51单片机——DS18B20（一）

[1. 概述](#1. 概述)

[2. 介绍](#2. 介绍)

[2.1 特点一](#2.1 特点一)

[2.2 特点二](#2.2 特点二)

[2.3 特点三](#2.3 特点三)

1. 概述

DS18B20 是单总线接口，需要使用 51 单片机的一个 IO 口（任意普通IO口，比如 P3.7）模拟单总线时序与 DS18B20 通信（主机（51）按单总线时序发起操作，从机（DS18B20）按规则响应）将检测的环境温度读取出来。

理解该句话需要明白：

① 单总线是什么？

单总线是 Maxim 推出的串行通信协议，核心特点是

仅需 1 根数据线（DQ 引脚） 完成双向通信（时钟 + 数据都在这根线上传输），再配合 GND（地线）和可选的 VCC（电源），就能实现主机（51 单片机）和从机（DS18B20）的交互

主从结构 ：所有通信由主机（51）主动发起，从机（DS18B20）仅被动响应，且通信时序有严格的时间要求

开漏输出特性：DS18B20 的 DQ 引脚是开漏输出，需外接 4.7KΩ 上拉电阻才能输出高电平（否则只能拉低，无法主动输出高）

② 为什么要 "模拟单总线时序"？

51 单片机的片上外设里没有硬件级的单总线控制器 （不像 UART、SPI 有专门的硬件模块自动处理时序），因此只能通过软件编程控制普通 IO 口的高低电平持续时间，严格匹配单总线协议规定的时间参数（比如 "拉低 480us""释放后等待 15~60us"），这就是 "模拟时序"。

③ DS18B20 的核心特性

它是数字温度传感器，直接输出温度的数字信号（无需 AD 转换（）），所有数据交互必须遵循单总线时序，最终通过通信读取其内部的温度寄存器值。

【AD转换：模数转换（Analog-to-Digital Conversion），是把连续变化的模拟信号 （比如电压、电流）转换成离散的数字信号（0 和 1 组成的二进制数）的过程，

举个通俗例子：

模拟信号：像温度计上的水银柱，数值是 "连续的"（比如 18.2℃、18.3℃、18.4℃...）；
数字信号：像计算器显示的数字，只有固定的 "离散值"（比如 18、19、20...）；
AD 转换：就是把 "水银柱的连续值" 翻译成 "计算器的离散数字"，让单片机能看懂。】

【此外，还要理解传统的模拟温度传感器（比如 LM35、热敏电阻）和 DS18B20 的核心区别：

模拟传感器：像一个只会说 "方言（模拟电压）" 的人，单片机（只懂 "数字语言"）必须找一个 "翻译（AD 转换器）"，把方言翻译成数字语言，才能听懂，即输出和温度成正比的模拟电压 （比如 1℃对应 10mV），单片机无法直接识别电压值，必须 AD 转换；
DS18B20：像一个自己会说 "数字语言" 的人，它先把温度（物理量）自己翻译成二进制数字（比如 18℃→0x001E），直接告诉单片机，单片机不用再找 "翻译（AD 转换器）"，即内部自带 "温度检测 + AD 转换电路 + 数字寄存器"，直接把温度转成二进制数存到内部寄存器，无须 AD 转换。】

2. 介绍

DS18B20 是由 DALLAS 半导体公司推出的一种"一线总线（单总线）"接口的温度传感器

特点如下：

2.1 特点一

适应电压范围更宽，电压范围：3.0V - 5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电

【理解如下：

① 宽电压适应性

DS18B20 的供电引脚（VCC） 只要接入 3.0V~5.5V 之间的直流电压，就能稳定工作，不需要严格限定在某一个固定电压（比如必须 5V）

② 寄生电源供电方式

DS18B20 有两种供电模式，"寄生电源" 是区别于 "外部电源" 的特殊方式，核心是不用单独接 VCC 电源线，仅靠单总线的 DQ 数据线就能获取工作电力

外部电源模式：给设备插独立电源线 + 数据线，供电稳定；

寄生电源模式：不用插电源线，仅靠数据线（比如手机充电线）既传数据又偷电供电】

2.2 特点二

独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯

【理解如下：

① DS18B20把时钟信号（同步用）和数据信号（传输指令 / 温度） 合并在一根 DQ 线上，无需额外的时钟线（如 I2C 的 SCL、SPI 的 SCK）；仅占用微处理器的1 个普通 IO 口（而非专用的 UART/I2C 外设口），硬件极简，这是其他数字传感器难以做到的。

② 双向通讯

"双向通讯" 指微处理器能给 DS18B20 发指令（比如 "启动温度转换""读取温度"），DS18B20 也能给微处理器回传温度数据，这个功能依赖于

硬件基础：DS18B20 的 DQ 引脚是开漏输出 （器件只能 "拉低" 引脚电平（输出低），不能主动 "拉高"；拉高靠上拉电阻完成）结构，微处理器和 DS18B20 都能控制 DQ 引脚的电平，但不会冲突 ------ 因为两者都只能 "拉低"，拉高由上拉电阻统一提供，谁需要输出信号，就通过 "拉低 / 不拉低" 来传递 0/1

