#51 单片机 #DS18B20 #单总线 #温度传感器 #嵌入式时序
前言
DS18B20 是一款常用数字温度传感器，采用One‑Wire 单总线半双工异步串行通信，仅需一根 GPIO 信号线即可完成单片机与传感器的数据交互，广泛用于设备测温、环境测温项目中。难点在于严格的微秒级时序控制，时序出错直接导致读取温度乱码、通信失败CSDN博...。本文梳理硬件参数、单总线原理、全部时序、读取流程、数据解析要点。
一、DS18B20 关键硬件参数
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| 参数 | 说明 |
|---|---|
| 测量量程 | -55℃ ~ 125℃ |
| 测量精度 | ±0.5℃，例：真实 25℃，读数区间 24.5‑25.5℃ |
| 分辨率 | 9 位：0.5℃；10 位：0.25℃；11 位：0.125℃；12 位：0.0625℃（最高，常用） |
| 工作电压 | 3V‑5.5V |
分辨率越高，能捕捉越小的温度变化，读数细腻；12 位是工程最常用配置。
二、单总线（One‑Wire）通信基础
-
通信模式 ：半双工、异步串行，一根 GPIO 完成收发，总线具备线与特性。
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线与逻辑
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51 单片机输出 DS18B20 输出 总线实际电平 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 -
引脚模式要点
- 主机发送数据 → GPIO 配置输出模式；
- 主机接收数据 → 释放总线，切换输入模式，不能强行拉高引脚；
- 硬件需要外接 4.7K 上拉电阻，保证总线空闲时为高电平。
- 数据存储：温度原始数据为16 位二进制补码，带符号位扩展，分为低字节、高字节两个字节。
三、完整通信时序（核心！驱动成败关键点）
3.1 复位时序（初始化，每次通信必须先复位）
复位作用：主机和 DS18B20 握手，确认传感器在线可通信。 步骤：
- 主机将总线拉低 480‑960μs，发送复位脉冲；
- 主机释放总线，延时15‑60μs，等待从机应答；
- DS18B20 如果存在，主动把总线拉低 60‑240μs，输出响应脉冲；
- DS18B20 释放总线，总线回到高电平，初始化完成。
如果第 3 步没有拉低应答脉冲：硬件接线错误、缺少上拉电阻、时序延时不对。
3.2 写时序（主机向传感器写 bit）
写 0、写 1 区别在于主机拉低总线持续时间，DS18B20 在 15‑60μs 窗口采样总线电平。
✅ 写 0 时序
- 主机拉低总线，维持60~120μs；
- DS18B20 在 15‑60μs 采样，检测到低电平代表写入 0；
- 主机释放总线。
✅ 写 1 时序
- 主机拉低总线小于 15μs，立刻释放总线；
- DS18B20 采样得到高电平，代表写入 1。
一个字节就是循环 8 次写 bit，低位优先发送。
3.3 读时序（主机读取传感器 bit）
读操作全部由主机发起拉低脉冲，必须在 15μs 以内完成电平采样，超时采样会读到错误电平CSDN博...。
✅ 读 1 时序
- 主机拉低总线 > 1μs，马上释放总线；
- DS18B20 释放总线，总线为高电平；
- 主机15μs 之内采样总线为高电平 → 读到 1。
✅ 读 0 时序
- 主机拉低总线 > 1μs，马上释放总线；
- DS18B20 主动把总线拉低；
- 主机15μs 之内采样总线为低电平 → 读到 0。
读字节：循环调用 8 次读 bit，低位在前。
四、DS18B20 读取温度完整业务流程（单传感器）
单传感器场景使用
0xCC跳过 ROM 命令，不需要匹配设备 ROM 地址；多设备不能使用 0xCC，需要匹配 ROM 命令。
1. ds18b20_reset(); //复位握手
2. write_ds18b20(0xCC); //0xCC=跳过ROM指令，单传感器专用
3. write_ds18b20(0x44); //0x44开启温度转换
4. 延时750ms //等待温度转换完成，必须等待！
5. ds18b20_reset(); //再次复位
6. write_ds18b20(0xCC); //再次跳过ROM
7. write_ds18b20(0xBE); //0xBE读取暂存寄存器温度
8. 读取2字节（低字节、高字节）16位原始温度数据
9. 解析16位补码，换算成实际摄氏度⚠️坑点：发送 0x44 启动转换之后必须延时等待，没有延时直接读，读出旧温度 / 乱码。
五、16 位补码温度数据解析
12 位分辨率模式：
- Bit15~Bit11：符号位；全 0 代表正温度，全 1 代表负温度；
- Bit10‑Bit4：温度整数部分；
- Bit3‑Bit0：温度小数部分，每一位代表 0.0625℃。
- 正温度：直接将 16 位原始数值 ×0.0625，得到摄氏度；
- 负温度（补码存储）：16 位补码取反 + 1 得到绝对值，乘以 0.0625，再添加负号。
示例： 原始数据 0xFC90（补码），符号位为 1，负温度；补码转原码，计算得到 - 55℃。
六、开发踩坑总结
- 时序必须严格微秒级延时，晶振不同，
delay_us延时函数要校准； - 读时序采样窗口只有 15μs，采样动作不能拖到 15μs 之后；
- 启动转换 0x44 之后，必须等待转换时间，不能立刻读；
- 单总线必须上拉电阻，否则总线电平异常，无应答；
- 单传感器才可以使用
0xCC跳过 ROM；多个 DS18B20 挂总线禁止使用 0xCC； - 负数一定要做补码转换，否则负温读数完全错乱。
七、核心函数伪代码参考
//复位
bit ds18b20_reset(void);
//写一个字节
void write_ds18b20(unsigned char dat);
//读一个字节
unsigned char read_ds18b20(void);
//获取处理好的温度
float get_ds18b20_temp(void)
{
unsigned char high,low;
int temp_raw;
ds18b20_reset();
write_ds18b20(0xCC);
write_ds18b20(0x44);
delay_ms(750);
ds18b20_reset();
write_ds18b20(0xCC);
write_ds18b20(0xBE);
low = read_ds18b20();
high = read_ds18b20();
temp_raw = (high<<8)|low;
if(temp_raw & 0xF800) //负温度
{
temp_raw = ~temp_raw + 1;
return -(temp_raw * 0.0625);
}
else
{
return temp_raw * 0.0625;
}
}