DS18B20内部结构如图10-43所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度敏感元件、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。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，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码（28H）组成。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。非易失性温度报警触发器TH和TL可通过软件写入用户报警上下限值。配置寄存器为高速暂存存储器中的第5个字节。DS18B20在工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如图10-44所示。其中，TM为测试模式标志位，出厂时被写入0，不能改变；R0、R1为温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率见配置寄存器与分辨率关系表。出厂时R0、R1置为缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率，配置寄存器与分辨率的关系见表10-11。
图10-43 DS18B20内部结构框图
图10-44 寄存器定义
表10-11 配置寄存器与分辨率关系表
DS18B20工作过程及时序：
DS18B20内部的低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器，为计数器1提供一频率稳定的计数脉冲。
高温度系数振荡器是一个振荡频率对温度很敏感的振荡器，为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。
初始时，温度寄存器被预置成-55℃，每当计数器1从预置数开始减计数到0时，温度寄存器中寄存的温度值就增加1℃，这个过程重复进行，直到计数器2计数到0时便停止。
初始时，计数器1预置的是与-55℃相对应的一个预置值。以后计数器1每一个循环的预置数都由斜率累加器提供。为了补偿振荡器温度特性的非线性性，斜率累加器提供的预置数也随温度相应变化。计数器1的预置数也就是在给定温度处使温度寄存器寄存值增加1℃计数器所需要的计数个数。
DS18B20内部的比较器以四舍五入的量化方式确定温度寄存器的最低有效位。在计数器2停止计数后，比较器将计数器1中的计数剩余值转换为温度值后与0.25℃进行比较，若低于0.25℃，温度寄存器的最低位就置0；若高于0.25℃，最低位就置1；若高于0.75℃时，温度寄存器的最低位就进位然后置0。这样，经过比较后所得的温度寄存器的值就是最终读取的温度值了，其最后位代表0.5℃，四舍五入最大量化误差为±1/2LSB，即0.25℃。
温度寄存器中的温度值以9位数据格式表示，最高位为符号位，其余8位以二进制补码形式表示温度值。测温结束时，这9位数据转存到暂存存储器的前两个字节中，符号位占用第1字节，8位温度数据占据第2字节。
DS18B20测量温度时使用特有的温度测量技术。DS18B20内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号；同样的，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号。当计数门打开时，DS18B20进行计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性度加以补偿。测量结果存入温度寄存器中。一般情况下的温度值应该为9位，但因符号位扩展成高8位，所以最后以16位补码形式读出。
DS18B20工作过程一般遵循以下协议：初始化——ROM操作命令——存储器操作命令——处理数据
1.初始化
单总线上的所有处理均从初始化序列开始。初始化序列包括总线主机发出一复位脉冲，接着由从器件送出存在脉冲。存在脉冲让总线控制器知道DS1820在总线上且已准备好操作。
2.ROM操作命令
一旦总线主机检测到从器件的存在，它便可以发出器件ROM操作命令之一。所有ROM操作命令均为8位长。这些命令如下：
1）Read ROM（读ROM）[33h]：此命令允许总线主机读DS18B20的8位产品系列编码，唯一的48位序列号，以及8位的CRC。此命令只能在总线上仅有一个DS18B20的情况下可以使用。如果总线上存在多于一个的从器件，那么当所有从器件企图同时发送时将发生数据冲突的现象（漏极开路会产生线与的结果）。
2）Match ROM（符合ROM）[55h]：此命令后继以64位的ROM数据序列，允许总线主机对多点总线上特定的DS18B20寻址。只有与64位ROM序列严格相符的DS18B20才能对后继的存储器操作命令作出响应。所有与64位ROM序列不符的从器件将等待复位脉冲。此命令在总线上有单个或多个器件的情况下均可使用。
