一、DS18B20 传感器核心参数指标
想要用好一款传感器，首先要吃透其核心参数，DS18B20 的参数设计兼顾了宽量程、高精度和灵活的分辨率配置，能适配绝大多数工业、民用温度采集场景，核心参数如下：
- 测量量程：-55℃ ~ 125℃，覆盖了低温环境到高温环境的大部分使用需求，低温可适应工业冷库、户外低温场景，高温可应对设备内部测温、工业炉体周边测温等场景。
- 测量精度：±0.5℃，在常规的室温、环境温测场景中，该精度完全满足使用要求，无需额外校准即可保证数据准确性。
- 分辨率 ：分辨率代表传感器对温度变化的敏感程度，是 DS18B20 的核心可配置特性，默认采用 12 位分辨率，不同位数对应不同的温度分辨精度，具体对应关系为：
- 9 位：0.5℃，即温度变化 0.5℃时传感器才会识别并输出变化
- 10 位：0.25℃，分辨率提升，对温度变化的感知更细腻
- 11 位：0.125℃，适用于对温度精度要求较高的场景
- 12 位（默认）：0.0625℃，最高分辨率，能捕捉极细微的温度变化
- 工作电压：3V ~ 5V，兼容嵌入式开发中最常见的 3.3V 和 5V 供电系统，无论是 51 单片机、STM32 还是嵌入式 Linux 开发板，都能直接供电，无需额外的电源转换电路。
DS18B20 为三引脚封装（也有贴片式封装），核心引脚包含电源脚（VDD）、接地脚（GND）和数据脚（DQ），其中DQ 脚为单总线通讯引脚，是实现数据交互的核心。
二、DS18B20 通讯接口：GPIO 单总线
DS18B20 最显著的特点就是采用1-Wire（单总线） 通讯协议，该协议仅通过一根 GPIO 数据线（DQ 脚）即可实现主机（单片机 / 开发板）与传感器之间的双向数据传输，无需额外的时钟线，极大简化了硬件接线。
单总线接口的核心特点
- 单线双向通信：同一根 GPIO 线既负责主机向传感器发送指令，也负责传感器向主机回传温度数据，总线的控制权在主机和传感器之间按需切换。
- 硬件接线极简：传感器仅需 VDD、GND、DQ 三根线，DQ 脚可直接连接到主机的任意通用 GPIO 口，无需外接电阻（部分场景为保证总线空闲时的高电平，会在 DQ 脚与 VDD 之间接 4.7KΩ 上拉电阻）。
- 多设备挂接：单根总线上可挂接多个 DS18B20 传感器，每个传感器都有唯一的 64 位 ROM 地址，主机可通过地址识别不同传感器，实现多点温度采集，这一特性让其在分布式测温场景中极具优势。
正是因为单总线的极简接口设计，DS18B20 成为了嵌入式入门阶段温度采集的首选传感器，大幅降低了硬件搭建的难度。
三、DS18B20 温度采集完整流程
DS18B20 的温度采集遵循固定的操作流程，所有操作均基于单总线完成，主机需严格按照 "初始化→指令操作→数据读取→数据解析" 的步骤执行，任何一步的时序偏差都会导致通信失败，完整采集流程如下：
- 总线复位：主机向 DS18B20 发送复位脉冲，传感器响应存在脉冲，完成主从设备的通信初始化，这是所有操作的前提，只有复位成功，后续的指令和数据传输才有效。
- 发送 ROM 指令 ：复位成功后，主机发送 ROM 相关指令，主要包括读 ROM 指令、匹配 ROM 指令、跳过 ROM 指令等。若单总线上只有一个 DS18B20，可直接发送跳过 ROM 指令，简化操作；若挂接多个传感器，需发送匹配 ROM 指令，指定要通信的传感器地址。
- 发送功能指令 ：发送完 ROM 指令后，主机发送功能指令，核心功能指令为温度转换指令（0x44） 和读暂存器指令（0xBE），前者用于让传感器启动温度采集与转换，后者用于读取传感器转换后的温度数据。
- 等待温度转换：发送温度转换指令后，传感器需要一定的时间完成温度采集（12 位分辨率下约需 750ms），主机需等待转换完成，或通过检测总线状态判断转换是否结束。
- 读取温度数据：转换完成后，主机再次执行总线复位，依次发送 ROM 指令和读暂存器指令，随后从单总线上读取传感器回传的温度数据（共 2 字节，包含温度的整数和小数部分）。
- 温度数据解析：将读取到的 2 字节原始数据按照 DS18B20 的数制规则进行解析，转换为实际的十进制温度值，根据配置的分辨率进行小数位换算，最终得到可用的温度数据。
整个采集流程中，复位是否成功、指令发送是否正确、等待转换时间是否足够是三个关键节点，直接决定温度采集的成败。
四、DS18B20 关键操作时序：复位、写、读
单总线协议的核心是时序控制，DS18B20 对主机的 GPIO 操作时序有严格的时间要求，无论是复位、写数据还是读数据，都必须满足微秒级的时间参数，否则传感器无法正确识别主机指令，也无法向主机回传有效数据。以下是三大核心操作的时序细节，也是开发中的重点和难点。
4.1 复位时序：主从通信的 "握手" 环节
