DS18B20 温度传感器

DS18B20 温度传感器 · 笔记

📌 导读

DS18B20 是一款极为常用的单总线数字温度传感器，凭借单线通信、宽温范围、高精度、可组网等优势，被广泛应用于车载冰箱、工业测温、智能家居等场景。本文带你从硬件连接、数据格式、时序协议到代码实现，一次搞懂。

⚡ 核心特性关键数据

-55 ~ +125 °C

测温范围

±1 °C

测温误差（全范围）

9 ~ 12 bit

可编程分辨率默认 12 位

0.0625 °C

最高分辨率 (12 位)

1-Wire

单总线接口，仅需 1 根信号线

3.0 ~ 5.5 V

供电电压，支持寄生供电

输出方式数字信号 (16 位补码)

转换时间 (12 位) 约 750 ms

可组网数量单总线多颗 (唯一 64 位 ROM 编码)

外围器件无需额外电阻电容

🔌 硬件连接实验箱参考

① VDD — 电源 (3~5.5 V)

② DQ — P3.3 (经短路帽连接)

③ GND — 地

⚠️ 重要 · DQ 引脚必须通过短路帽连接到 P3.3，否则传感器无法与单片机通信。上拉电阻 (典型 4.7 kΩ) 至 VDD 也是必需的。

典型电路 MCU 与 18B20 同电源、同地，DQ 加上拉电阻

实验箱位置背面黑色器件，标有 "一线制测温"

📊 温度数据格式 16 位补码

温度值以 16 位扩展二进制补码 形式存储在温度寄存器中。
• 高 8 位 + 低 8 位 = 完整温度数据
• 符号位 S (bit15~bit11)：S=0 正数，S=1 负数
• 小数部分 (低 4 位)：0.5 / 0.25 / 0.125 / 0.0625 °C
• 正数：原码直接转换；负数：取反加一

// 温度换算示例 (12 位分辨率) if (temp_high & 0x80) { // 负温度 temp_raw = (temp_high << 8) | temp_low; temp_raw = (~temp_raw) + 1; temp_celsius = temp_raw * 0.0625; // 加负号 } else { // 正温度 temp_raw = (temp_high << 8) | temp_low; temp_celsius = temp_raw * 0.0625; }

💡 实际代码中为避免浮点运算，可乘以 625 再除以 10000，保留 4 位小数精度。

🔁 单总线通信协议时序核心

所有通信从初始化序列开始。 单总线操作严格遵循三步：

初始化：主机拉低总线 ≥480 μs (复位脉冲)，释放后等待 15~60 μs，从机拉低 60~240 μs (存在脉冲)。
ROM 命令：读 ROM、匹配 ROM、跳过 ROM (CCh) 等。单设备场景用 CCh 跳过。
功能命令：温度转换 (44h)、读暂存器 (BEh) 等。

写时序拉低总线，15 μs 内释放 = 写 1；拉低 ≥60 μs = 写 0

读时序拉低 1 μs，释放，在 15 μs 内采样总线电平

📋 完整测温命令流程 44h + BEh

Step 1 · 启动温度转换
复位 → 发送 CCh (跳过 ROM) → 发送 44h (转换) → 等待 DQ 变高 (转换完成)

Step 2 · 读取温度数据
复位 → 发送 CCh (跳过 ROM) → 发送 BEh (读暂存器) → 读取低 2 个字节 → 换算温度

👉 核心命令速记 44h → 转换 | BEh → 读取 | CCh → 跳过 ROM (单设备)

“单总线的信号有明确的时序要求，不能像控制 LED 那样只给高低电平——每一个读、写、复位都必须卡对时间。”

—— 8051 入门教学 · 温度传感器章节

🧩 代码实现要点

// 底层时序函数 (以 24MHz 为参考) void DS18B20_Reset() { DQ = 0; delay_us(480); DQ = 1; delay_us(60); // 检测存在脉冲 (低电平有效) while(DQ == 1); // 等待从机拉低 delay_us(420); } void DS18B20_WriteBit(bit dat) { DQ = 0; if(dat) { DQ = 1; delay_us(60); } else { delay_us(60); DQ = 1; } } bit DS18B20_ReadBit() { bit dat; DQ = 0; delay_us(2); DQ = 1; delay_us(2); dat = DQ; delay_us(60); return dat; } // 读取温度 (组合流程) void DS18B20_ReadTemp() { DS18B20_Reset(); DS18B20_WriteByte(0xCC); // 跳过 ROM DS18B20_WriteByte(0x44); // 转换 while(DQ == 0); // 等待完成 DS18B20_Reset(); DS18B20_WriteByte(0xCC); DS18B20_WriteByte(0xBE); // 读取 temp_low = DS18B20_ReadByte(); temp_high = DS18B20_ReadByte(); // 换算 ... }

📌 完整工程需包含头文件声明、变量定义，并注意 16 位变量溢出问题。

🧊 典型应用案例车载冰箱

测温场景车载小冰箱温度检测

选用理由精度好、数字输出、抗干扰强

封装形态 TO-92 (实验箱) / 防水探头 / 螺纹安装

🧪 课后小练动手实践

📟 电子测温计设计

按下开关机键开机，显示 "---" 或 "---°C"
2 秒内测出当前温度并显示
按键切换摄氏度 / 华氏度
按下开关机键关机，或 30 秒无操作自动关机
可自行研究摄氏与华氏换算关系

📝 总结

DS18B20 以单总线、宽温域、高精度的特性成为温度传感首选。掌握复位、写/读时序、命令流程 (44h + BEh) 以及 16 位补码换算，就能快速驱动这颗传感器。配合单片机，可轻松实现从测温到控温的完整系统。

DS18B20 数字温度传感器