想象一下，你需要在一座大型温控大棚、一整套工业设备或一个复杂的电子系统中，同时、精确地感知数十甚至上百个点的温度。如何布线才能避免一团乱麻？如何管理成本又不失精度？这正是 DS18B20 数字温度传感器，凭借其革命性的 单总线通信协议（1-Wire） 和出色的 多节点组网能力，大放异彩的核心场景。

单总线：化繁为简的通信艺术

相较于传统温度传感器常见的I2C或SPI接口，DS18B20的单总线（1-Wire）协议是其最鲜明的标签与核心竞争力。

1. 物理连接极简： 顾名思义，DS18B20与微控制器（MCU）之间的通信仅需一根数据线（DQ），同时这根数据线还用于为传感器寄生供电（Parasite Power）。这是如何做到的？秘诀在于特定的时序控制，在通信间隙高效地从数据线上“汲取”能量并存储在内部电容中。当然，如果环境恶劣或线缆过长，强烈建议增加一根独立的VDD电源线以保障稳定。地线（GND） 是必不可少的第三条线。
2. 低功耗典范： DS18B20在待机状态功耗超低（接近静态电流），仅在温度转换和通信时消耗毫安级电流，特别适合电池供电或低功耗场景。
3. 独特通信机制：

• 主从结构： MCU作为整个1-Wire网络的唯一主设备（Master），掌握通信主导权。所有DS18B20都是从设备（Slave），严格响应主设备的指令。
• 严格时序驱动： 通信的核心在于主设备产生非常精准的“复位脉冲”、“写时隙”（写0或写1）和“读时隙”。每种操作对应特定的低电平和高电平持续时间组合。DS18B20的硬件电路通过采样DQ线在这些特定窗口期的电平状态来识别指令或返回数据。
• 数据序列化： 指令和数据以LSB（最低有效位）在前的方式，逐个比特地在单根线上传输，主设备通过控制时序生成或识别这些比特流。
• ROM ID 与全局搜索： 每个DS18B20出厂时都拥有一个全球唯一的64位ROM编码（包含8位家族码、48位唯一序列号、8位CRC校验码）。这是实现多节点共存和精准寻址的基石。主设备通过特定的搜索算法（如“二叉树搜索”），能够在只使用一根数据线的总线上，逐个发现并记录所有在线从设备的ROM ID。

多节点组网：一线连接世界的智慧

单总线协议的精妙之处，正在于它天然地支持多个设备并联在同一根数据线上，MCU能精确地与其中任何一个或多个进行通信。这种能力极大地简化了多点测温系统的部署。

1. 拓扑结构： 所有DS18B20（节点）的DQ引脚并联到主MCU的单一I/O口，所有GND连接在一起，VDD（如果使用外部电源）也连接在一起。结构极为简洁清晰。
2. 通信流程关键步：

• 初始化与复位（Reset & Presence Detect）： MCU发出复位脉冲（拉低DQ至少480us），随后释放总线（进入接收模式）。所有在线的DS18B20会在特定时间窗口内（60-240us内）拉低DQ（响应存在脉冲），通知主设备有设备在线。
• ROM命令阶段（目标寻址/操作）：
• 搜索ROM（Search ROM, F0h）： 用于首次发现或重新扫描总线上所有在线的DS18B20的ROM ID。
• 匹配ROM（Match ROM, 55h）： 最精确的“点名”。主设备发送55h命令后，紧接着发送一个已知的64位目标ROM ID。只有与该ID完全匹配的DS18B20才会响应后续的功能命令（如启动转换、读取温度），其它设备忽略后续操作。
• 跳过ROM（Skip ROM, CCh）： 风险与效率并存！MCU发送CCh命令，意味着后续的功能命令将广播给总线上所有的DS18B20。这仅在确信总线上只有一个设备，或需要同时对所有设备执行相同操作（如同时启动所有转换）时才高效安全。
• 警报搜索（Alarm Search, ECh）： 用于快速定位那些温度值超出预设报警阈值的设备（需提前设置TH/TL寄存器）。
• 功能命令阶段（执行任务）：
• 启动温度转换（Convert T, 44h）： 非常重要的命令！触发选定的DS18B20开始一次温度测量。转换时间取决于设定的分辨率（9-12位，9位最快约94ms，12位最慢约750ms）。在寄生供电模式下，此命令后主设备需在总线上提供强上拉（通常通过MOSFET控制）以保证转换期间的电源需求。
• 读取暂存器/温度值（Read Scratchpad, BEh）： 读取DS18B20内部暂存器的9个字节数据，其中前两个字节就是转化完成的温度值（二进制补码形式，需按手册转换）。务必在启动转换并等待足够时间后再读取。
• 其它命令： 写入配置/报警值（Write Scratchpad, 4Eh）、复制暂存器到EEPROM（Copy Scratchpad, 48h）、召回EEPROM值（Recall E2, B8h）等。

实践中的组网设计与优化策略

要使多节点DS18B20网络稳定可靠，需关注几个关键点：

1. 电源策略选择：

• 寄生供电： 最大优势是仅需两根线（DQ+GND）！极其简化布线。但转换期间需主MCU在总线上提供强上拉（如1kΩ以下电阻连接到5V），确保能量供应。总线电容过大或线缆过长时容易不稳定。适用节点数较少、环境温和、转换频率不高的场景。
• 外部电源供电（三线制）： 最稳定可靠的方案。每个DS18B20的VDD引脚独立连接到系统电源。此时DQ线只负责通信，无需强上拉转换（但通常仍需一个弱上拉电阻如4.7kΩ）。强烈推荐在节点较多、长距离传输或需要高频率转换的场景中使用。

1. 总线负载管理：

• 理论极限与实际限制： DS18B20的低功耗特性理论上支持并联大量设备（如数百个）。但实际节点数量受制于：
• 总线电容： 线缆长度、连接点数量决定总线电容值。电容过大会使信号上升沿变缓，可能导致通信时序错误。一般建议电容控制在800pF以内，通常对应**几十米线缆