复位时序的本质是主机主动发起通信请求，传感器通过存在脉冲回应 "已就绪"，整个过程分为主机发复位脉冲 和传感器发存在脉冲两个阶段，具体时间要求如下：
- 主机将单总线（DQ 脚）拉低大于 480μs，产生复位脉冲，告知传感器准备通信；
- 主机释放总线，将总线拉高，并将 GPIO 口转换为输入模式，等待传感器的回应；
- DS18B20 在总线拉高后的15~60μs内检测总线上升沿，识别主机的复位请求；
- 传感器检测到复位请求后，在60~240μs内将总线拉低，产生存在脉冲，告知主机 "已连接并就绪"；
- 传感器释放总线，总线恢复高电平，进入空闲状态，复位流程完成，主从设备完成 "握手"，可开始后续的指令传输。
开发要点：主机拉低总线的时间必须≥480μs，若时间过短，传感器无法识别复位脉冲；同时主机需在拉高总线后及时切换为输入模式，避免因 GPIO 输出高电平导致传感器无法拉低总线。
4.2 写时序：主机向传感器发送指令 / 数据
DS18B20 的写操作是按位写入，主机每次向传感器发送 1 个 bit 的数据（0 或 1），写 0 和写 1 的时序差异较大，传感器通过采样总线的电平持续时间来识别 0 和 1，具体时序要求如下：
写 0 时序
- 主机将总线拉低至少 60μs；
- DS18B20 在总线拉低后的 60μs 内对总线电平进行采样，若采到低电平，则判定为主机发送了 bit'0'；
- 采样完成后，主机释放总线，将总线拉高，完成 1 个 bit'0' 的写入。
写 1 时序
- 主机将总线拉低大于 1μs（短拉低）；
- 主机立即释放总线，将总线拉高；
- 主机保持总线高电平至少 45μs，确保 DS18B20 能在采样窗口内采到高电平，判定为主机发送了 bit'1'；
- 采样完成后，总线恢复空闲，完成 1 个 bit'1' 的写入。
开发要点：写 0 的核心是 "长拉低"，写 1 的核心是 "短拉低 + 长拉高"，两者的拉低时间差异是传感器识别的关键；每次写操作完成后，需预留短暂的空闲时间，再进行下一个 bit 的写入。
4.3 读时序：主机从传感器读取温度数据
读操作同样是按位读取，主机每次从传感器读取 1 个 bit 的数据（0 或 1），读时序的核心是主机主动发起读请求，传感器控制总线输出电平，主机通过采样总线电平得到数据，具体时序要求如下：
- 主机将总线拉低大于 1μs，向传感器发起读 bit 请求；
- 主机立即释放总线，将总线拉高，并快速切换为输入模式，此时总线的控制权移交到 DS18B20 手中；
- 传感器根据要传输的 bit 数据，将总线拉低（传 0）或保持高电平（传 1）；
- 主机在发起读请求后的大约 15μs时对总线电平进行采样，采到低电平则读到 bit'0'，采到高电平则读到 bit'1'；
- 采样完成后，总线恢复空闲，完成 1 个 bit 的读取。
开发要点：主机的采样时间必须精准控制在 15μs 左右，若采样过早，传感器尚未输出有效电平；若采样过晚，传感器可能已释放总线，导致采样到无效电平；同时，读操作需紧跟在主机发送的读暂存器指令之后，传感器才会输出温度数据。
五、逻辑分析仪抓取 DS18B20 通信波形
在 DS18B20 的开发调试中，最常见的问题是时序不满足要求，导致通信失败，此时通过逻辑分析仪抓取单总线的通信波形，能直观地查看复位、写、读的时序是否符合参数要求，快速定位问题。以下是抓取 DS18B20 通信波形的核心步骤：
- 硬件连接：将逻辑分析仪的探头连接到 DS18B20 的 DQ 单总线引脚，同时连接 GND 引脚保证共地，避免波形干扰；
- 协议选择 ：在逻辑分析仪的配套软件中，选择1-Wire 单总线协议，软件会自动按照单总线的规则解析波形；
- 通道选择：选择探头连接的对应通道，设置合适的采样率（建议≥1MHz，保证微秒级时序的捕捉精度）；
- 触发设置：以 "总线拉低" 为触发条件，对应复位脉冲的起始阶段，便于捕捉完整的通信波形；
- 抓取波形：运行主机的 DS18B20 采集程序，逻辑分析仪开始抓取波形，可直观看到复位脉冲、存在脉冲、指令写入、数据读取的完整波形，并查看各阶段的时间参数是否满足要求。
通过波形分析，能快速判断出 "复位脉冲拉低时间不足""写 1 时拉高时间不够""读采样时间偏差" 等问题，是 DS18B20 开发调试的高效工具。
六、总结
DS18B20 作为单总线温度传感器的经典款，其核心优势在于极简的硬件接口 和灵活的使用方式 ，而开发的核心难点则集中在微秒级的时序控制。想要熟练使用 DS18B20 实现温度采集，需牢牢掌握以下重点：
- 熟记传感器的核心参数，根据实际场景配置合适的分辨率；
- 理解单总线的通信原理，掌握硬件接线和多设备挂接的技巧；
- 遵循 "复位→ROM 指令→功能指令→转换→读数据→解析" 的固定采集流程；
- 严格把控复位、写、读三大操作的时序参数，这是通信成功的关键；
- 学会使用逻辑分析仪抓取波形，快速定位时序问题。