一、DS18B20工作原理
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
DS18B20有4个主要的数据部件：
1、光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的
它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位(28H)是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
2、DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量
以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。
这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。
3、DS18B20温度传感器的存储器
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。
4、配置寄存器
该字节各位的意义如下：
表1： 配置寄存器结构
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TM |
R1 |
R0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
低五位一直都是"1"，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：(DS18B20出厂时被设置为12位)
表2 温度分辨率设置表
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R1 |
R0 |
分辨率 |
温度最大转换时间 |
|
0 |
0 |
9位 |
93.75ms |
|
0 |
1 |
10位 |
187.5ms |
|
1 |
0 |
11位 |
375ms |
|
1 |
1 |
12位 |
750ms |
二、DS18B20温度传感器工作原理框图
图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
三、18B20 单线通信应用
DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，如果出现序列混乱， 1-WIRE 器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。根据 DS18B20 的协议规定，微控制器控制 DS18B20 完成温度的转换必须经过以下 3个步骤 ：
1、读写前对 DS18B20 进行复位初始化。复位要求主 CPU 将数据线下拉 500us ，然后释放， DS18B20 收到信号后等待 16us~60us 左右，然后发出60us~240us 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号后表示复位成功。
2、一条 ROM 指令
DS18B20的ROM指令集
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指令名称 |
指令代码 |
指令功能 |
|
读ROM |
33H |
读DS18B20ROM中的编码（即读64位地址） |
|
ROM匹配（符合ROM） |
55H |
发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与编码相对应DS18B20使之作出响应，为下一步对该DS18B20的读写作准备 |
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搜索ROM |
0F0H |
用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址，为操作各器件作好准备 |
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跳过ROM |
0CCH |
忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发温度变换命令，适用于单片机工作 |
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警报搜索 |
0ECH |
该指令执行后。只有温度超过设定之上限或下限的片子才做出响应 |
3、存储器指令
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指令名称 |
指令代码 |
指令功能 |
|
温度变换 |
44H |
启动DS18B20进行温度转换，转换时间最长尾500ms（典型为200ms），结果存入内部9字节RAM中 |
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读暂存器 |
0BEH |
读内部RAM中字节的内容 |
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写暂存器 |
4EH |
发出向内部RAM的第3、4字节写上，下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据 |
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复制暂存器 |
45H |
将RAM中第3、4字节的内容复制到EEPROM中 |
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重调EEPROM |
0B8H |
EEPROM中的内容恢复扫RAM中的第3、4字节 |
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读供电方式 |
0B4H |
读DS18B20的供电模式，寄生供电时DS18B20发送“0”，外接电源供电DS18B20发送“1” |