DS18B20是美國Maxim Integrated（原Dallas Semiconductor）推出的一款款單總線數(shù)字溫度傳感器，憑借其單總線通信的簡(jiǎn)潔性、無需外圍元件的集成設(shè)計(jì)、寬溫域測(cè)量能力及可級(jí)聯(lián)多節(jié)點(diǎn)的特性，成為嵌入式系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居等領(lǐng)域中最常用的溫度傳感方案之一。從工業(yè)設(shè)備的過熱保護(hù)到家庭溫濕度計(jì)的精準(zhǔn)測(cè)溫，從汽車空調(diào)的環(huán)境感知到醫(yī)療設(shè)備的體溫監(jiān)測(cè)，DS18B20以其穩(wěn)定的性能和靈活的應(yīng)用方式，在各類溫度采集場(chǎng)景中占據(jù)著重要地位，其設(shè)計(jì)理念充分體現(xiàn)了“簡(jiǎn)化硬件、強(qiáng)化軟件”的嵌入式設(shè)計(jì)思路。

DS18B20的核心優(yōu)勢(shì)源于其獨(dú)特的單總線（1-Wire）通信協(xié)議，這一協(xié)議允許僅通過一根信號(hào)線（加上地線）實(shí)現(xiàn)傳感器與微控制器（MCU）之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸，極大簡(jiǎn)化了硬件布線。與傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器（如LM35）需要AD轉(zhuǎn)換器、I2C傳感器需要SDA/SCL兩根線不同，DS18B20的單總線設(shè)計(jì)使系統(tǒng)電路更簡(jiǎn)潔，尤其適合空間受限或布線復(fù)雜的場(chǎng)景——例如，在分布式溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，多個(gè)DS18B20可共用一根總線連接到MCU，無需為每個(gè)傳感器單獨(dú)布線，大幅降低了硬件成本與布線難度。單總線的通信過程通過嚴(yán)格的時(shí)序控制實(shí)現(xiàn)，包括初始化、ROM命令、功能命令三個(gè)階段：初始化時(shí)，MCU先發(fā)送復(fù)位脈沖（至少480μs的低電平），釋放總線后等待傳感器返回應(yīng)答脈沖（60~240μs的低電平），確認(rèn)傳感器在線；隨后，MCU發(fā)送ROM命令（如讀取64位ROM代碼、匹配ROM、搜索ROM等），用于在多傳感器級(jí)聯(lián)時(shí)識(shí)別目標(biāo)設(shè)備；最后發(fā)送功能命令（如啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換、讀取暫存器、寫入配置寄存器等），完成具體的測(cè)溫與數(shù)據(jù)交互。這種時(shí)序嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臅r(shí)序定義（如高低電平的最小/最大持續(xù)時(shí)間）是單總線通信可靠的關(guān)鍵，任何時(shí)序偏差都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，因此在軟件編程時(shí)需精確控制GPIO的電平切換時(shí)間。

從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，DS18B20集成了溫度傳感器、12位ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、64位ROM、暫存器（Scratchpad）、EEPROM及單總線接口電路，這些模塊協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)溫度的采集、轉(zhuǎn)換與傳輸。溫度測(cè)量的核心是內(nèi)部的溫度傳感器，它能感知-55℃至+125℃的范圍內(nèi)感知-10℃至+85℃區(qū)間內(nèi)，測(cè)量精度可達(dá)±0.5℃，在全量程內(nèi)精度為±2℃，足以滿足大多數(shù)民用與工業(yè)場(chǎng)景。傳感器采集的模擬溫度信號(hào)經(jīng)12位ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)在暫存器的兩個(gè)兩個(gè)字節(jié)中（溫度寄存器），其中高位字節(jié)的高5位為符號(hào)位（0表示正溫，1表示負(fù)溫），低位字節(jié)與高位字節(jié)的低3位共同構(gòu)成溫度值的小數(shù)部分，通過特定的算法可解析出精確到0.0625℃的溫度數(shù)據(jù)（如0x0550對(duì)應(yīng)的溫度為85℃，0x0000對(duì)應(yīng)0℃，0xFFF8對(duì)應(yīng)-0.5℃）。值得注意的是，DS18B20支持分辨率可調(diào)（9~12位），通過配置暫存器的配置寄存器（第4字節(jié)），可選擇不同的轉(zhuǎn)換精度：9位分辨率（溫度增量0.5℃，轉(zhuǎn)換時(shí)間93.75ms）、10位（0.25℃，187.5ms）、11位（0.125℃，375ms）、12位（0.0625℃，750ms），用戶可根據(jù)應(yīng)用對(duì)精度與速度的需求靈活配置，例如在實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)景（如電機(jī)過熱保護(hù)）選擇9位分辨率，在精度要求高的場(chǎng)景（如實(shí)驗(yàn)室恒溫箱）選擇12位分辨率。

64位ROM是DS18B20實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)級(jí)聯(lián)的核心，每顆傳感器的ROM都包含唯一的64位序列號(hào)，這一序列號(hào)由8位家族碼（DS18B20的家族碼為0x28）、48位唯一序列號(hào)和8位CRC校驗(yàn)碼組成。當(dāng)多個(gè)DS18B20掛接在同一總線上時(shí)，MCU可通過“搜索ROM”命令遍歷總線上所有傳感器的序列號(hào)，再通過“匹配ROM”命令指定目標(biāo)傳感器進(jìn)行通信，避免了多節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)沖突。這種設(shè)計(jì)使單總線系統(tǒng)最多可級(jí)聯(lián)數(shù)百個(gè)傳感器（受總線驅(qū)動(dòng)能力限制），特別適合大型空間的分布式測(cè)溫（如倉庫、溫室、電纜溝的多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)）。暫存器（Scratchpad）是一個(gè)8字節(jié)的臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，除了存儲(chǔ)溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果（第0~1字節(jié)）和配置寄存器（第4字節(jié)），還包含3字節(jié)的保留區(qū)（第2~3字節(jié)、第5字節(jié)）、1字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼（第7字節(jié)），其中CRC碼用于驗(yàn)證暫存器數(shù)據(jù)的完整性——MCU讀取暫存器后，可通過內(nèi)置的CRC算法驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否在傳輸過程中出錯(cuò)，確保溫度數(shù)據(jù)的可靠性。EEPROM則用于永久保存配置寄存器的內(nèi)容，當(dāng)傳感器上電時(shí)，EEPROM中的配置會(huì)自動(dòng)加載到暫存器，保證分辨率設(shè)置在斷電后不丟失。