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1. 赛前准备与DS18B20核心认知

1.1 为什么CT107D平台上的DS18B20值得单独拿出来说

蓝桥杯单片机组的竞赛板CT107D上，DS18B20几乎是一个绕不开的考点。它不像LED、数码管、按键这些外设，只要会写GPIO就能跑起来。DS18B20是单总线器件，一根线既要发命令又要收数据，时序全靠软件模拟，稍微有一点偏差就读出85℃或者直接读不出来。很多选手在赛场上其他模块都调通了，偏偏卡在温度读取上，最后只能放弃这道题。

我前后带过几届参加蓝桥杯的学生，也自己用CT107D做过不少练习项目。DS18B20这个模块，说难其实也不难，核心就是三件事：单总线时序的精确控制、ROM命令与功能命令的正确发送、温度数据的解析与转换。但说简单也不简单，因为CT107D上的DS18B20是通过跳线帽连接到P2.7还是其他引脚，不同版本的板子有差异，而且官方提供的底层驱动往往不能直接拿来用，需要根据实际硬件做适配。

这篇文章我会从硬件连接讲起，把单总线的复位、写时隙、读时隙的时序参数一个个拆开算给你看，然后给出经过实测可用的完整代码，最后把我踩过的坑和排查方法整理成速查表。不管你是第一次接触DS18B20，还是之前调过但没调通，应该都能从里面找到有用的东西。

1.2 CT107D上DS18B20的硬件连接方式

CT107D这块板子的外设布局比较紧凑，DS18B20的接口通常位于板子边缘，标着“DS18B20”或者“U6”之类的丝印。它有三个引脚：VCC、GND、DQ。DQ就是单总线的数据线，通过一个跳线帽或者直接走线连接到单片机的某个IO口。

在大多数CT107D的版本中，DS18B20的DQ引脚连接到P2.7，但这个不是绝对的。有些版本用的是P1.0或者P3.7。所以拿到板子第一件事，不是急着写代码，而是用万用表蜂鸣档测一下DS18B20的DQ脚和哪个IO口导通。这个步骤花不了两分钟，但能避免你后面花两个小时怀疑人生。

另外要注意，DS18B20的DQ引脚需要上拉电阻，典型值是4.7kΩ到10kΩ。CT107D板子上一般已经焊好了这个上拉电阻，所以你不需要外接。但如果你是用杜邦线把DS18B20引出来用，那就得自己加一个上拉电阻，否则总线空闲时无法保持高电平，读出来的数据全是乱的。

供电方面，DS18B20支持寄生电源模式，也就是VCC和GND都接地，靠DQ线在总线高电平时偷电。但CT107D上一般是正常三线供电，VCC接3.3V或5V都可以，DS18B20的工作电压范围是3.0V到5.5V，所以不用纠结。

注意：如果你用的是自己买的DS18B20模块，有些模块板上已经集成了上拉电阻，有些没有。买回来先用万用表量一下DQ和VCC之间的电阻，如果是4.7kΩ左右就说明有上拉，可以直接用；如果是无穷大，就得自己补一个。

1.3 单总线协议的核心概念：一根线怎么完成双向通信

单总线，英文叫1-Wire，顾名思义就是只用一根数据线完成所有通信。这根线既要传命令，又要传数据，还要给器件供电（寄生模式下）。那它怎么区分什么时候是主机说话、什么时候是从机说话？答案就是严格的时序划分。

整个通信过程由主机（单片机）发起，从机（DS18B20）响应。每一次操作都从一个复位脉冲开始，然后主机发送ROM命令，再发送功能命令，最后进行数据读写。所有的数据位，无论是0还是1，都是通过拉低总线的持续时间来区分的。

具体来说，写一个位的时候，主机先把总线拉低，然后根据要写的是0还是1，决定拉低多长时间。写0就拉低至少60微秒，写1就拉低1到15微秒然后释放。DS18B20会在拉低开始后的15到60微秒之间采样总线电平，如果这时候还是低，就认为是0；如果已经释放为高，就认为是1。

读一个位的时候，主机先拉低总线至少1微秒，然后释放，接着在15微秒内采样总线电平。DS18B20如果要发0，就把总线拉低；如果要发1，就释放总线让它被上拉电阻拉高。主机必须在15微秒内完成采样，否则DS18B20可能已经释放了总线，读到的就是错误数据。

