DS18B20技术文档

K_qh · 2026 年2 月 1 日 10:12

DS18B20数字温度传感器技术总结文档

文档说明
本文档基于DS18B20中文手册整理，适用于蓝桥杯嵌入式开发学习
创建日期：2026-02-01

1. 器件概述

1.1 核心特性

特性	参数说明
通信接口	单总线(1-Wire)，仅需1个I/O口
测温范围	-55℃ ~ +125℃
精度	-10℃~+85℃范围内 ±0.5℃
分辨率	9/10/11/12位可编程(0.5/0.25/0.125/0.0625℃)
转换时间	93.75ms(9位) ~ 750ms(12位)
供电方式	外部供电(3.0-5.5V) 或寄生供电
唯一标识	64位ROM序列号(支持多点总线)

1.2 典型应用场景

温度监控与报警系统
工业过程控制
环境监测
HVAC系统
蓝桥杯嵌入式竞赛项目

2. 引脚定义与电路连接

2.1 引脚说明

TO-92封装（3引脚）：

   正面视图
   ┌─────┐
   │  1  │ GND    - 接地
   │  2  │ DQ     - 数据I/O（单总线）
   │  3  │ VDD    - 电源（寄生供电时接地）
   └─────┘

2.2 典型连接电路

方式1：外部供电（推荐）

        VCC (3.3V/5V)
         │
         ├───────[4.7kΩ上拉电阻]
         │                │
      ┌──┴──┐            │
      │ VDD │            │
      │     │         单总线
      │DS18B│◄───────────┤─────► MCU I/O
      │ 20  │
      │ GND │
      └──┬──┘
         │
        GND

优点：

稳定可靠
适用于全温度范围（-55℃ ~ +125℃）
无需强上拉电路

方式2：寄生供电

        VCC (3.3V/5V)
         │
         └───────[4.7kΩ上拉电阻]
                        │
      ┌──────┐          │
      │ VDD  │接GND     │
      │      │       单总线
      │DS18B │◄─────────┤─────► MCU I/O
      │ 20   │                      │
      │ GND  │                  [强上拉电路]
      └──┬───┘                      │
         │                         VCC
        GND

注意事项：

VDD引脚必须接地
温度转换和EEPROM写入时需强上拉
不推荐温度>100℃时使用（漏电流大）

3. 工作原理

3.1 内部结构

┌────────────────────────────────────────┐
│              DS18B20                    │
│  ┌──────────┐    ┌──────────────┐     │
│  │温度传感器├────►│12位ADC转换器 │     │
│  └──────────┘    └──────┬───────┘     │
│                         │              │
│  ┌──────────┐    ┌──────▼───────┐     │
│  │64位ROM   │    │  暂存器      │     │
│  │(序列号)  │    │  (9字节)     │     │
│  └──────────┘    └──────┬───────┘     │
│                         │              │
│  ┌──────────┐    ┌──────▼───────┐     │
│  │EEPROM    │◄───┤ 单总线控制   │     │
│  │(TH/TL)   │    │  逻辑        │     │
│  └──────────┘    └──────┬───────┘     │
│                         │              │
│                        DQ ──────────────┼──► 单总线
└────────────────────────────────────────┘

3.2 暂存器结构（9字节）

字节	功能	读/写	说明
0	温度LSB	只读	温度低8位
1	温度MSB	只读	温度高8位（含符号位）
2	TH寄存器	读写	高温报警阈值
3	TL寄存器	读写	低温报警阈值
4	配置寄存器	读写	分辨率设置
5-7	保留位	-	读取全为1
8	CRC校验	只读	前8字节的CRC值

3.3 温度数据格式

12位模式（默认）：

MSB                               LSB
┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
│S │S │S │S │S │2⁶│2⁵│2⁴│2³│2²│2¹│2⁰│2⁻¹│2⁻²│2⁻³│2⁻⁴│
└──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘
 15 14 13 12 11 10  9  8  7  6  5  4  3  2  1  0

S = 符号位（0=正，1=负）
分辨率 = 0.0625℃

温度计算公式：

正数：温度(℃) = 原码值 × 0.0625
负数：温度(℃) = (补码-1取反) × 0.0625 × (-1)

示例：

0x0191 (十六进制) = 0000 0001 1001 0001 (二进制)
     = 1×16 + 9×1 + 1×0.0625 = 25.0625℃