3）Skip ROM（跳过ROM）[CCh]：在单点总线系统中，此命令通过允许总线主机不提供64位ROM编码而访问存储器操作来节省时间。如果在总线上存在多于一个的从器件而且在Skip ROM命令之后发出读命令，那么由于多个从器件同时发送数据，会在总线上发生数据冲突（漏极开路会产生线与的效果）。
4）Search ROM（搜索ROM）[F0h]：当系统开始工作时，总线主机可能不知道单线总线上的器件个数或者不知道其64位ROM编码。搜索ROM命令允许总线控制器用排除法识别总线上的所有从器件的64位编码。
5）Alarm Search（告警搜索）[ECh]：此命令的流程与搜索ROM命令相同。但是，仅在最近一次温度测量出现告警的情况下，DS18B20才对此命令作出响应。告警的条件定义为温度高于TH或低于TL。只要DS18B20一上电，告警条件就保持在设置状态，直到另一次温度测量显示出非告警值或者改变TH或TL的设置，使得测量值再一次位于允许的范围之内。存储在EEPROM内的触发器值用于告警。(www.xing528.com)
3.存储器操作命令
1）Write Scratchpad（写暂存存储器）[4Eh]：这个命令向DS18B20的暂存器中写入数据，开始位置在地址2。接下来写入的两个字节将被存到暂存器中的地址位置2和3。可以在任何时刻发出复位命令来中止写入。
2）Read Scratchpad（读暂存存储器）[BEh]：这个命令读取暂存器的内容。读取将从字节0开始，一直进行下去，直到第9（字节8，CRC）字节读完。如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。
3）Copy Scratchpad（复制暂存存储器）[48h]：这条命令把暂存器的内容复制到DS18B20的E2存储器里，即把温度报警触发字节存入非易失性存储器里。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出读时间隙，而DS18B20又正在忙于把暂存器复制到E2存储器，DS18B20就会输出一个“0”，如果复制结束，DS18B20则输出“1”。如果使用寄生电源，总线控制器必须在这条命令发出后立即起动强上拉并最少保持10ms。
4）Convert T（温度变换）[44h]：这条命令启动一次温度转换而无需其他数据。温度转换命令被执行，而后DS18B20保持等待状态。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出读时间隙，而DS18B20又忙于做时间转换的话，DS18B20将在总线上输出“0”，若温度转换完成，则输出“1”。如果使用寄生电源，总线控制器必须在发出这条命令后立即起动强上拉，并保持500ms。
5）Recall E2（重新调整E2）[B8h]：这条命令把存储在E2中温度触发器的值重新调至暂存存储器。这种重新调出的操作在对DS18B20上电时也自动发生，因此只要器件一上电，暂存存储器内就有了有效的数据。在这条命令发出之后，对于所发出的第一个读数据时间片，器件会输出温度转换忙的标识：“0”为忙，“1”为准备就绪。
6）Read Power Supply（读电源）[B4h]：对于在此命令发送至DS18B20之后所发出的第一读数据的时间片，器件都会给出其电源方式的信号：“0”为寄生电源供电，“1”为外部电源供电。
4.处理数据
DS18B20的高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如图10-45所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以2字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。
图10-45 字节分配
表10-12所列是DS18B20温度采集转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8bit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或等于0，这5位为0，只要将测到的数值乘以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再乘以0.0625即可得到实际温度。
表10-12 DS18B20温度数据表
温度转换计算方法举例：
例如当DS18B20采集到+125℃的实际温度后，输出为07D0H，则：
实际温度=07D0H×0.0625=2000×0.0625=125℃。
例如当DS18B20采集到-55℃的实际温度后，输出为FC90H，则应先将11位数据位取反加1得370H（符号位不变，也不作为计算），则：
实际温度=370H×0.0625=880×0.0625=55℃。
5.时序
主机使用时间隙（time slots）来读写DS18B20的数据位和写命令字的位。初始化时序如图10-46所示，读写时序如图10-47所示。
图10-46 初始化时序
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