这些时间参数看起来很短，但对于STC15系列单片机来说，完全可以用软件延时实现。CT107D上用的单片机主频一般是11.0592MHz或者12MHz，一个机器周期是1微秒左右（12分频）或者更短（1T模式）。所以延时函数需要根据实际主频来调整。

2. 时序参数计算与底层驱动编写

2.1 复位脉冲与存在脉冲的时序要求

复位脉冲是每一次通信的起点。主机需要把总线拉低至少480微秒，然后释放。DS18B20检测到这个长低电平后，会等待15到60微秒，然后把总线拉低60到240微秒作为应答，这个应答就叫存在脉冲。

在CT107D上，我用的是STC15F2K60S2，主频11.0592MHz，工作在1T模式，也就是一个时钟周期约0.09微秒。但实际写延时的时候，我不会去精确算到每一个时钟周期，而是用STC-ISP软件自带的延时函数生成器，生成微秒级和毫秒级的延时，然后根据实测微调。

复位函数的逻辑是这样的：

bit ds18b20_reset(void) { bit presence; DS18B20_DQ = 0; // 拉低总线 delay_500us(); // 保持至少480us DS18B20_DQ = 1; // 释放总线 delay_70us(); // 等待15-60us，让DS18B20拉低 presence = DS18B20_DQ; // 采样总线，如果为0说明有器件应答 delay_400us(); // 等待存在脉冲结束 return presence; }

这里有个细节：释放总线后，不能立刻采样，因为DS18B20需要15到60微秒才会拉低。如果你释放后马上读，读到的肯定是高电平，就会误判为器件不存在。我一般延时70微秒左右再采样，这个时间落在15到60微秒的窗口之后，但又不会太晚以至于错过存在脉冲。

实操心得：如果你发现复位函数总是返回1（无器件），先检查延时是否足够。有些同学用delay_10us()来凑500微秒，结果实际延时只有300多微秒，DS18B20根本来不及响应。用示波器或者逻辑分析仪抓一下波形是最直接的，没有仪器的话就逐步加大延时试。

2.2 写时隙的两种类型与代码实现

写时隙分为写0和写1两种。主机拉低总线开始写时隙，所有写时隙至少持续60微秒，相邻两个写时隙之间至少间隔1微秒的恢复时间。

写0的流程：拉低总线，保持60到120微秒，然后释放。 写1的流程：拉低总线，保持1到15微秒，然后释放，再保持至少45微秒让总线恢复高电平。

代码实现如下：

void ds18b20_write_bit(bit dat) { DS18B20_DQ = 0; if (dat) { delay_5us(); // 拉低约5us，满足1-15us要求 DS18B20_DQ = 1; delay_60us(); // 保持高电平，凑够60us时隙 } else { delay_60us(); // 拉低60us DS18B20_DQ = 1; delay_5us(); // 恢复时间 } } void ds18b20_write_byte(unsigned char dat) { unsigned char i; for (i = 0; i < 8; i++) { ds18b20_write_bit(dat & 0x01); dat >>= 1; } }

注意写字节的时候是低位先发，所以每次取dat & 0x01，然后右移。这个顺序不能搞反，否则DS18B20收到的命令就是错的。

2.3 读时隙的采样窗口与代码实现

读时隙和写时隙类似，也是主机拉低总线开始，但拉低时间很短，只有1到15微秒。然后主机释放总线，在15微秒内采样。DS18B20会在主机拉低后的15微秒内把总线拉低（发0）或释放（发1）。

bit ds18b20_read_bit(void) { bit dat; DS18B20_DQ = 0; delay_2us(); // 拉低约2us DS18B20_DQ = 1; // 释放总线 delay_2us(); // 等待DS18B20输出数据 dat = DS18B20_DQ; // 采样 delay_60us(); // 等待读时隙结束 return dat; } unsigned char ds18b20_read_byte(void) { unsigned char i, dat = 0; for (i = 0; i < 8; i++) { dat >>= 1; if (ds18b20_read_bit()) { dat |= 0x80; } } return dat; }

读字节的时候是低位先读，所以每次把dat右移，如果读到1就把最高位置1。这样8次之后，第一个读到的位在最低位，最后一个读到的位在最高位，正好组成一个完整的字节。

注意：读时隙的采样点非常关键。如果你在释放总线后延时太久才采样，DS18B20可能已经释放了总线，你读到的就是上拉电阻拉高后的1，即使它实际发的是0。我一般延时2微秒左右就采样，这个时间足够DS18B20把总线拉低，又不会太晚。