0xFF5E (十六进制) = 1111 1111 0101 1110 (二进制)
     = -(取反+1) = -10.125℃

4. 操作流程详解

4.1 标准操作序列（必须遵守！）

┌─────────────┐
│  步骤1：    │
│  初始化     │  发送复位脉冲 → 接收存在脉冲
└──────┬──────┘
       │
       ▼
┌─────────────┐
│  步骤2：    │
│  ROM指令    │  选择特定器件或跳过ROM
└──────┬──────┘
       │
       ▼
┌─────────────┐
│  步骤3：    │
│  功能指令   │  执行温度转换、读写等操作
└─────────────┘

4.2 ROM指令详解

指令1：搜索ROM [F0h]

用途： 识别总线上所有器件的64位序列号

// 应用场景：系统初始化时扫描总线
void SearchROM(void) {
    DS18B20_Reset();        // 初始化
    DS18B20_WriteByte(0xF0); // 搜索ROM指令
    // 执行64位序列号搜索算法...
}

指令2：读取ROM [33h]

用途： 读取64位序列号（仅单器件有效）

// 应用场景：单器件系统获取序列号
uint8_t rom[8];
void ReadROM(void) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0x33);
    for(int i=0; i<8; i++) {
        rom[i] = DS18B20_ReadByte();
    }
    // rom[0] = 系列码(0x28)
    // rom[1-6] = 48位序列号
    // rom[7] = CRC校验
}

指令3：匹配ROM [55h]

用途： 选择特定器件操作

// 应用场景：多器件系统中选择特定传感器
void MatchROM(uint8_t *rom) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0x55);
    for(int i=0; i<8; i++) {
        DS18B20_WriteByte(rom[i]);
    }
}

指令4：跳过ROM [CCh]（常用！）

用途： 忽略ROM选择，操作总线上所有器件

// 应用场景：单器件系统快速操作
void SkipROM(void) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
}

指令5：报警搜索 [ECh]

用途： 查找温度超限的器件

// 应用场景：温度报警系统
void AlarmSearch(void) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xEC);
    // 仅报警器件会响应...
}

4.3 功能指令详解

指令1：温度转换 [44h] 最常用

// 外部供电模式
void ConvertTemperature(void) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);  // 跳过ROM
    DS18B20_WriteByte(0x44);  // 温度转换指令

    // 方式1：等待固定时间
    Delay_ms(750);  // 12位模式需750ms

    // 方式2：读忙标志（推荐）
    while(DS18B20_ReadBit() == 0); // 转换中返回0，完成返回1
}

// 寄生供电模式（需强上拉！）
void ConvertTemp_Parasite(void) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0x44);

    // ⚠️ 关键：在10μs内启动强上拉
    DQ_StrongPullup_Enable();  // 将DQ直接连接VCC
    Delay_ms(750);
    DQ_StrongPullup_Disable();
}

指令2：读暂存器 [BEh] 最常用

// 读取温度值
float ReadTemperature(void) {
    uint8_t temp_l, temp_h;
    int16_t temp;

    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);  // 跳过ROM
    DS18B20_WriteByte(0xBE);  // 读暂存器

    temp_l = DS18B20_ReadByte();  // 温度LSB
    temp_h = DS18B20_ReadByte();  // 温度MSB

    temp = (temp_h << 8) | temp_l;
    return temp * 0.0625;  // 12位分辨率
}

指令3：写暂存器 [4Eh]

// 设置报警温度和分辨率
void WriteConfig(int8_t th, int8_t tl, uint8_t config) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0x4E);  // 写暂存器
    DS18B20_WriteByte(th);    // 高温阈值
    DS18B20_WriteByte(tl);    // 低温阈值
    DS18B20_WriteByte(config);// 配置寄存器
}

// 配置寄存器格式：
// bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0
//  0    R1   R0   1    1    1    1    1
//
// R1 R0 | 分辨率 | 转换时间
//  0  0 |  9位   | 93.75ms
//  0  1 | 10位   | 187.5ms
//  1  0 | 11位   | 375ms
//  1  1 | 12位   | 750ms（默认）

指令4：拷贝暂存器 [48h]

// 将TH、TL、配置保存到EEPROM
void CopyScratchpad(void) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0x48);

    // 寄生供电需强上拉10ms
    #ifdef PARASITE_POWER
        DQ_StrongPullup_Enable();
        Delay_ms(10);
        DQ_StrongPullup_Disable();
    #else
        Delay_ms(10);  // 外部供电也需等待
    #endif
}

