1-Wire 与 DS18B20：一根线搞定供电、寻址和数据
更新时间：2026-09-12。本文是「集成电路大类 · 芯片设计」**入门层（beginner）**数字逻辑基础第八十二篇。WS2812是单向单线，1-Wire 更进一步——同一根线要双向通信、还能给从机供电、总线上挂几十个器件。它把开漏线与和精确时隙用到了极致，是理解异步自定时物理层的好例子。
本文要回答的问题
- 一根线没有方向控制，主从怎么分时说话？为什么必须用开漏加上拉？
- 写 0、写 1、读时隙的电平宽度和采样点分别是什么？
- 主机怎么知道线上挂没挂器件（存在脉冲）？又怎么在多器件里寻址某一个？
- DS18B20 的一次测温要走哪些命令、温度值怎么编码、要等多久？
- 什么是寄生供电，为什么转换大电流时要「强上拉」？
一、物理层：开漏 + 上拉，所有器件线与
总线常态被电阻上拉为高。主机和从机的引脚都只主动拉低（开漏/开集，见三态与线与），任何器件拉低都能把总线拽成 0，释放后靠电阻回到 1——这保证不会出现「一个输出高、一个输出低」的短路。所有位都由「在规定的时间槽里谁把线拉低多久」定义，缺省位是 1，起始都是一次拉低，没有独立时钟，双方用各自的微秒定时对齐。
二、复位与存在脉冲：先确认线上有人
任何事务都以复位序列开始：
- 主机把总线拉低至少 480µs（复位脉冲）后释放；
- 上拉把线拉高，从机检测到上升沿后等待 15~60µs，再由从机把线拉低 60~240µs 作为存在脉冲（presence）；
- 主机在释放后的约 60~240µs 窗口内若采到低电平，就知道至少有一个器件在线。
三、写时隙与读时隙：微秒级的默契
每个时隙约 60µs（加至少 1µs 恢复），所有位都从主机拉低开始：
- 写 1：主机拉低 1~15µs 后释放，时隙剩余时间总线为高；
- 写 0：主机持续拉低约 60µs，时隙末才释放；
- 读：主机先拉低 ≥1µs 再释放，从机若要发 0 就继续拉低、发 1 则保持释放为高；主机必须在时隙开始后的 约第 15µs采样——从机只在这个短窗口内驱动有效数据，之后释放。
写0: ┌______约60us______┐___ 写1: ┌_1~15us_┐____________________
读: ┌_1us_┐ 主机在≈15us 采样从机电平（从机发0则仍为低）由于窗口以微秒计，软件要靠硬件定时器精确定时、期间避免被中断打断，上拉电阻（常 4.7kΩ）决定上升沿速度，线越长容性越大越要减小电阻、放慢时序。
四、ROM 寻址与 DS18B20 测温流程
每个器件出厂有唯一 64bit ROM（8bit 家族码+48bit 序列号+8bit CRC），故一条总线可挂多个器件：
- ROM 命令：Search ROM（逐位仲裁扫描全部地址）、Match ROM（指定一个地址）、Skip ROM（只有单器件时跳过寻址）；
- 功能命令（DS18B20）：**Convert T（0x44）**启动一次温度转换，12bit 分辨率下最长约 750ms才完成（期间可读 DQ 电平判断是否忙），再发 **Read Scratchpad（0xBE）**读出温度寄存器。
温度为 16bit、12bit 分辨率时 1 LSB = 0.0625°C，负温度以二进制补码表示（软件读回做符号扩展、乘 0.0625）。读 scratchpad 和 ROM 都带 CRC-8，可用CRC/LFSR校验线路错误，温度系统里这条校验能挡住接触不良造成的野值。
五、寄生供电：从数据线「偷」电
从机可省掉 VCC（数据手册称 parasite power）：平时经 DIO 上拉给内部电容充电储能，转换/测温需要较大电流时，主机必须在 Convert T 期间用一个强上拉管（MOSFET）把总线强行拉到电源，否则仅靠弱上拉会因压降导致转换失败。大多数设计直接接 VCC 更省心；无论哪种，都要算好线长、上拉和温度转换的长等待（期间可释放总线做别的事，靠 750ms 定时或查询忙信号回来读）。
与现有篇目的衔接
总结
一句话总结：1-Wire 用一根数据线加地完成双向通信（还可寄生供电），物理上所有主从引脚都只能主动拉低、靠上拉电阻恢复高电平，以开漏线与避免输出冲突，缺省为 1、每个约 60µs 的时隙都由一次拉低开始：写 1 只短拉低 1~15µs 就释放、写 0 持续拉低整个时隙，读时主机先拉低 1µs 再释放并必须在约第 15µs 采样从机在该窗口驱动的电平；任何事务都以主机拉低超过 480µs 的复位脉冲开始，从机随后用 60~240µs 的存在脉冲应答以表明在线；多器件靠每颗出厂唯一的 64bit ROM（家族码+48bit 序列号+CRC）经 Search/Match/Skip ROM 寻址；DS18B20 测温流程是复位、寻址、发 Convert T 启动转换（12bit 时最长约 750ms）、再 Read Scratchpad 读出 16bit 温度（1LSB=0.0625°C、负值为补码）并用 CRC-8 校验；微秒级窗口要求硬件定时器精确定时、发送段避免中断、按线长选合适上拉电阻，寄生供电时还必须在转换期间用 MOSFET 强上拉提供大电流。