2.4 延时函数的精度校准方法

上面所有的时序都依赖延时函数。CT107D上常用的STC15系列单片机，可以用STC-ISP软件生成延时函数。但生成的函数是理论值，实际运行时会受到中断、编译器优化等因素影响。

我的做法是：先用STC-ISP生成一个大概的延时函数，然后写一个测试程序，让一个IO口在循环里翻转，用示波器或者逻辑分析仪测量实际周期，再反推延时函数的误差。如果没有仪器，可以用一个简单的方法：让单片机通过串口每隔一秒发送一次数据，用手机秒表粗略计时，如果偏差在5%以内，对于DS18B20来说就够用了。

另外，DS18B20的时序要求虽然严格，但也不是卡到纳秒级。官方数据手册给出的时间范围都有一定的余量，比如写0要求拉低60到120微秒，你拉低70微秒或者80微秒都能正常工作。所以延时函数不需要追求极致精确，只要落在允许范围内就行。

3. 完整驱动流程与温度数据解析

3.1 DS18B20的ROM命令与功能命令

每一次完整的温度转换和读取，都需要经过以下步骤：

1. 复位
2. 发送跳过ROM命令（0xCC）
3. 发送温度转换命令（0x44）
4. 等待转换完成（最多750毫秒）
5. 再次复位
6. 再次发送跳过ROM命令（0xCC）
7. 发送读取暂存器命令（0xBE）
8. 读取两个字节的温度数据

如果总线上只挂了一个DS18B20，就可以用跳过ROM命令，不用读64位ROM编码。CT107D上一般只有一个DS18B20，所以直接用0xCC跳过ROM是最简单的。

温度转换命令0x44启动一次转换，转换时间取决于分辨率。默认是12位分辨率，转换时间最长750毫秒。在蓝桥杯的赛场上，你不可能真的等750毫秒，一般延时200到300毫秒就够读了，因为实际转换时间往往比最大值短。但为了保险，我一般延时750毫秒，或者用循环等待的方式，读暂存器的第9个字节（配置寄存器）来判断转换是否完成。

3.2 温度数据的格式与转换公式

DS18B20的温度数据是16位，分为高字节和低字节。低字节的低4位是小数部分，高字节的低4位是符号位，其余是整数部分。

正温度时，直接把高字节左移8位加上低字节，然后乘以0.0625就是摄氏度。负温度时，需要先取反加一，再乘以0.0625，最后加上负号。

float ds18b20_read_temp(void) { unsigned char tl, th; int temp; float result; ds18b20_reset(); ds18b20_write_byte(0xCC); ds18b20_write_byte(0x44); delay_750ms(); ds18b20_reset(); ds18b20_write_byte(0xCC); ds18b20_write_byte(0xBE); tl = ds18b20_read_byte(); th = ds18b20_read_byte(); temp = (th << 8) | tl; if (temp < 0) { temp = ~temp + 1; result = -(temp * 0.0625); } else { result = temp * 0.0625; } return result; }

在蓝桥杯的题目中，通常要求显示整数温度，比如25℃。这时候可以直接取temp的高字节和低字节的高4位，组成整数部分。如果要显示小数，就保留一位或两位小数。

3.3 在CT107D上整合数码管显示温度

CT107D的数码管是共阳极的，通过74HC138译码器选择位选，通过P0口发送段码。要把温度显示出来，需要把浮点数转换成数码管能显示的段码。

我一般先把温度乘以10或者100，转成整数，然后逐位提取。比如25.6℃，乘以10得到256，然后百位是2，十位是5，个位是6，分别查表得到段码，送到数码管。

void display_temp(float temp) { unsigned int t; unsigned char i; unsigned char code seg[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; t = (unsigned int)(temp * 10); for (i = 0; i < 3; i++) { switch (i) { case 0: P0 = seg[t / 100]; break; case 1: P0 = seg[(t / 10) % 10]; break; case 2: P0 = seg[t % 10]; break; } // 位选和锁存操作 // ... delay_1ms(); } }