指令5：召回EEPROM [B8h]

// 从EEPROM恢复TH、TL、配置（上电自动执行）
void RecallEEPROM(void) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0xB8);

    while(DS18B20_ReadBit() == 0); // 等待召回完成
}

指令6：读电源模式 [B4h]

// 检测供电方式
bool IsPowerExternal(void) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0xB4);

    return DS18B20_ReadBit();  // 1=外部供电，0=寄生供电
}

5. 关键时序参数

5.1 初始化时序（复位/存在脉冲）

主机              ─────┐         ┌──────────────
                       │         │
                       └─────────┘
                       ├─480μs─►├──►
                                ├15-60μs
从机  ────────────────────┐   ┌───────────────
                          └───┘
                          60-240μs

代码实现：

bool DS18B20_Reset(void) {
    bool presence;

    DQ_OUT();          // DQ设为输出
    DQ_LOW();          // 拉低总线
    Delay_us(480);     // 保持≥480μs

    DQ_IN();           // DQ设为输入（释放总线）
    Delay_us(70);      // 等待70μs
    presence = !DQ_READ();  // 读取存在脉冲（低电平有效）

    Delay_us(410);     // 完成复位时序（480μs总计）
    return presence;   // true=器件存在
}

5.2 写时序

写0时序

主机  ─────┐                       ┌───
           └───────────────────────┘
           ├60-120μs────────────────►
           ├─►├←15μs采样窗口

写1时序

主机  ─────┐   ┌───────────────────────
           └───┘
           ├1-15μs
               ├60-120μs────────────►

代码实现：

void DS18B20_WriteBit(uint8_t bit) {
    DQ_OUT();
    DQ_LOW();          // 启动写时序

    if(bit) {
        Delay_us(2);   // 写1：快速释放（2μs内）
        DQ_IN();
        Delay_us(58);  // 总共60μs
    } else {
        Delay_us(60);  // 写0：保持低电平60μs
        DQ_IN();
    }
    Delay_us(2);       // 恢复时间
}

void DS18B20_WriteByte(uint8_t data) {
    for(int i=0; i<8; i++) {
        DS18B20_WriteBit(data & 0x01);
        data >>= 1;
    }
}

5.3 读时序

主机  ─────┐ ┌─────────────────────
           └─┘
           1μs ├15μs采样窗口►

从机  ──────┐ ┌───  (读1)
           └─┘

       ──────────────  (读0)

代码实现：

uint8_t DS18B20_ReadBit(void) {
    uint8_t bit;

    DQ_OUT();
    DQ_LOW();          // 启动读时序
    Delay_us(2);       // 保持≥1μs

    DQ_IN();           // 释放总线
    Delay_us(10);      // 等待从机响应
    bit = DQ_READ();   // 采样（15μs内）

    Delay_us(50);      // 完成60μs时序
    return bit;
}

uint8_t DS18B20_ReadByte(void) {
    uint8_t data = 0;
    for(int i=0; i<8; i++) {
        data >>= 1;
        if(DS18B20_ReadBit()) {
            data |= 0x80;
        }
    }
    return data;
}

5.4 时序参数表

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位
复位脉冲低电平时间	tRSTL	480	-	-	μs
复位脉冲高电平时间	tRSTH	480	-	-	μs
存在脉冲低电平时间	tPDLOW	60	-	240	μs
写时序总时间	tSLOT	60	-	120	μs
写0低电平时间	tLOW0	60	-	120	μs
写1低电平时间	tLOW1	1	-	15	μs
读时序总时间	tSLOT	60	-	120	μs
读采样时间	-	-	-	15	μs
恢复时间	tREC	1	-	-	μs

6. 编程实现要点

6.1 GPIO配置要求

// 单总线必须配置为开漏输出或准双向I/O

// STM32示例
void DS18B20_GPIO_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;  // 开漏输出
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;          // 外部上拉
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

// 51单片机示例
sbit DQ = P1^0;
void DS18B20_GPIO_Init(void) {
    DQ = 1;  // P1^0配置为准双向口，初始高电平
}

6.2 延时函数精度要求

// ⚠️ 微秒级延时必须精确！建议使用定时器或汇编实现

// 方法1：使用SysTick定时器（STM32）
void Delay_us(uint32_t us) {
    uint32_t ticks = us * (SystemCoreClock / 1000000);
    SysTick->LOAD = ticks;
    SysTick->VAL = 0;
    SysTick->CTRL = 0x01;  // 使能，时钟源=系统时钟
    while(!(SysTick->CTRL & 0x10000));
    SysTick->CTRL = 0;
}

