DS18B20 温度传感器：原理、特性与应用解析(三)

单总线通信协议：极简布线的底层逻辑

单总线（1-Wire）是 DS18B20 的核心技术，它通过一根数据线实现双向通信，通信过程严格遵循初始化、ROM 命令、功能命令的三段式时序，确保数据传输的可靠性。

初始化阶段

初始化是通信的前提，由 MCU 发送复位脉冲，DS18B20 返回应答脉冲，确认器件在线：

MCU 发送复位脉冲：将 DQ 线拉低至少 480μs，然后释放总线（上拉电阻使 DQ 线恢复高电平）。

等待应答脉冲：DS18B20 检测到复位脉冲后，延迟 15~60μs，然后将 DQ 线拉低 60~240μs 作为应答。MCU 需在释放总线后的 15~60μs 内检测 DQ 线电平，若为低则表示器件响应。

初始化失败通常源于总线短路、上拉电阻缺失或传感器损坏，实际应用中需通过多次重试机制提高可靠性。

ROM 命令阶段

当总线上连接多个 DS18B20 时，需通过 ROM 命令识别目标器件，常用命令包括：

读 ROM（0x33）：读取当前总线上唯一器件的 64 位 ROM 地址（仅适用于单器件场景）。

匹配 ROM（0x55）：后跟 64 位 ROM 地址，仅与该地址匹配的传感器响应后续命令（多器件通信核心命令）。

搜索 ROM（0xF0）：通过位碰撞检测算法，逐步确定总线上所有器件的 ROM 地址（用于未知地址的多器件枚举）。

跳过 ROM（0xCC）：忽略 ROM 地址，直接向总线上所有器件发送功能命令（适用于单器件或广播场景）。

例如，在多传感器组网中，MCU 先通过搜索 ROM 获取所有器件地址，再通过匹配 ROM 命令单独控制每个传感器，避免数据冲突。

功能命令阶段

ROM 命令后，MCU 发送功能命令控制传感器工作，关键命令包括：

温度转换（0x44）：启动温度测量，转换时间取决于分辨率（9~12 位对应 93.75~750ms），转换期间 DQ 线可保持高电平或由 MCU 控制。

读暂存器（0xBE）：读取 RAM 中 9 字节数据，包括温度寄存器（第 2、3 字节）、配置寄存器（第 4 字节）等，读取时需按字节顺序，每个字节后传感器会发送一个应答位。

写暂存器（0x4E）：向 RAM 写入 3 字节数据（高温报警阈值、低温报警阈值、配置寄存器），用于设置温度报警上下限。

复制暂存器（0x48）：将 RAM 中的配置信息写入 EEPROM（非易失性存储），确保断电后配置不丢失。

召回 EEPROM（0xB8）：将 EEPROM 中保存的配置信息恢复到 RAM，用于上电初始化。

功能命令的执行需严格遵循时序，例如写命令时，MCU 需在每个位周期（60~120μs）内将 DQ 线拉低（写 0）或保持高电平（写 1），传感器在每个位周期的中间（约 30μs）采样 DQ 线电平。