这里要注意，数码管的刷新频率要足够高，否则会闪烁。一般每位数码管显示1到2毫秒，三位就是3到6毫秒，刷新率在150Hz以上，人眼就感觉不到闪烁了。

实操心得：在蓝桥杯赛场上，如果温度显示不稳定，比如跳变很大，先检查是不是每次读取都重新启动了转换。DS18B20的转换需要时间，如果你连续快速读取，读到的可能是上一次的残留数据或者85℃的默认值。正确的做法是每次读取前都发一次0x44，然后等足够的时间再读。

4. 常见问题排查与赛场避坑指南

4.1 读出来总是85℃怎么办

85℃是DS18B20上电后的默认值，表示温度转换还没有完成，或者你读到的就是上电初始值。出现这个问题的原因通常有三个：

第一，转换命令没有成功发送。检查你的写时序，特别是写0和写1的拉低时间是否正确。如果写1的时候拉低时间太长，DS18B20会把它当成写0，命令就错了。

第二，转换时间不够。12位分辨率下，转换最长需要750毫秒。如果你只延时了100毫秒就去读，读到的就是85℃。解决办法是延时足够长，或者读配置寄存器判断转换是否完成。

第三，复位函数有问题。如果复位时DS18B20没有正确应答，后面的命令都不会被执行。用示波器看一下复位脉冲和存在脉冲的波形，确认DS18B20确实拉低了总线。

4.2 温度值跳变或者偶尔读错

温度值偶尔跳变，比如从25℃跳到0℃或者-55℃，通常是时序不稳定导致的。可能的原因包括：

• 延时函数受到中断干扰。如果你在读取DS18B20的时候开了定时器中断，中断服务程序可能会打乱时序。解决办法是在读取期间关闭中断，读完再开。
• 总线上的上拉电阻太大。如果上拉电阻是10kΩ，总线从低电平恢复到高电平的时间会比较长，可能导致读时隙采样错误。换一个4.7kΩ的电阻试试。
• 电源不稳定。DS18B20在转换期间电流会增大，如果电源滤波不好，电压会跌落，导致复位或者通信失败。在VCC和GND之间并一个0.1uF的电容。

4.3 常见问题速查表

4.4 赛场上的时间分配与调试策略

蓝桥杯单片机组的比赛时间通常是5个小时，DS18B20这个模块一般会和其他模块一起考，比如温度显示、温度报警、温度控制等。我的建议是：

先把其他模块调通，比如数码管、按键、LED，这些相对简单，能快速拿到基础分。然后再攻DS18B20，因为它的调试时间可能比较长。如果DS18B20实在调不出来，也不要死磕，先把其他功能做完，最后再回来检查。

调试DS18B20的时候，我习惯先写一个最简单的测试程序：只做复位、发0xCC、发0x44、延时、复位、发0xCC、发0xBE、读两个字节，然后把读到的原始数据通过串口打印出来。这样能快速判断是时序问题还是数据解析问题。如果原始数据是0x0550（85℃的原始值），说明转换没完成；如果是0x0000或者0xFFFF，说明通信有问题。

注意：CT107D上的DS18B20引脚可能和其他外设有冲突，比如数码管的位选或者蜂鸣器。在写代码之前，先确认跳线帽的连接，避免引脚被其他外设占用。如果发现读出来的数据完全不对，先检查跳线帽。

4.5 从DS18B20延伸出去的单总线思维

DS18B20是单总线协议的典型代表，掌握了它的时序控制，其他单总线器件比如DHT11、DS2431等也能触类旁通。单总线的核心思想就是用时间换引脚，通过精确的时序划分来实现双向通信。这种思路在引脚资源紧张的单片机项目中非常实用。

我在实际项目中遇到过需要同时接多个传感器的场景，如果每个传感器都用独立的IO口，引脚很快就不够用了。这时候单总线就能派上用场，多个DS18B20可以挂在同一根总线上，通过64位ROM编码区分。虽然CT107D上一般只用一个，但理解多器件挂载的原理，对以后做项目是有帮助的。

最后再分享一个小技巧：如果你在赛场上发现DS18B20的读数总是比实际温度高几度，先检查一下单片机是不是离DS18B20太近，单片机自身的发热会影响测量。把DS18B20用杜邦线引出来，远离发热源，读数就会准很多。这个细节在平时练习中不容易发现，但在赛场上如果题目对温度精度有要求，就很重要了。