// 方法2：使用硬件定时器
void Delay_us(uint16_t us) {
    TIM_SetCounter(TIM2, 0);
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
    while(TIM_GetCounter(TIM2) < us);
    TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
}

// 方法3：汇编循环（51单片机，12MHz晶振）
void Delay_us(uint16_t us) {
    while(us--) {
        _nop_();  // 1个机器周期 = 1μs
    }
}

6.3 CRC校验实现

// CRC-8/MAXIM算法（多项式：x^8 + x^5 + x^4 + 1）
uint8_t DS18B20_CRC8(uint8_t *data, uint8_t len) {
    uint8_t crc = 0;

    for(uint8_t i=0; i<len; i++) {
        crc ^= data[i];
        for(uint8_t j=0; j<8; j++) {
            if(crc & 0x01) {
                crc = (crc >> 1) ^ 0x8C;  // 0x8C = 多项式
            } else {
                crc >>= 1;
            }
        }
    }
    return crc;
}

// 读取并校验温度
float ReadTemp_WithCRC(void) {
    uint8_t data[9];

    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0xBE);

    for(int i=0; i<9; i++) {
        data[i] = DS18B20_ReadByte();
    }

    // CRC校验
    if(DS18B20_CRC8(data, 8) != data[8]) {
        return -999.0;  // 校验失败
    }

    int16_t temp = (data[1] << 8) | data[0];
    return temp * 0.0625;
}

6.4 温度转换函数（支持负温度）

float DS18B20_GetTemperature(void) {
    uint8_t temp_l, temp_h;
    int16_t temp_raw;
    float temperature;

    // 启动转换
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0x44);
    Delay_ms(750);  // 等待转换完成

    // 读取温度
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0xBE);
    temp_l = DS18B20_ReadByte();
    temp_h = DS18B20_ReadByte();

    // 合并为16位有符号数
    temp_raw = (int16_t)((temp_h << 8) | temp_l);

    // 转换为摄氏度（12位分辨率）
    temperature = temp_raw * 0.0625;

    return temperature;
}

// 提取整数和小数部分（用于显示）
void GetTempParts(float temp, int *integer, int *decimal) {
    if(temp < 0) {
        temp = -temp;
        *integer = -(int)temp;
    } else {
        *integer = (int)temp;
    }
    *decimal = (int)((temp - (int)temp) * 10000);  // 保留4位小数
}

7. 常见问题与解决方案

问题1：读不到存在脉冲

症状： DS18B20_Reset() 返回false

可能原因：

硬件连接错误
上拉电阻未接或阻值不对
延时函数不准确
GPIO配置错误

解决方案：

// 调试代码
void Debug_Reset(void) {
    // 1. 检查GPIO配置
    DQ_OUT();
    DQ_LOW();
    Delay_ms(100);  // 示波器应看到低电平
    DQ_IN();
    Delay_ms(100);  // 示波器应看到被上拉到高电平

    // 2. 测试复位时序
    DQ_OUT();
    DQ_LOW();
    Delay_us(480);
    DQ_IN();
    Delay_us(70);
    if(DQ_READ() == 0) {
        // 存在脉冲检测到
    }
}

硬件检查清单：

上拉电阻4.7kΩ已接到VCC
DQ、GND、VDD三根线连接正确
寄生供电模式下VDD已接地
电源电压3.0-5.5V范围内

问题2：温度读数错误或不变

症状： 始终读到+85℃或奇怪的值

可能原因：

未等待转换完成
读写时序不正确
温度数据处理错误

解决方案：

// 方法1：增加转换等待时间
DS18B20_WriteByte(0x44);
Delay_ms(800);  // 增加到800ms

// 方法2：轮询忙标志
DS18B20_WriteByte(0x44);
while(DS18B20_ReadBit() == 0);  // 等待转换完成

// 方法3：检查数据有效性
float temp = DS18B20_GetTemperature();
if(temp == 85.0) {
    // 可能是上电默认值，需重新转换
}
if(temp < -55 || temp > 125) {
    // 超出范围，数据无效
}

