在嵌入式领域,常见的通信总线包括485总线、I2C总线等。除此之外,还有一种相对不太流行但同样常用的总线,它就是1-Wire单总线。
1-Wire是美国DALLAS公司提出的一种外围串行扩展总线技术。与SPI、I²C等传输方式不同,1-Wire只需要一根信号线进行数据传输和时钟同步,且传输数据是双向的,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优点。因此,尽管相对于其他总线技术来说,1-Wire并不是那么流行,但在特定的场景下,1-Wire仍然是一种优秀的选择。
![image-20231112163622368](https://pic.imgdb.cn/item/65508ed1c458853aef85280c.png)
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 :
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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:
![image-20231112163618051](https://pic.imgdb.cn/item/65508ed1c458853aef852838.png)
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。
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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。
![image-20231112163613105](https://pic.imgdb.cn/item/65508ed1c458853aef8529fe.png)
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:
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DS18B20单总线应用:
![image-20231112163602878](https://pic.imgdb.cn/item/65508ed1c458853aef8528fc.png)
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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