DS18B20的STM32F103C8T6使用方法 HAL库全解（超详细时序拆解+源码逐行解析）-深圳市維司達科技有限公司

DS18B20的STM32F103C8T6使用方法 HAL库全解（超详细时序拆解+源码逐行解析）

0. 原创前言

网上大部分DS18B20教程我都看过，基本都是丢一段源码、简单标几个注释，只告诉你怎么调用函数，根本不讲底层逻辑。很多同学照搬代码后，经常遇到各种奇葩问题：传感器初始化失败、温度数值卡死不动、负数温度数据错乱、偶尔读取超时跳数，出了问题完全不知道从哪里排查。

这篇文章是我自己用STM32F103C8T6 + HAL库实测调试、一步步踩坑改出来的完整教程。我把DS18B20的单总线时序、延时适配、正负温度补码计算、常见报错问题全部梳理透彻，所有代码都是工程实测稳定版本，适配72MHz主频，直接复制就能用，随便移植到F1系列项目里都没问题。

这里简单说下这篇教程的亮点，都是我实测总结的干货：

亲手拆解全套时序：复位、应答、读位、写位、读写字节全部掰开揉碎讲，不用死记硬背时序参数

适配HAL库精准延时：专门针对F103 72MHz主频校准微秒延时，解决大部分人时序不对、通信失败的问题

通俗讲解正负温度计算：很多教程不讲的补码逻辑，我用大白话讲清楚，彻底搞定负数温度乱码问题

汇总所有常见bug：把我踩过的坑全部整理出来，初始化失败、温度跳变、数据卡死等问题全部对应解决方案

代码极简好移植：模块化分层写的代码，初始化、读写、测温完全分开，课程设计、毕业设计直接套用

适配硬件：STM32F103C8T6 + DS18B20数字温度传感器

开发框架：STM32 HAL库

通信方式：单总线One-Wire（单IO双向通信）

核心难点：单总线精准时序匹配 + 微秒级延时适配 + 温度补码数据解析

1. DS18B20传感器核心原理与特性

DS18B20 是一款常用的单总线数字温度传感器，广泛用于单片机测温项目、环境监测、温控设备、毕业设计等场景，相比模拟热敏电阻，最大优势是无需AD转换、单IO双向通信、精度高、抗干扰强。

1.1 核心硬件特性

测温范围：-55℃ ~ +125℃，覆盖绝大多数民用测温场景

默认分辨率：0.0625℃，测温精度极高

供电方式：3.3V/5V 宽电压供电，支持寄生电源模式

通信方式：标准单总线协议，仅需1个IO口即可完成双向通信，极大节省单片机IO资源

支持多设备挂载：同一总线可挂载多个DS18B20，通过ROM地址区分设备

1.2 单总线通信核心痛点（新手必看）

我实测下来发现，DS18B20最坑的地方就是对时序要求极其严格，这也是90%的人代码跑不通的核心原因！普通的粗略延时、毫秒级延时根本满足不了通信需求，稍微差几微秒就会时序错位，直接导致初始化无应答、温度数据错乱。

另外单总线是半双工双向通信，同一个PB12引脚，需要频繁切换推挽输出和输入模式。很多新手忽略IO模式切换，一直输出或者一直输入，传感器根本不会应答，这也是通信失败的高频原因。

2. 硬件接线说明（工程实测管脚）

我工程里固定用的是PB12作为数据引脚，大家如果需要改其他IO口也很方便，只需要改对应宏定义就行，不用动底层时序代码，适配性很高。

DS18B20引脚	STM32F103C8T6引脚	功能说明
VCC	3.3V / 5V	模块供电，兼容宽电压
GND	GND	共地，必须严格共地否则通信异常
DQ	PB12	单总线双向通信数据引脚

这里提醒一下大家：DQ数据线最好接一个4.7K上拉电阻，我实测不加电阻的话，总线容易浮空，偶尔会出现时序紊乱、读取数据异常。现在很多成品模块自带上拉电阻，如果是模块可以不用额外焊接。

3. DS18B20 完整通信时序详解（必看，代码核心依据）

很多人写不好DS18B20驱动，根本原因就是没吃透整套单总线时序逻辑，只会照搬代码，稍微改一下主频、延时参数就彻底跑废。我这里用大白话把整套通信时序讲清楚，所有驱动代码都是严格按照下面这套流程写的，看懂时序就看懂了整个驱动。