问题3：多个传感器冲突

症状： 多器件时只有一个正常工作

解决方案：

// 正确的多器件操作流程
uint8_t ROM1[8] = {0x28, 0xAA, ...};  // 器件1的ROM
uint8_t ROM2[8] = {0x28, 0xBB, ...};  // 器件2的ROM

float ReadTemp_MultiDevice(uint8_t *rom) {
    // 步骤1：匹配特定器件
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0x55);  // 匹配ROM
    for(int i=0; i<8; i++) {
        DS18B20_WriteByte(rom[i]);
    }

    // 步骤2：启动转换
    DS18B20_WriteByte(0x44);
    Delay_ms(750);

    // 步骤3：再次匹配器件
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0x55);
    for(int i=0; i<8; i++) {
        DS18B20_WriteByte(rom[i]);
    }

    // 步骤4：读取温度
    DS18B20_WriteByte(0xBE);
    uint8_t temp_l = DS18B20_ReadByte();
    uint8_t temp_h = DS18B20_ReadByte();

    return ((int16_t)((temp_h << 8) | temp_l)) * 0.0625;
}

问题4：寄生供电模式不工作

症状： 温度转换失败或读数错误

解决方案：

// 强上拉电路实现（使用额外GPIO）

// 硬件连接：
// GPIO_STRONG_PULLUP ──[MOSFET]── VCC
//                              │
//                             DQ

void EnableStrongPullup(void) {
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);  // 导通MOSFET
}

void DisableStrongPullup(void) {
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}

// 温度转换
DS18B20_WriteByte(0x44);
EnableStrongPullup();   // ⚠️ 10μs内启动
Delay_ms(750);
DisableStrongPullup();

8. 实战代码模板

8.1 完整驱动程序（STM32）

/************************ ds18b20.h ************************/
#ifndef __DS18B20_H
#define __DS18B20_H

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include <stdbool.h>

// 硬件连接定义
#define DS18B20_GPIO_PORT       GPIOA
#define DS18B20_GPIO_PIN        GPIO_PIN_0
#define DS18B20_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()

// GPIO操作宏
#define DQ_OUT() do { \
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; \
    GPIO_InitStruct.Pin = DS18B20_GPIO_PIN; \
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; \
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; \
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; \
    HAL_GPIO_Init(DS18B20_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); \
} while(0)

#define DQ_IN() do { \
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; \
    GPIO_InitStruct.Pin = DS18B20_GPIO_PIN; \
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; \
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; \
    HAL_GPIO_Init(DS18B20_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct); \
} while(0)

#define DQ_LOW()  HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET)
#define DQ_HIGH() HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET)
#define DQ_READ() HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN)

// ROM指令
#define CMD_SEARCH_ROM    0xF0
#define CMD_READ_ROM      0x33
#define CMD_MATCH_ROM     0x55
#define CMD_SKIP_ROM      0xCC
#define CMD_ALARM_SEARCH  0xEC

// 功能指令
#define CMD_CONVERT_T     0x44
#define CMD_WRITE_SCRATCHPAD  0x4E
#define CMD_READ_SCRATCHPAD   0xBE
#define CMD_COPY_SCRATCHPAD   0x48
#define CMD_RECALL_EEPROM     0xB8
#define CMD_READ_POWER        0xB4

// 分辨率配置
#define RESOLUTION_9BIT   0x1F  // 0001 1111
#define RESOLUTION_10BIT  0x3F  // 0011 1111
#define RESOLUTION_11BIT  0x5F  // 0101 1111
#define RESOLUTION_12BIT  0x7F  // 0111 1111 (默认)

// API函数
void DS18B20_Init(void);
bool DS18B20_Check(void);
float DS18B20_GetTemperature(void);
void DS18B20_SetResolution(uint8_t resolution);
void DS18B20_SetAlarm(int8_t th, int8_t tl);
bool DS18B20_ReadROM(uint8_t *rom);

#endif

/************************ ds18b20.c ************************/
#include "ds18b20.h"

// 延时函数（使用DWT计数器，需在main中调用 CoreDebug->DEMCR |= 0x01000000）
static void Delay_us(uint32_t us) {
    uint32_t ticks = us * (SystemCoreClock / 1000000);
    DWT->CYCCNT = 0;
    while(DWT->CYCCNT < ticks);
}

// 复位并检测存在脉冲
static bool DS18B20_Reset(void) {
    bool presence;

    DQ_OUT();
    DQ_LOW();
    Delay_us(480);

