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单总线(1-Wire Bus)技术及其应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了美DALLAS公司推出的单总线技术的原理和信号传输方式,说明了单总线通信协议,最后以单总线器件iButton在安防系统中的应用为例,给出了单总线的数据传输方法。

    关键词:单总线 单总线协议 iButton

1 引言

目前常用的微机与外设之间进行数据传输的串行总线主要有I2C总线、SPI总线和SCI总线。其中I2C总线以同步串行2线方式进行通信(一条时钟线,一条数据线),SPI总线则以同步串行3线方式进行通信(一条时钟线,一条数据输入线,一条数据输出线),而SCI总线是以异步方式进行通信(一条数据输入线,一条数据输出线)的。这些总线至少需要两条或两条以上的信号线。近年来,美国的达拉斯半导体公司(DALLAS SEMICONDUCTOR)推出了一项特有的单总线(1-Wire Bus)技术。该技术与上述总线不同,它采用单根信号线,既可传输时钟,又能传输数据,而且数据传输是双向的,因而这种单总线技术具有线路简单,硬件开销少,成本低廉,便于总线扩展和维护等优点。

单总线适用于单主机系统,能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器,从机可以是单总线器件,它们之间的数据交换只通过一条信号线。当只有一个从机设备时,系统可按单节点系统操作;当有多个从设备时,系统则按多节点系统操作。图1所示是单总线多节点系统的示意图。
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2 单总线的工作原理

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2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可通过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)。表1是列为ΔΙΩ命令的说明,而功能命令则根据具体1-wire器件所支持的功能来确定。

表1 ROM命令说明

ROM命令 说      明 搜索ROM(F0h) 识别单总线上所有的1-wire器件的ROM编码 读ROM(33h)(仅适合单节点) 直接读1-wire器件的序列号 匹配ROM(55h) 寻找与指定序列号相匹配的1-wire器件 跳跃ROM(CCh)(仅适合单节点) 使用该命令可直接访问总线上的从机设备 报警搜索ROM(Ech)(仅少数器件支持) 搜索有报警的从机设备

3 信号方式

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。图3是这些信号的时序图。其中,图3(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3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

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