1 DS18B20简介

作为一种数字化温度传感器，DS18B20测温时无需任何外部元件，可直接输出9～12 位（含符号位）的被测温度值，测温范围为-55～+125 ℃；在-10～+85 ℃范围内测量精度为±0.5 ℃，输出测量分辨率可调，最高可达0．062 5 ℃ ；支持“单线总线”技术，仅需要占用一个通用I／O端口即可完成与单片机的通信；现场温度直接以“单线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力。每片DS18B20内含唯一的64位ROM编码，因此可以对挂在总线上多片DS18B20进行唯一寻址，只有被寻址的DS18B20才能对后续操作命令作出响应。

1.1 “单线总线”通信协议

“单线总线”是一种在一条总线（这条总线只有一条口线）具有单主机多从机的总线系统，在“单线总线”可挂多个从机系统。为了不引起逻辑上的冲突，所有从机系统“单线总线”接口都是漏极开路的，多个从机系统输出信号在总线上实现线与，因此在使用时必须对总线外加上拉电阻。

为保证数据的完整性，所有的单线总线器件都要遵循严格的通信协议。“单线总线”通信协议定义了复位脉冲、应答脉冲、写时序和读时序等几种信号类型（具体的时序参考相关文献，这里不再做具体介绍）。所有的单总线命令序列（如初始化、ROM命令、RAM命令）都是由这些基本的信号类型组成的。在这些信号中，除了应答脉冲外，其他均由主机发出，并且发送的所有命令和数据都是字节的低位在前。

1.2 DS18B20的ROM编码

每片DS18B20含有一个唯一的64位ROM编码。头8位是产品系列码，接着的48位是产品序列号，最后8位是CRC（循环冗余校验）码。主机可以对总线上多片DS18B20唯一寻址，因此多片DS18B20能够连在同一条数据线上而不会造成混乱，这为温度的多点测量带来了极大的方便。64位的ROM注册码如下：

1.3 DS18B20 ROM搜索命令

当单线总线上挂有多个DS18B20时，系统对总线上器件的数量和每个器件的ROM的识别与搜索是通过DS18B20 ROM搜索命令与算法配合来实现的。下面具体介绍ROM搜索命令的工作过程。对64位ROM编码识别从最低位开始， ROM编码的每一位搜索过程可总结为“两读一写”：读一位，读该位补码；写一位。总线主机在ROM编码每一位上完成这三步就可以获得一个器件的ROM编码。

（1） 两读

总线主机发布ROM搜索命令后执行一次读，总线上所有器件就把它们各自ROM编码的第一位放到总线来作出响应。这次读获得的数据是所有器件放在总线上数据的“与”。再执行一次读，因为ROM搜索命令正在执行所以总线上所有器件把各自ROM编码的第一位的补码放在总线上，第二次读获得的数据也是所有器件放在总线上数据的“与”。对第一位的“两读”就此完成。之后主机再次进行的“两读”则是针对ROM编码的第二位，以此类推。从“两读”获得的数据有以下解释，如表1所列。

表1 “两读”获得的数据解释

（2） 一写

对ROM编码的某一位“两读”之后，对该位进行“一写”操作。“一写”操作写的数据要根据“两读”获得的数据来确定。如果“两读”数据为00，则表示总线上器件在该位上数据发生冲突，“一写”写的数据此种情况下具有“排除”的作用，如果器件ROM编码在该位上的数据与“一写”写的数据相同，则继续保持与总线的联系。如果不相同则此器件从总线上“排除”，不再响应主机发布的命令，直到主机进行下一次复位。如果“两读”数据为01，则表示总线上所有器件在该位上均位0，为保持器件与总线的联系，“一写”操作主机应写0。同理，如“两读”数据为10，主机则应写1。

2 DS18B20 ROM编码的搜索算法

在一条“单线总线”上挂有多片DS18B20的情况下，对ROM编码的搜索与识别主要是通过“两读”数据为00时 “一写”操作的“排除”作用来实现的。多次“排除”作用后，就可以使总线上只剩下唯一的一个器件仍与总线保持联系。如何“排除”，这需要算法的配合。下面具体介绍DS18B20 ROM编码的搜索算法。

首先作如下几个定义：对“两读”数据为00的ROM编码位，之后“一写”操作要写的数据定义为“00写位”；所有00写位的集合定义为“00写位组”。那么搜索算法所要解决的问题就是：确立一个00写位组，确保搜索命令能够搜索到一个唯一的ROM编码，并在完成一次搜索后对00写位组做出更新，以确保下次的搜索命令能够搜索到一个唯一的ROM编码并且不会搜索到已经搜索到的ROM编码，直到完成总线上所有器件的ROM编码搜索。

在给出搜索算法规则前再作如下几个定义：00写位组中最高ROM编码位对应的00写位定义为“最高00写位”；00写位组中邻近最高00写位的00写位定义位“次高00写位”；如果更新后的00写位组不足以搜索到一个唯一的ROM编码，则添加新的00写位，这个新的00写位定义为“新00写位”。

DS18B20 ROM编码的搜索算法规则：

① 第一次搜索确立一个00写位组，其中所有00写位全部为0。

② 每次搜索后更新00写位组并从最高00写位开始更新。

③ 00写位组更新规则：如果最高00写位为0，则改最高00写位为1，更新完成；如果最高00写位为1，则弃去最高00写位并把次高00写位作为新的最高00写位。

④ 如果出现新00写位，新00写位一律为0并作为新的最高00写位。

⑤ 如果0写位组全为1，则搜索所有器件的ROM编码，搜索结束。

3 算法的C51实现

对一条“单线总线”上多片DS18B20的ROM编码搜索与识别，具体由C51编写的函数uchar SearchRomID（uchar RomID[n][8]）来实现。函数的返回值是总线上查找到的器件个数，总线上所有器件的ROM编码存入二维数组RomID[n][8]。其中n为总线上允许挂器件的最大值，这里取16。

首先对程序中的几个重要变量做一些说明：

_00wbit：一维数组，用来存储00写位组全部内容。它的长度由总线上允许挂接器件的最大值决定。每写一个00写位都可以“排除”至少一个总线上的器件，当总线上器件数为n时，_00wbit数组的长度应为n-1。当然这是最坏情况下的取值，很多情况下_00wbit数组的长度小于这个值，这时不用的_00wbit数组位用2来填充。

Rom：一维数组，临时存储64位ROM编码。

b:搜索结束标志位。

R1、R2：“两读”数据位。

编者注： 程序略。

结语

本文提出了一种对挂接在同一条“单线总线”上的多片DS18B20 ROM编码的搜索算法，并给出了具体的C51实现方法，经验证完全可行。由于该算法可自动识别总线上的器件个数，因此实际运用中，在总线上添加和删除器件都十分灵活，这为多点测温带来了很大的方便。该算法也适用于其他“单线总线”器件。