    DQ_IN();
    Delay_us(70);
    presence = (DQ_READ() == GPIO_PIN_RESET);

    Delay_us(410);
    return presence;
}

// 写一位
static void DS18B20_WriteBit(uint8_t bit) {
    DQ_OUT();
    DQ_LOW();

    if(bit) {
        Delay_us(2);
        DQ_IN();
        Delay_us(58);
    } else {
        Delay_us(60);
        DQ_IN();
    }
    Delay_us(2);
}

// 读一位
static uint8_t DS18B20_ReadBit(void) {
    uint8_t bit;

    DQ_OUT();
    DQ_LOW();
    Delay_us(2);

    DQ_IN();
    Delay_us(10);
    bit = (DQ_READ() == GPIO_PIN_SET);

    Delay_us(50);
    return bit;
}

// 写一字节
static void DS18B20_WriteByte(uint8_t data) {
    for(int i=0; i<8; i++) {
        DS18B20_WriteBit(data & 0x01);
        data >>= 1;
    }
}

// 读一字节
static uint8_t DS18B20_ReadByte(void) {
    uint8_t data = 0;
    for(int i=0; i<8; i++) {
        data >>= 1;
        if(DS18B20_ReadBit()) {
            data |= 0x80;
        }
    }
    return data;
}

// CRC校验
static uint8_t DS18B20_CRC8(uint8_t *data, uint8_t len) {
    uint8_t crc = 0;
    for(uint8_t i=0; i<len; i++) {
        crc ^= data[i];
        for(uint8_t j=0; j<8; j++) {
            if(crc & 0x01) {
                crc = (crc >> 1) ^ 0x8C;
            } else {
                crc >>= 1;
            }
        }
    }
    return crc;
}

// 初始化
void DS18B20_Init(void) {
    DS18B20_GPIO_CLK_ENABLE();
    DQ_IN();

    // 使能DWT计数器（用于精确延时）
    CoreDebug->DEMCR |= CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk;
    DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk;
}

// 检测器件是否存在
bool DS18B20_Check(void) {
    return DS18B20_Reset();
}

// 读取温度
float DS18B20_GetTemperature(void) {
    uint8_t data[9];
    int16_t temp;

    // 启动转换
    if(!DS18B20_Reset()) return -999.0;
    DS18B20_WriteByte(CMD_SKIP_ROM);
    DS18B20_WriteByte(CMD_CONVERT_T);

    // 等待转换完成
    HAL_Delay(750);  // 12位模式

    // 读取温度
    if(!DS18B20_Reset()) return -999.0;
    DS18B20_WriteByte(CMD_SKIP_ROM);
    DS18B20_WriteByte(CMD_READ_SCRATCHPAD);

    for(int i=0; i<9; i++) {
        data[i] = DS18B20_ReadByte();
    }

    // CRC校验
    if(DS18B20_CRC8(data, 8) != data[8]) {
        return -999.0;
    }

    // 转换温度
    temp = (data[1] << 8) | data[0];
    return temp * 0.0625;
}

// 设置分辨率
void DS18B20_SetResolution(uint8_t resolution) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(CMD_SKIP_ROM);
    DS18B20_WriteByte(CMD_WRITE_SCRATCHPAD);
    DS18B20_WriteByte(0);  // TH
    DS18B20_WriteByte(0);  // TL
    DS18B20_WriteByte(resolution);

    // 保存到EEPROM
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(CMD_SKIP_ROM);
    DS18B20_WriteByte(CMD_COPY_SCRATCHPAD);
    HAL_Delay(10);
}

// 设置报警温度
void DS18B20_SetAlarm(int8_t th, int8_t tl) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(CMD_SKIP_ROM);
    DS18B20_WriteByte(CMD_WRITE_SCRATCHPAD);
    DS18B20_WriteByte(th);
    DS18B20_WriteByte(tl);
    DS18B20_WriteByte(RESOLUTION_12BIT);

    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(CMD_SKIP_ROM);
    DS18B20_WriteByte(CMD_COPY_SCRATCHPAD);
    HAL_Delay(10);
}

// 读取ROM序列号
bool DS18B20_ReadROM(uint8_t *rom) {
    if(!DS18B20_Reset()) return false;

    DS18B20_WriteByte(CMD_READ_ROM);
    for(int i=0; i<8; i++) {
        rom[i] = DS18B20_ReadByte();
    }

    // 校验系列码
    if(rom[0] != 0x28) return false;

