据线（DQ）拉低 480~960μs（典型 500μs），然后释放总线（由上拉电阻拉回高电平）。 应答脉冲（Presence Pulse）：DS18B20 检测到复位脉冲后，会在 15~60μs 内拉低总线 60~240μs（典型 120μs），表示“我在”。 主机需在释放总线后等待至少 480μs，确保应答完成。 时序图： 主机：低电平（480-960μs）→ 高电平（释放） DS18B20：等待 15-60μs → 低电平（60-240μs）→ 高电平（恢复） 2. ROM 命令（ROM Commands） 总线上可能有多个 DS18B20（最多 8 个，因 1-Wire 总线驱动能力限制），ROM 命令用于选择目标传感器。常用 ROM 命令： 注意：单传感器系统中，优先使用 0xCC（Skip ROM），简化流程。 3. 功能命令（Function Commands） 在完成初始化和 ROM 命令后，主机发送功能命令控制传感器工作。常用功能命令： | | | | | | | | 读取传感器内部暂存器（共 9 字节，前 2 字节是温度值） | | | | | | |
4. 写时隙（Write Time Slot） 作用：主机向 DS18B20 写一个字节（8 位）。 规则： 写 0：主机拉低 DQ 至少 60μs（≤120μs），然后释放（上拉电阻拉回高）。 写 1：主机拉低 DQ 1~15μs（典型 5μs），然后释放，让总线自然回到高。 每两位写时隙之间需间隔 ≥1μs。 时序图（以写 1 为例）： 主机：低电平（1-15μs）→ 高电平（释放）→ 等待 ≥1μs（下一个时隙） 5. 读时隙（Read Time Slot） 作用：主机从 DS18B20 读一个字节（8 位）。 规则： 主机拉低 DQ 1~15μs（典型 5μs），然后立即释放（转为输入模式） 在释放后的 15μs 内，读取 DQ 的状态：高电平为 1，低电平为 0。 每两位读时隙之间需间隔 ≥1μs。 时序图： 主机：低电平（1-15μs）→ 释放（转为输入）→ 15μs 内读状态 → 等待 ≥1μs（下一个时隙） 三、编程示例（C 语言，51 单片机为例） 以下是单传感器系统的完整流程：初始化→跳过 ROM→启动温度转换→等待转换完成→读暂存器→解析温度。 1. 硬件连接 VCC：3.3V/5V（推荐外部供电，寄生供电需额外处理）； GND：接地； DQ：接 MCU 的 P1.0 引脚（或其他 I/O），必须串联 4.7kΩ 上拉电阻到 VCC。 2. 基础延时函数（关键！） 单总线对延时敏感，需用机器周期精确控制（51 单片机晶振 12MHz 时，1 机器周期=1μs）： #include <reg52.h>#include <intrins.h> // 含 _nop_() #define uchar unsigned char#define uint unsigned int // 延时 1μs（12MHz 晶振）void delay_us(uint t) { while(t--) _nop_(); // _nop_() 是 1μs 延时（12MHz） } // 延时 1ms（12MHz 晶振）void delay_ms(uint t) { uint i, j; for(i = t; i > 0; i--) for(j = 110; j > 0; j--); } 3. 单总线核心函数 （1）初始化函数（返回 1 表示成功检测到传感器） bit Init_DS18B20(void) { bit ack; // 应答标志：0=无传感器，1=有传感器 DQ = 0; // 拉低 DQ（P1.0） delay_us(500); // 复位脉冲：480-960μs（选 500μs） DQ = 1; // 释放总线（上拉电阻拉高） delay_us(60); // 等待 15-60μs（选 60μs） ack = DQ; // 读取应答脉冲（DS18B20 拉低时为 0） delay_us(420); // 等待剩余时间（总时间 ≥480μs） return ~ack; // 反转：ack=0 表示有应答，返回 1 } （2）写一个字节函数 void Write_OneByte(uchar dat) { uchar i; for(i = 0; i < 8; i++) { DQ = 0; // 拉低总线，开始写时隙 delay_us(2); // 保持 1-15μs（选 2μs） DQ = dat & 0x01; // 写最低位（1 则释放，0 则保持低） delay_us(60); // 保持 ≥60μs（写 0 时足够，写 1 时自动释放） DQ = 1; // 释放总线（准备下一位） dat >>= 1; // 右移，处理下一位 } } （3）读一个字节函数 uchar Read_OneByte(void) { uchar i, dat = 0; for(i = 0; i < 8; i++) { DQ = 0; // 拉低总线，开始读时隙 delay_us(2); // 保持 1-15μs（选 2μs） DQ = 1; // 释放总线，转为输入 delay_us(8); // 等待 15μs 内的状态稳定（选 8μs） dat >>= 1; // 右移，腾出高位 if(DQ) dat |= 0x80; // 读当前位（高则置 1） delay_us(50); // 等待时隙结束（≥1μs） } return dat; } 4. 