串行通信協(xié)議：第七部分

2021-07-10

串行通信協(xié)議：第七部分

許多串行通信協(xié)議可用于在電子設備之間傳輸數據，無(wú)論是微控制器從傳感器讀取數據還是將數據發(fā)送到存儲設備。這是一系列文章中的一篇，這些文章將涵蓋一些常用的更流行的協(xié)議。我們將通過(guò)比較每個(gè)系列的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)完成該系列。

我的目標是，下次您發(fā)現自己希望實(shí)現串行通信總線(xiàn)時(shí)，該系列將被證明是有用的參考，因此您可以為您的特定應用選擇最佳選項。

在本文中，我們將著(zhù)眼于流行的 1-Wire 協(xié)議。

1-Wire 是由達拉斯半導體公司（現為美信集成）開(kāi)發(fā)的一種低速通信總線(xiàn)，使用一條信號數據線(xiàn)，不包括地線(xiàn)。它是一種主從通信系統，其中主設備或主機設備通過(guò)單條數據線(xiàn)連接到一個(gè)或多個(gè)從設備。每個(gè) 1-Wire 從器件都有一個(gè)唯一的工廠(chǎng)編程的 64 位標識號 (ID)，即該器件的地址。

1-Wire 器件通常僅由 Maxim Integrated 生產(chǎn)，并提供各種封裝類(lèi)型，例如典型的晶體管 TO-92 以及不同的集成電路。一種非常流行的 1-Wire 通信設備是 iButton（也稱(chēng)為 Dallas Key）。iButton 是一種小型模塊化設備，用于數據記錄器、溫度和濕度傳感器、LED、存儲設備、適配器等應用。雖然 iButton 在歷史上是非常流行的 1-Wire 實(shí)現，但今天有許多傳感器可用來(lái)自實(shí)現 1-Wire 協(xié)議的 Maxim Integrated。

原則上，iButton 是一種與智能卡中使用的非常相似的微芯片。不同之處在于微芯片安裝在圓形不銹鋼按鈕中，專(zhuān)為在惡劣和苛刻的環(huán)境中使用而設計。它們依靠物理觸點(diǎn)與 1-Wire 總線(xiàn)連接。

器件工作的典型 1-Wire 電壓范圍包括：

1.71 V（最小值）至 1.89 V（最大值）

1.71 V（最小值）至 3.63 V（最大值）

2.97 V（最小值）至 6.63 V（最大值）

2.8 V（最小值）至 5.25 V（最大值）

1-Wire 總線(xiàn)最有趣的特性之一是可以通過(guò)通信線(xiàn)路供電，而不需要外部供電。這可以允許外部傳感器（例如溫度傳感器）僅與數據和地線(xiàn)連接，傳感器通過(guò)來(lái)自數據總線(xiàn)的寄生電源供電。與我們在本系列中研究的其他系列通信協(xié)議相比，這可以節省相當多的復雜性和布線(xiàn)。

典型的 1-Wire 總線(xiàn)設備連接可以在以下電路圖中看到：

大多數 1-Wire 器件需要極低的功率并且不需要電源引腳。這些器件從 1-Wire 數據線(xiàn)（稱(chēng)為寄生電源）提取運行所需的能量。

1-Wire 內部硬件示例

典型的 1-Wire 器件寄生電源配置可以在以下電路圖中看到：

以寄生電源配置連接的 1-Wire 器件

有多種 1-Wire 器件，可用于溫度傳感、識別、時(shí)間記錄、EEPROM 或 EPROM（一次性可編程）、安全認證等應用。耗材、PCB 和計算機配件、IP 保護、對巡視系統的控制訪(fǎng)問(wèn)、電子現金、考勤、食品溫度監控或藥品安全。

1-Wire 連接所需的上拉電阻值應足夠低，以提供足夠的電流為器件供電，但又不能太低，以免從器件無(wú)法成功將數據線(xiàn)下拉至邏輯電平 0 .

1-Wire 連接的典型上拉電阻值介于 1 kΩ 和 4.7 kΩ 之間。這會(huì )將來(lái)自 5 V 電源的電流設置在 5 mA 和 1.06 mA 之間。例如，DS2480B 器件需要 1.5 mA 和 5 mA 之間的電流值才能工作，通常為 3 mA。

在 1-Wire 總線(xiàn)上，總有一個(gè)主設備負責總管，它可能是個(gè)人計算機或微控制器。主機總是在總線(xiàn)上啟動(dòng)活動(dòng)以避免任何傳輸沖突。主設備負責檢測和管理來(lái)自多個(gè)從設備同時(shí)傳輸的任何沖突。

設備通過(guò)使用短和長(cháng)的低脈沖來(lái)表示數據來(lái)傳輸。1–15 μs 低脈沖相當于邏輯電平 1，而 60 μs 低脈沖相當于邏輯電平 0。從設備使用脈沖的下降（負）沿來(lái)監聽(tīng)脈沖寬度。他們使用非?；镜膯畏€態(tài)多諧振蕩器測量其持續時(shí)間。主機通過(guò)發(fā)送復位脈沖和 8 位命令來(lái)啟動(dòng)通信，然后以 8 位為一組發(fā)送或接收數據。錯誤檢測是使用簡(jiǎn)單的 8 位循環(huán)冗余校驗 (CRC) 實(shí)現的。