    // CRC校验
    if(DS18B20_CRC8(rom, 7) != rom[7]) return false;

    return true;
}

8.2 主程序示例

/************************ main.c ************************/
#include "main.h"
#include "ds18b20.h"
#include <stdio.h>

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();

    // 初始化DS18B20
    DS18B20_Init();

    // 检测器件
    if(!DS18B20_Check()) {
        printf("DS18B20 not found!\n");
        while(1);
    }

    // 读取ROM序列号
    uint8_t rom[8];
    if(DS18B20_ReadROM(rom)) {
        printf("ROM: ");
        for(int i=0; i<8; i++) {
            printf("%02X ", rom[i]);
        }
        printf("\n");
    }

    // 设置12位分辨率
    DS18B20_SetResolution(RESOLUTION_12BIT);

    // 设置报警温度（25℃~30℃）
    DS18B20_SetAlarm(30, 25);

    while(1) {
        // 读取温度
        float temp = DS18B20_GetTemperature();

        if(temp != -999.0) {
            printf("Temperature: %.4f °C\n", temp);

            // 提取整数和小数部分
            int temp_int = (int)temp;
            int temp_dec = (int)((temp - temp_int) * 10000);
            printf("Display: %d.%04d °C\n", temp_int, temp_dec);
        } else {
            printf("Read error!\n");
        }

        HAL_Delay(1000);
    }
}

8.3 蓝桥杯LCD显示示例

// 温度显示函数（适配蓝桥杯开发板）
void Display_Temperature(void) {
    float temp = DS18B20_GetTemperature();
    char str[16];

    if(temp != -999.0) {
        // 处理负温度
        if(temp < 0) {
            temp = -temp;
            sprintf(str, "-%.2f", temp);
        } else {
            sprintf(str, " %.2f", temp);
        }

        // 显示到LCD（假设LCD_ShowString函数已定义）
        LCD_ShowString(0, 0, "Temp:");
        LCD_ShowString(6, 0, str);
        LCD_ShowString(12, 0, "C");
    } else {
        LCD_ShowString(0, 0, "Error!");
    }
}

附录A：快速参考表

A.1 指令速查

指令类型	指令码	功能	应用场景
ROM指令
搜索ROM	F0h	识别所有器件序列号	系统初始化
读取ROM	33h	读取单个器件序列号	单器件系统
匹配ROM	55h	选择特定器件	多器件系统
跳过ROM	CCh	操作所有器件	单器件快速操作
报警搜索	ECh	查找报警器件	温度监控系统
功能指令
温度转换	44h	启动AD转换	测温
读暂存器	BEh	读取9字节数据	获取温度
写暂存器	4Eh	写入TH/TL/配置	设置参数
拷贝暂存器	48h	保存到EEPROM	掉电保存
召回EEPROM	B8h	从EEPROM恢复	上电初始化
读电源模式	B4h	检测供电方式	自适应程序

A.2 常用代码片段

// 1. 快速读温度（单器件，无CRC）
float QuickRead(void) {
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);  // 跳过ROM
    DS18B20_WriteByte(0x44);  // 转换
    HAL_Delay(750);
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_WriteByte(0xCC);
    DS18B20_WriteByte(0xBE);  // 读取
    uint8_t l = DS18B20_ReadByte();
    uint8_t h = DS18B20_ReadByte();
    return ((int16_t)((h << 8) | l)) * 0.0625;
}

// 2. 设置9位分辨率（快速转换）
DS18B20_Reset();
DS18B20_WriteByte(0xCC);
DS18B20_WriteByte(0x4E);
DS18B20_WriteByte(0); DS18B20_WriteByte(0);
DS18B20_WriteByte(0x1F);  // 9位
// 转换时间缩短到94ms

// 3. 检测报警
DS18B20_Reset();
DS18B20_WriteByte(0xEC);  // 报警搜索
if(DS18B20_ReadBit()) {
    // 有器件报警
}

附录B：故障排查流程图

开始
  │
  ▼
复位失败? ──是─► 检查硬件连接
  │否              │
  ▼               ▼
温度=85°C? ──是─► 未完成转换，增加等待时间
  │否              │
  ▼               ▼
温度乱跳? ──是─► 检查延时精度/电源稳定性
  │否              │
  ▼               ▼
寄生供电失败? ──是─► 检查强上拉电路
  │否
  ▼
多器件冲突? ──是─► 使用匹配ROM指令
  │否
  ▼
正常工作

