關(guān)于1-Wire單總線的介紹與原理及應(yīng)用

在嵌入式底層通信中，像485總線、I2C總線等都是比較常見(jiàn)的通信總線。

今天給大家分享一種相對(duì) 485、I2C沒(méi)有那么流行，但也是一種常用的總線：1-Wire單總線。

1 1-Wire介紹

1-Wire，即大家說(shuō)的單總線。

單總線是美國(guó)DALLAS公司推出的外圍串行擴(kuò)展總線技術(shù)。與SPI、I2C串行數(shù)據(jù)通信方式不同．它采用單根信號(hào)線，既傳輸時(shí)鐘又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，具有節(jié)省I/O口線、資源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

1-Wire器件按照串行協(xié)議進(jìn)行供電和數(shù)據(jù)通信，能夠以無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)為系統(tǒng)增添特定功能，大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的互聯(lián)電路。

1-Wire 產(chǎn)品特點(diǎn) ：

通過(guò)單線接口提供器件控制及操作

每個(gè)器件具有唯一的工廠光刻ID

通過(guò)單總線供電（“寄生電源”）

可掛接多點(diǎn)：?jiǎn)我豢偩€可掛接多個(gè)器件

提供額外的ESD保護(hù)

2 1-Wire原理

顧名思義，單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。

設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過(guò)一個(gè)漏極開(kāi)路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線，而讓其它設(shè)備使用總線，其內(nèi)部等效電路如圖所示：

單總線通常要求外接一個(gè)約為4.7kΩ的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。

主機(jī)和從機(jī)之間的通信主要通過(guò)3個(gè)步驟完成，分別為：初始化1-wire器件、識(shí)別1-wire器件和交換數(shù)據(jù)。

由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答，因此主機(jī)訪問(wèn)1-wire器件都必須嚴(yán)格遵循單總線命令序列，即初始化、ROM、命令功能命令。如果出現(xiàn)序列混亂，1-wire器件將不響應(yīng)主機(jī)（搜索ROM命令，報(bào)警搜索命令除外）。

3 1-Wire時(shí)序描述

所有的單總線器件都要遵循嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。

1-wire協(xié)議定義了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫(xiě)0、讀0和讀1時(shí)序等幾種信號(hào)類型。

所有的單總線命令序列（初始化，ROM命令，功能命令）都是由這些基本的信號(hào)類型組成的。在這些信號(hào)中，除了應(yīng)答脈沖外，其它均由主機(jī)發(fā)出同步信號(hào)，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。

其中，（a）是初始化時(shí)序，初始化時(shí)序包括主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖。主機(jī)通過(guò)拉低單總線至少480μs產(chǎn)生Tx復(fù)位脈沖；然后由主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入Rx接收模式。主機(jī)釋放總線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙?，單總線器件檢測(cè)到該上升沿后，延時(shí)15～60μs，接著單總線器件通過(guò)拉低總線60～240μsμ來(lái)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)接收到從機(jī)的以應(yīng)答脈沖后，說(shuō)明有單總線器件在線，然后主機(jī)就可以開(kāi)始對(duì)從機(jī)進(jìn)行ROM命令和功能命令操作。

圖中的（b）、（c）、（d）分別是寫(xiě)1、寫(xiě)0和讀時(shí)序。在每一個(gè)時(shí)序中，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。所有的讀、寫(xiě)時(shí)序至少需要60μs，且每?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的時(shí)序之間至少需要1μs的恢復(fù)時(shí)間。

圖中，讀、寫(xiě)時(shí)序均始于主機(jī)拉低總線。在寫(xiě)時(shí)序中，主機(jī)將在拉低總線15μs之內(nèi)釋放總線，并向單總線器件寫(xiě)1；若主機(jī)拉低總線后能保持至少60μs的低電平，則向單總線器件寫(xiě)0。單總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機(jī)向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。

在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序之后，單總線器件才開(kāi)始在總線上發(fā)送0或1。若單總線器件發(fā)送1，則總線保持高電平，若發(fā)送0，則拉低總線。

由于單總線器件發(fā)送數(shù)據(jù)后可保持15μs有效時(shí)間，因此，主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，且須在15μs的采樣總線狀態(tài)，以便接收從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。

4 1-Wire應(yīng)用

單總線應(yīng)用在很多領(lǐng)域，比如：?jiǎn)慰偩€IC器件、存儲(chǔ)器、溫濕度傳感器、邏輯器件、時(shí)鐘芯片等。

學(xué)習(xí)過(guò)單片機(jī)的同學(xué)，應(yīng)該大多數(shù)都用過(guò)DS18B20這個(gè)經(jīng)典的溫度傳感器，單片機(jī)與它的連接（通信）就是通過(guò)單總線（1-Wire）實(shí)現(xiàn)的。

DS18B20電路圖：

DS18B20單總線應(yīng)用：

此外，很多器件（模組）為了適應(yīng)不同需求，會(huì)兼容很多通信接口，比如I2C、 SPI、 1-wire同時(shí)支持。

除了這個(gè)經(jīng)典的DS18B20之外，其實(shí)我們接觸的很多器件，也是支持單總線通信的。
編輯：lyn