DS18B20所有通信流程固定分为四步：复位应答 → 写指令 → 等待执行 → 读取数据，全程依靠微秒级精准时序，任何一步延时超标或不足，都会导致通信失败。

3.1 复位+应答时序（通信初始化前提）

这是每次通信的第一步，也是初始化成功的关键。主机（STM32）先抢占总线，将DQ引脚拉低，持续时长必须大于480us，我工程里用750us预留余量。随后释放总线，等待传感器应答。

正常工作的DS18B20，会在总线释放后的15~60us内主动拉低总线，生成60~240us的低电平应答信号。如果超时没拉低、或者拉低时长异常，直接判定传感器未接入、损坏或时序错乱。

3.2 写时序（主机发指令给传感器）

单总线写数据按位传输，分为写0和写1两种时序，时序差异非常大，不能统一延时：

写1时序：主机拉低总线 ≥1us 后立刻释放，随后保持总线高电平60us以上，完成1位数据写入；

写0时序：主机持续拉低总线 ≥60us，再释放总线，完成0位数据写入；

两次位写入之间需要预留短暂间隔，防止时序重叠紊乱，这也是我代码里长短延时区分的核心原因。我们常用的0xCC、0x44、0xBE指令，都是靠逐位写时序发送的。

3.3 读时序（主机获取传感器数据）

传感器不会主动上传数据，必须由主机发起读信号。每读取1bit数据，都需要主机先拉低总线≥1us，触发传感器输出数据，随后释放总线，在15us以内完成电平采样读取。

我工程里选择12us采样，刚好卡在最优时序窗口，既不会提前采样导致数据不准，也不会超时错过有效电平。读完1bit后补齐延时，再循环读取8次，拼接成1字节完整数据。

3.4 完整测温工作时序流程

正常读取一次温度，必须严格按照固定顺序执行，顺序错了永远读不到正确数据：

1、总线复位 + 设备应答检测，确认传感器在线；

2、发送0xCC跳过ROM指令（单设备通用）；

3、发送0x44温度转换指令，启动传感器测温；

4、再次复位总线、检测应答；

5、发送0xBE读取暂存器指令；

6、连续读取低8位、高8位温度数据，拼接换算得到真实温度。

整套时序环环相扣，这也是为什么不能随便改延时、不能省略复位、不能不启动转换的原因。吃透这套时序，后续不管改IO口、改主频、移植工程，驱动都能正常跑通。

4. 工程配置与宏定义说明

我把所有硬件相关的配置全部用宏定义封装好了，这样后期改IO口特别方便，不用去底层函数里挨个改参数。大家直接在ds18b20.h头文件添加以下宏定义即可，当前适配PB12引脚：

c
// 根据实际硬件修改IO口
#define DS18B20_DQ_GPIO_PORT GPIOB
#define DS18B20_DQ_GPIO_PIN GPIO_PIN_12

// IO模式切换、电平控制宏定义
#define DS18B20_IO_OUT() HAL_GPIO_Init(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, &(GPIO_InitTypeDef){.Pin=DS18B20_DQ_GPIO_PIN,.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP,.Pull=GPIO_NOPULL,.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH})
#define DS18B20_IO_IN() HAL_GPIO_Init(DS18B20_DQ_GPIO_PORT, &(GPIO_InitTypeDef){.Pin=DS18B20_DQ_GPIO_PIN,.Mode=GPIO_MODE_INPUT,.Pull=GPIO_NOPULL})

#define DS18B20_DQ_LOW() HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT,DS18B20_DQ_GPIO_PIN,GPIO_PIN_RESET)
#define DS18B20_DQ_HIGH() HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT,DS18B20_DQ_GPIO_PIN,GPIO_PIN_SET)
#define DS18B20_DQ_READ() HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_DQ_GPIO_PORT,DS18B20_DQ_GPIO_PIN)

