通信教程 | 1-Wire单总线原理及应用

Posted 2022-03-01 strongerHuang

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作者 | strongerHuang

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在嵌入式底层通信中，像485总线、I2C总线等都是比较常见的通信总线。

今天给大家分享一种相对 485、I2C没有那么流行，但也是一种常用的总线：1-Wire单总线。

单总线1-Wire介绍

1-Wire，即大家说的单总线。

单总线是美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术。与SPI、I²C串行数据通信方式不同．它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的，具有节省I/O口线、资源结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。

1-Wire器件按照串行协议进行供电和数据通信，能够以无与伦比的优势为系统增添特定功能，大大简化系统的互联电路。

1-Wire 产品特点 ：

• 通过单线接口提供器件控制及操作

• 每个器件具有唯一的工厂光刻ID

• 通过单总线供电(“寄生电源”)

• 可挂接多点：单一总线可挂接多个器件

• 提供额外的ESD保护

1-Wire原理

顾名思义，单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制都由这根线完成。

设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线，其内部等效电路如图所示：

单总线通常要求外接一个约为4.7kΩ的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。

主机和从机之间的通信主要通过3个步骤完成，分别为：初始化1-wire器件、识别1-wire器件和交换数据。

由于它们是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问1-wire器件都必须严格遵循单总线命令序列，即初始化、ROM、命令功能命令。如果出现序列混乱，1-wire器件将不响应主机（搜索ROM命令，报警搜索命令除外）。

1-Wire时序描述

所有的单总线器件都要遵循严格的通信协议，以保证数据的完整性。

1-wire协议定义了复位脉冲、应答脉冲、写0、读0和读1时序等几种信号类型。

所有的单总线命令序列（初始化，ROM命令，功能命令）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，其它均由主机发出同步信号，并且发送的所有命令和数据都是字节的低位在前。

其中，(a)是初始化时序，初始化时序包括主机发出的复位脉冲和从机发出的应答脉冲。

主机通过拉低单总线至少480μs产生Tx复位脉冲；然后由主机释放总线，并进入Rx接收模式。主机释放总线时，会产生一由低电平跳变为高电平的上升沿，单总线器件检测到该上升沿后，延时15～60μs，接着单总线器件通过拉低总线60～240μsμ来产生应答脉冲。主机接收到从机的以应答脉冲后，说明有单总线器件在线，然后主机就可以开始对从机进行ROM命令和功能命令操作。

图中的（b）、（c）、（d）分别是写1、写0和读时序。

在每一个时序中，总线只能传输一位数据。所有的读、写时序至少需要60μs，且每两个独立的时序之间至少需要1μs的恢复时间。

图中，读、写时序均始于主机拉低总线。在写时序中，主机将在拉低总线15μs之内释放总线，并向单总线器件写1；若主机拉低总线后能保持至少60μs的低电平，则向单总线器件写0。单总线器件仅在主机发出读时序时才向主机传输数据，所以，当主机向单总线器件发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便单总线器件能传输数据。

在主机发出读时序之后，单总线器件才开始在总线上发送0或1。若单总线器件发送1，则总线保持高电平，若发送0，则拉低总线。

由于单总线器件发送数据后可保持15μs有效时间，因此，主机在读时序期间必须释放总线，且须在15μs的采样总线状态，以便接收从机发送的数据。

1-Wire应用

单总线应用在很多领域，比如：单总线IC器件、存储器、温湿度传感器、逻辑器件、时钟芯片等。

学习过单片机的同学，应该大多数都用过DS18B20这个经典的温度传感器，单片机与它的连接（通信）就是通过单总线（1-Wire）实现的。

DS18B20电路图：

DS18B20单总线应用：

此外，很多器件（模组）为了适应不同需求，会兼容很多通信接口，比如I²C、 SPI、 1-wire同时支持。

除了这个经典的DS18B20之外，其实我们接触的很多器件，也是支持单总线通信的。

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