串行通信协议：第七部分(fēn)

2021-07-10

串行通信协议：第七部分(fēn)

许多(duō)串行通信协议可(kě)用(yòng)于在電(diàn)子设备之间传输数据，无论是微控制器从传感器读取数据还是将数据发送到存储设备。这是一系列文(wén)章中的一篇，这些文(wén)章将涵盖一些常用(yòng)的更流行的协议。我们将通过比较每个系列的优缺点来完成该系列。

我的目标是，下次您发现自己希望实现串行通信总線(xiàn)时，该系列将被证明是有(yǒu)用(yòng)的参考，因此您可(kě)以為(wèi)您的特定应用(yòng)选择最佳选项。

在本文(wén)中，我们将着眼于流行的 1-Wire 协议。

1-Wire 是由达拉斯半导體(tǐ)公司（现為(wèi)美信集成）开发的一种低速通信总線(xiàn)，使用(yòng)一条信号数据線(xiàn)，不包括地線(xiàn)。它是一种主从通信系统，其中主设备或主机设备通过单条数据線(xiàn)连接到一个或多(duō)个从设备。每个 1-Wire 从器件都有(yǒu)一个唯一的工厂编程的 64 位标识号 (ID)，即该器件的地址。

1-Wire 器件通常仅由 Maxim Integrated 生产，并提供各种封装类型，例如典型的晶體(tǐ)管 TO-92 以及不同的集成電(diàn)路。一种非常流行的 1-Wire 通信设备是 iButton（也称為(wèi) Dallas Key）。iButton 是一种小(xiǎo)型模块化设备，用(yòng)于数据记录器、温度和湿度传感器、LED、存储设备、适配器等应用(yòng)。虽然 iButton 在历史上是非常流行的 1-Wire 实现，但今天有(yǒu)许多(duō)传感器可(kě)用(yòng)来自实现 1-Wire 协议的 Maxim Integrated。

原则上，iButton 是一种与智能(néng)卡中使用(yòng)的非常相似的微芯片。不同之处在于微芯片安装在圆形不锈钢按钮中，专為(wèi)在恶劣和苛刻的环境中使用(yòng)而设计。它们依靠物(wù)理(lǐ)触点与 1-Wire 总線(xiàn)连接。

器件工作的典型 1-Wire 電(diàn)压范围包括：

1.71 V（最小(xiǎo)值）至 1.89 V（最大值）

1.71 V（最小(xiǎo)值）至 3.63 V（最大值）

2.97 V（最小(xiǎo)值）至 6.63 V（最大值）

2.8 V（最小(xiǎo)值）至 5.25 V（最大值）

1-Wire 总線(xiàn)最有(yǒu)趣的特性之一是可(kě)以通过通信線(xiàn)路供電(diàn)，而不需要外部供電(diàn)。这可(kě)以允许外部传感器（例如温度传感器）仅与数据和地線(xiàn)连接，传感器通过来自数据总線(xiàn)的寄生電(diàn)源供電(diàn)。与我们在本系列中研究的其他(tā)系列通信协议相比，这可(kě)以节省相当多(duō)的复杂性和布線(xiàn)。

典型的 1-Wire 总線(xiàn)设备连接可(kě)以在以下電(diàn)路图中看到：

大多(duō)数 1-Wire 器件需要极低的功率并且不需要電(diàn)源引脚。这些器件从 1-Wire 数据線(xiàn)（称為(wèi)寄生電(diàn)源）提取运行所需的能(néng)量。

1-Wire 内部硬件示例

典型的 1-Wire 器件寄生電(diàn)源配置可(kě)以在以下電(diàn)路图中看到：

以寄生電(diàn)源配置连接的 1-Wire 器件

有(yǒu)多(duō)种 1-Wire 器件，可(kě)用(yòng)于温度传感、识别、时间记录、EEPROM 或 EPROM（一次性可(kě)编程）、安全认证等应用(yòng)。耗材、PCB 和计算机配件、IP 保护、对巡视系统的控制访问、電(diàn)子现金、考勤、食品温度监控或药品安全。

1-Wire 连接所需的上拉電(diàn)阻值应足够低，以提供足够的電(diàn)流為(wèi)器件供電(diàn)，但又(yòu)不能(néng)太低，以免从器件无法成功将数据線(xiàn)下拉至逻辑電(diàn)平 0 .

1-Wire 连接的典型上拉電(diàn)阻值介于 1 kΩ 和 4.7 kΩ 之间。这会将来自 5 V 電(diàn)源的電(diàn)流设置在 5 mA 和 1.06 mA 之间。例如，DS2480B 器件需要 1.5 mA 和 5 mA 之间的電(diàn)流值才能(néng)工作，通常為(wèi) 3 mA。

在 1-Wire 总線(xiàn)上，总有(yǒu)一个主设备负责总管，它可(kě)能(néng)是个人计算机或微控制器。主机总是在总線(xiàn)上启动活动以避免任何传输冲突。主设备负责检测和管理(lǐ)来自多(duō)个从设备同时传输的任何冲突。

设备通过使用(yòng)短和長(cháng)的低脉冲来表示数据来传输。1–15 µs 低脉冲相当于逻辑電(diàn)平 1，而 60 µs 低脉冲相当于逻辑電(diàn)平 0。从设备使用(yòng)脉冲的下降（负）沿来监听脉冲宽度。他(tā)们使用(yòng)非常基本的单稳态多(duō)谐振荡器测量其持续时间。主机通过发送复位脉冲和 8 位命令来启动通信，然后以 8 位為(wèi)一组发送或接收数据。错误检测是使用(yòng)简单的 8 位循环冗余校验 (CRC) 实现的。