注意工程依赖：需要提前配置好HAL微秒延时函数、串口printf打印，系统时钟配置为72MHz，不然时序对不上，代码大概率跑不通。

5. 底层驱动源码逐行超详细解析

下面我把整个.c文件的代码逐函数拆解，结合我自己的实测经验，讲清楚每段代码的作用和为什么要这么写，让大家不光会复制，还能懂原理。

4.1 精准微秒延时函数（时序核心基础）

c
static void DS18B20_Delay_Us(uint32_t us)
{
uint32_t i;
if (us > 0) {
// 简单循环延时，根据系统时钟调整系数
// 这里系数9是在72MHz主频下实测接近1us的延时
for (i = 0; i < us * 9; i++);
HAL_Delay_us(1);
}
}

我的实测总结：

DS18B20对时序精度要求极高，毫秒延时完全不够用。这个延时函数是我在72MHz主频下反复调试校准出来的，循环系数9是实测最接近1微秒的参数，搭配HAL库微秒延时，能精准匹配单总线时序，彻底避免延时偏差导致的通信失败。

我把这个函数设置为static静态函数，只允许当前文件调用，不对外暴露，代码封装性更好，工程更规范。

4.2 DS18B20复位函数

c
void DS18B20_Rst(void)
{
DS18B20_IO_OUT(); // 配置DQ引脚为推挽输出
DS18B20_DQ_LOW(); // 拉低总线
DS18B20_Delay_Us(750); // 保持低电平750us（满足>480us要求）
DS18B20_DQ_HIGH(); // 释放总线
DS18B20_Delay_Us(15); // 等待15us，等待DS18B20发送应答
}

时序思路（我实测优化）：

官方手册要求复位拉低时长大于480us，我这里设置750us，多留一点余量，适配不同批次的传感器，兼容性更好。拉低复位后释放总线，等待15us让传感器完成应答，完全贴合官方标准时序，这是初始化成功的关键。

4.3 设备存在检测函数

c
uint8_t DS18B20_Check(void)
{
uint8_t retry = 0;
DS18B20_IO_IN(); // 切换为输入模式，释放总线

// 等待DS18B20拉低总线（应答信号）
while (DS18B20_DQ_READ() && retry < 200)
{
retry++;
DS18B20_Delay_Us(1);
};
if (retry >= 200) return 1; // 超时，无设备响应

retry = 0;
// 等待DS18B20释放总线
while (!DS18B20_DQ_READ() && retry < 240)
{
retry++;
DS18B20_Delay_Us(1);
};
if (retry >= 240) return 1; // 应答信号异常

return 0; // 检测正常
}

应答逻辑说明：

我们主机发送复位信号之后，正常的DS18B20会在15~60us内拉低总线应答，持续60~240us。我这里加了超时计数判断，超时无应答、应答时长异常，直接判定设备故障，能有效排查接线错误、传感器损坏、时序错乱等问题。

超时无应答、应答时长异常，直接判定设备未接入或通信故障，有效过滤硬件接线错误、设备损坏、时序错乱等问题。

4.4 单bit数据读取函数

c
uint8_t DS18B20_Read_Bit(void)
{
uint8_t data;
DS18B20_IO_OUT(); // 配置为输出
DS18B20_DQ_LOW(); // 拉低总线 2us
DS18B20_Delay_Us(2);
DS18B20_DQ_HIGH(); // 释放总线
DS18B20_IO_IN(); // 切换为输入
DS18B20_Delay_Us(12); // 延时12us后采样

data = DS18B20_DQ_READ() ? 1 : 0; // 读取总线电平
DS18B20_Delay_Us(50); // 等待读时序结束
return data;
}

读位时序思路：

官方要求拉低总线至少1us触发数据输出，15us内必须采样完毕。我实测设置拉低2us、12us采样，刚好卡在有效时序窗口内，读取数据精准不出错。最后延时50us补齐周期，防止连续读位时序重叠紊乱。

4.5 单字节读取函数（低位先行）

c
uint8_t DS18B20_Read_Byte(void)
{
uint8_t i, j, dat = 0;
for (i = 1; i <= 8; i++)
{
j = DS18B20_Read_Bit();
dat = (j << 7) | (dat >> 1); // 拼接数据（低位先行）
}
return dat;
}