主流程：读取温度值 float Read_Temperature(void) { uchar LSB, MSB; // 温度低字节、高字节（16 位带符号数） int temp; // 16 位整数（用于符号处理） float t; // 最终温度值（℃） // 1. 初始化 + 跳过 ROM（单传感器） Init_DS18B20(); Write_OneByte(0xCC); // Skip ROM 命令 Write_OneByte(0x44); // 启动温度转换（Convert T） // 2. 等待转换完成（12 位分辨率需 750ms） delay_ms(750); // 简单延时，或用“读总线状态”判断（更高效） // 3. 再次初始化 + 读暂存器 Init_DS18B20(); Write_OneByte(0xCC); // Skip ROM Write_OneByte(0xBE); // 读暂存器（Read Scratchpad） LSB = Read_OneByte(); // 读低字节（温度小数部分+整数部分低4位） MSB = Read_OneByte(); // 读高字节（符号位+整数部分高4位） // 4. 解析 16 位温度数据（补码格式） temp = (MSB << 8) | LSB; // 合并为 16 位整数 if(temp & 0x8000) { // 负温度（最高位为 1） temp = ~temp + 1; // 取反加 1，得到绝对值的补码 t = -(temp * 0.0625); // 12 位分辨率：0.0625℃/LSB } else { // 正温度 t = temp * 0.0625; } return t; } 5. 主函数调用 void main(void) { float temp; while(1) { temp = Read_Temperature(); // 此处可将 temp 发送到串口/显示（如 LCD） delay_ms(1000); // 每秒读一次 } } 四、关键细节说明 温度数据解析： DS18B20 输出的 16 位是带符号二进制补码，格式如下（12 位分辨率）： 高 5 位：符号位（S）； 中间 7 位：整数部分（T_integer）； 低 4 位：小数部分（T_fraction，1/16℃ 步进）。 例如：0000 0110 0101 0000→ 0x0650 → 1616 → 1616×0.0625=101℃？不对，等一下，正确的计算是： 16 位数据是 MSB<<8 | LSB，比如 LSB=0x50（80），MSB=0x06（6），合并后是 0x0650=1616，1616×0.0625=101℃？这显然超过量程，哦，错了——12 位分辨率时，有效位是 12 位，即 16 位数据中，低 4 位是小数，高 12 位是整数+符号。正确的计算应该是： 对于 12 位分辨率，temp = (MSB << 8 | LSB)，然后 t = temp * 0.0625（因为 2^12=4096，1/4096=0.00024414？不对，等一下，DS18B20 的分辨率是： 9 位：0.5℃ → 1/512=0.001953125？不，等一下，官方文档说： 分辨率 | 温度增量 | 转换时间 9 位 | 0.5℃ | 93.75ms 10 位 | 0.25℃ | 187.5ms 11 位 | 0.125℃ | 375ms 12 位 | 0.0625℃| 750ms 所以，12 位时，每 LSB 对应 0.0625℃，不管符号，直接用 temp × 0.0625即可（符号由最高位决定）。 转换完成的判断： 上述示例用了 delay_ms(750)等待转换，更高效的方法是读总线的“忙”状态： 启动转换后，DQ 会被 DS18B20 拉低（表示忙），转换完成后释放为高。主机可通过读 DQ 状态判断是否完成（无需固定延时）。 多传感器组网： 若总线上有多个 DS18B20，需先通过 Search ROM（0xF0） 读取所有传感器的 64 位地址，再用 Match ROM（0x55）+ 地址 选通目标传感器。 五、常见问题排查 无应答（初始化返回 0）：检查接线（上拉电阻是否接 4.7kΩ？DQ 是否接对？）、电源电压（是否 3-5V？）、传感器是否损坏。 读值错误：检查时序延时（用示波器测 DQ 波形）、是否有干扰（用屏蔽线）、是否在转换完成前读数据。 温度偏差大：确认分辨率设置（默认 12 位）、是否用了寄生供电（高温时建议外部供电）、传感器是否靠近热源。 通过以上步骤，你可以快速实现 DS18B20 的温度读取。如果需要更高效的代码（如用中断处理时序），可进一步优化延时函数（如用定时器），但核心逻辑不变。
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发表于 2025-12-19 10:37:39
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