③ 时序主导：分时双向（不同时间做不同事）

所有通讯由微处理器（主机）主动发起，通过不同的时序规则区分 "主机写数据" 和 "主机读数据"，实现分时双向：

简单说地1 根线不会同时收发，而是主机先 "说"（发指令），再让从机 "说"（回数据），靠固定的时序节奏避免混乱。

通俗地比喻：把单线双向通讯比作 "对讲机通话"

传统 UART（TX/RX 双线）：像你和对方各有一个话筒（TX）和听筒（RX），可以同时说、同时听（全双工）；

DS18B20 的单线：像一台单频道对讲机，只有 1 个 "说话 / 听" 的通道（对应 DQ 线）：

你（微处理器）先按住通话键（拉低 DQ 线），按固定语速说指令（比如 "报温度！"），说完松开；
对方（DS18B20）听到后，在你松开的规定时间内，按住通话键（拉低 DQ 线）回应温度（比如 "25℃"）；
全程只有 1 个通道，但靠 "你先讲、对方后讲" 的规则（时序），实现双向交流 ------ 这就是 "一条口线双向通讯" 的本质

注意：

时序是 "生命线"：1 根线既传时钟又传数据，时序偏差（比如延时多 10us）会导致通讯失败，必须保证 us 级的精准延时；
上拉电阻不能少：没有 4.7KΩ 上拉，DQ 线无法被拉高，DS18B20 无法输出高电平，双向通讯直接失效；
双向是 "半双工"：不能同时收发，必须严格遵循 "主机先写、再读" 的顺序。】

2.3 特点三

DS18B20 支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温

【理解如下：

① 三线

多个 DS18B20 的 DQ 引脚并联到同一条 DQ 总线，VCC 引脚并联到同一条 VCC 线，GND 引脚并联到同一条 GND 线 ------ 本质是 "共用 1 根通讯线 + 共用电源 / 地线"，而非多根通讯线；

若用寄生电源模式，只需 "DQ 线 + GND 线" 两线即可组网（省去 VCC 线），"三线" 是最常用、最稳定的外部电源组网方式。

② 为什么多个 DS18B20 能 "并联组网"？

（1）硬件基础：开漏输出+上拉电阻（无冲突并联）

DS18B20 的 DQ 引脚是开漏输出，且总线需接 1 个 4.7KΩ 上拉电阻到电源：

开漏输出的特点：器件只能 "拉低" DQ 电平，不能主动 "拉高"；拉高由上拉电阻统一完成；

并联无冲突：多个 DS18B20 并联时，只有 "被主机指定的传感器" 会拉低 DQ 线输出数据，其他传感器保持高阻态（相当于 "不说话"），不会和主机 / 其他传感器的信号冲突。

（高阻态：通俗的理解，高阻态 = "电线被剪断了"

把 DQ 总线比作一根 "公共电线"，每个 DS18B20 的 DQ 引脚就是一根 "分支电线"，连接到公共电线上：

当传感器 "被主机指定"（收到自己的 64 位地址）：分支电线和公共电线接通，传感器可以拉低公共电线（输出 0），相当于 "在分支电线上接了个地线"；

当传感器 "未被指定"：分支电线被剪断（进入高阻态），不管公共电线是高电平（5V）还是低电平（0V），这个传感器的分支电线都不会对它产生任何影响 ------ 既不会拉低，也不会拉高，就像这根分支电线根本不存在。

延伸到 "并联无冲突"：

主机点名 "传感器 A" 时，只有 A 的分支电线接通，其他传感器的分支电线都被剪断（高阻态）；

A 拉低公共电线（输出数据 0）时，其他传感器因为 "电线剪断"，不会和 A 冲突；

总线电平完全由 "被点名的传感器" 或 "上拉电阻" 决定，其他传感器相当于 "旁观者"，不插手。

如果多个开漏输出的器件并联在同一条线上（比如 DS18B20 组网），只要有一个器件闭合开关（拉低），整个线就是低电平；只有所有器件都断开开关，线才会被上拉电阻拉到高电平 ------ 这就是 "线与" 逻辑，也是多器件并联无冲突的核心。

未被指定的传感器虽然处于高阻态，但仍能检测总线电平（比如主机发的指令），只是不主动输出信号，避免干扰总线。）

（2）协议核心：唯一的 64 位 ROM 地址（区分每个传感器）

每个 DS18B20 出厂时，芯片内部会固化一个全球唯一的 64 位 ROM 地址（无法修改），格式为：

8 位 "家族码"（DS18B20 固定为 0x28）；

48 位 "唯一序列号"（相当于传感器的 "身份证号"）；

8 位 "CRC 校验码"（验证地址正确性）。

正是这个唯一地址，让主机（51 单片机）能在总线上精准 "点名" 某个传感器，避免多个传感器同时回应导致数据混乱。】

DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温
在9位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快
测量结果直接输出数字温度信号，以"一根总线"串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力
负压特性：电源极性接反时，芯片不会因受热而烧毁，但不能正常工作