附录C：性能优化建议

C.1 提高读取速度

降低分辨率

DS18B20_SetResolution(RESOLUTION_9BIT);  // 94ms vs 750ms

并行转换多个器件

// 同时启动所有器件转换
DS18B20_Reset();
DS18B20_WriteByte(0xCC);  // 跳过ROM
DS18B20_WriteByte(0x44);  // 所有器件同时转换
HAL_Delay(750);

// 逐个读取结果
for(int i=0; i<device_count; i++) {
    MatchROM(rom_list[i]);
    temperature[i] = ReadTemp();
}

使用DMA+定时器
- 定时器触发转换
- DMA自动读取数据
- CPU释放处理其他任务

C.2 提高可靠性

多次读取求平均

float temp_sum = 0;
for(int i=0; i<3; i++) {
    temp_sum += DS18B20_GetTemperature();
    HAL_Delay(10);
}
return temp_sum / 3;

添加异常值过滤

float last_valid_temp = 25.0;
float new_temp = DS18B20_GetTemperature();

if(fabs(new_temp - last_valid_temp) > 10.0) {
    // 温度跳变>10℃，可能是错误
    return last_valid_temp;
}
last_valid_temp = new_temp;
return new_temp;

附录D：学习资源

D.1 官方资料

DS18B20 Datasheet (Dallas Semiconductor)
Application Note 27 (CRC算法)
Application Note 74 (单总线通信)

D.2 推荐工具

示波器/逻辑分析仪（调试时序）
Bus Pirate（单总线测试工具）
STM32CubeMX（快速配置GPIO）

D.3 常见开发板适配

开发板	DQ引脚	注意事项
蓝桥杯CT107D	P1.4	需配置为准双向口
STM32F103	PA0	配置为开漏输出
Arduino Uno	D2	pinMode(2, INPUT)
ESP32	GPIO4	避免使用下载口

文档版本： v1.0
最后更新： 2026-02-01
作者： Claude (基于DS18B20中文手册)
适用对象： 蓝桥杯嵌入式开发学习者

使用提示

初学者建议先使用外部供电+跳过ROM模式
调试时使用示波器查看时序波形
遇到问题先检查硬件连接和延时精度
参考实战代码模板快速上手

蓝桥杯竞赛要点

掌握单总线读写时序
熟练使用跳过ROM指令（CCh）
正确处理负温度显示
实现温度报警功能
LCD显示温度值（保留2位小数）

END

DS18B20技术文档

DS18B20数字温度传感器技术总结文档

目录

1. 器件概述

1.1 核心特性

1.2 典型应用场景

2. 引脚定义与电路连接

2.1 引脚说明

2.2 典型连接电路

方式1：外部供电（推荐）

方式2：寄生供电

3. 工作原理

3.1 内部结构

3.2 暂存器结构（9字节）

3.3 温度数据格式

4. 操作流程详解

4.1 标准操作序列（必须遵守！）

4.2 ROM指令详解

指令1：搜索ROM [F0h]

指令2：读取ROM [33h]

指令3：匹配ROM [55h]

指令4：跳过ROM [CCh]（常用！）

指令5：报警搜索 [ECh]

4.3 功能指令详解

指令1：温度转换 [44h] 最常用

指令2：读暂存器 [BEh] 最常用

指令3：写暂存器 [4Eh]

指令4：拷贝暂存器 [48h]

指令5：召回EEPROM [B8h]

指令6：读电源模式 [B4h]

5. 关键时序参数

5.1 初始化时序（复位/存在脉冲）

5.2 写时序

写0时序

写1时序

5.3 读时序

5.4 时序参数表

6. 编程实现要点

6.1 GPIO配置要求

6.2 延时函数精度要求

6.3 CRC校验实现

6.4 温度转换函数（支持负温度）

7. 常见问题与解决方案

问题1：读不到存在脉冲

问题2：温度读数错误或不变

问题3：多个传感器冲突

问题4：寄生供电模式不工作

8. 实战代码模板

8.1 完整驱动程序（STM32）

8.2 主程序示例

8.3 蓝桥杯LCD显示示例

附录A：快速参考表

A.1 指令速查

A.2 常用代码片段

附录B：故障排查流程图

附录C：性能优化建议

C.1 提高读取速度

C.2 提高可靠性

附录D：学习资源

D.1 官方资料

D.2 推荐工具

D.3 常见开发板适配