简单说下原理：

DS18B20固定是低位先行传输数据，先传最低位、再传最高位。所以我们循环读8次单bit数据，通过移位运算逐位拼接成一个完整字节，这是读取温度数据的基础逻辑。

4.6 单字节写入函数

c
void DS18B20_Write_Byte(uint8_t dat)
{
uint8_t j;
uint8_t testb;
DS18B20_IO_OUT(); // 配置为输出

for (j = 1; j <= 8; j++)
{
testb = dat & 0x01; // 取最低位
dat = dat >> 1; // 右移准备下一位

if (testb) // 写 1
{
DS18B20_DQ_LOW();
DS18B20_Delay_Us(2);
DS18B20_DQ_HIGH();
DS18B20_Delay_Us(60);
}
else // 写 0
{
DS18B20_DQ_LOW();
DS18B20_Delay_Us(60);
DS18B20_DQ_HIGH();
DS18B20_Delay_Us(2);
}
}
}

写位时序区分：

写1：短暂拉低总线，快速释放，保持高电平；

写0：长时间拉低总线，再释放；

代码里逐位判断、分开延时，严格贴合官方协议，保证每一条指令都能被传感器正常识别。

4.7 温度转换启动函数

c
void DS18B20_Start(void)
{
DS18B20_Rst();
DS18B20_Check();
DS18B20_Write_Byte(0xCC); // 跳过ROM（单设备时使用）
DS18B20_Write_Byte(0x44); // 启动温度转换
}

指令简单解释：

0xCC是跳过ROM指令，我们单传感器项目直接用这个指令就行，不用匹配设备地址，简化通信流程；

0x44是启动温度转换指令，发送之后传感器才会开始采集温度数据。

这里重点提醒：每次测温前必须启动转换，不然读出来的一直是上一次的旧数据，温度永远不更新，这是新手最常踩的坑！

4.8 设备初始化函数

c
uint8_t DS18B20_Init(void)
{
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); // 使能GPIOB时钟

DS18B20_IO_OUT(); // 配置为推挽输出

DS18B20_Rst();
return DS18B20_Check(); // 返回检测结果
}

初始化流程很简单：

先开启GPIOB时钟，配置PB12为输出模式，发送复位信号，最后检测设备是否在线。返回0代表初始化成功，1代表失败，方便我们在代码里做异常判断。

4.9 温度读取与正负值解析（核心重点）

c
int16_t DS18B20_Get_Temp(void)
{
uint8_t TL, TH; // 温度低8位、高8位
int16_t tem; // 温度值

DS18B20_Start(); // 启动温度转换
DS18B20_Rst(); // 复位
DS18B20_Check(); // 检测设备
DS18B20_Write_Byte(0xCC); // 跳过ROM
DS18B20_Write_Byte(0xBE); // 读暂存器

TL = DS18B20_Read_Byte(); // 读低8位
TH = DS18B20_Read_Byte(); // 读高8位

// 处理正负温度
if (TH > 7) // 负温度（符号位为1）
{
TH = ~TH; // 取反
TL = ~TL;
tem = -((TH << 8) | TL); // 计算负值
}
else // 正温度
{
tem = (TH << 8) | TL; // 组合高低字节
}

tem = tem * 0.625; // 转换为实际温度（0.0625℃/LSB）
return tem;
}

大白话讲解温度解析逻辑：

DS18B20的温度数据存在两个8位寄存器里，TH是高8位、TL是低8位，拼起来是16位原始数据。高字节的最高位是符号位，用来区分正负温度：

1、正温度：符号位为0，直接拼接高低字节就能得到原始数值；

2、负温度：符号位为1，数据是以补码形式存储的，必须全部按位取反再计算负值，不然负数温度完全不准；

传感器固定分辨率是0.0625℃每刻度，我这里乘以0.625把数据放大10倍返回，保留一位小数，后续打印和屏幕显示都更方便，不用自己再二次换算。

6. 主函数调用示例（直接复制可用）

c
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
UL_PRINTF_Init(); // 初始化串口打印

if(DS18B20_Init() == 0)
{
printf("DS18B20 Init Success!\r\n");
}
else
{
printf("DS18B20 Init Fail!\r\n");
}

while (1)
{
int16_t temp = DS18B20_Get_Temp();
printf("Current Temp: %.1f ℃\r\n", temp / 10.0f);
HAL_Delay(500);
}
}