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串行通信協(xié)議：第七部分
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(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)論是微控制器從傳感器讀取數(shù)據(jù)還是將數(shù)據(jù)發(fā)送到存儲(chǔ)設(shè)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(biāo)是，下次您發(fā)現(xiàn)自己希望實(shí)現(xiàn)串行通信總線時(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(yīng)用選擇最佳選項(xiàng)。
在本文中，我們將著眼于流行的 1-Wire 協(xié)議。
1-Wire 是由達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司（現(xiàn)為美信集成）開(kāi)發(fā)的一種低速通信總線，使用一條信號(hào)數(shù)據(jù)線，不包括地線。它是一種主從通信系統(tǒng)，其中主設(shè)備或主機(jī)設(shè)備通過(guò)單條數(shù)據(jù)線連接到一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備。每個(gè) 1-Wire 從器件都有一個(gè)唯一的工廠編程的 64 位標(biāo)識(shí)號(hào) (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(shè)備是 iButton（也稱為 Dallas Key）。iButton 是一種小型模塊化設(shè)備，用于數(shù)據(jù)記錄器、溫度和濕度傳感器、LED、存儲(chǔ)設(shè)備、適配器等應(yīng)用。雖然 iButton 在歷史上是非常流行的 1-Wire 實(shí)現(xiàn)，但今天有許多傳感器可用來(lái)自實(shí)現(xiàn) 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，專為在惡劣和苛刻的環(huán)境中使用而設(shè)計(jì)。它們依靠物理觸點(diǎn)與 1-Wire 總線連接。
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 總線最有趣的特性之一是可以通過(guò)通信線路供電，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(shù)據(jù)和地線連接，傳感器通過(guò)來(lái)自數(shù)據(jù)總線的寄生電源供電。與我們?cè)诒鞠盗兄醒芯康钠渌盗型ㄐ艆f(xié)議相比，這可以節(jié)省相當(dāng)多的復(fù)雜性和布線。
典型的 1-Wire 總線設(shè)備連接可以在以下電路圖中看到：
大多數(shù) 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(shù)據(jù)線（稱為寄生電源）提取運(yùn)行所需的能量。
1-Wire 內(nèi)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(shí)別、時(shí)間記錄、EEPROM 或 EPROM（一次性可編程）、安全認(rèn)證等應(yīng)用。耗材、PCB 和計(jì)算機(jī)配件、IP 保護(hù)、對(duì)巡視系統(tǒng)的控制訪問(wèn)、電子現(xiàn)金、考勤、食品溫度監(jiān)控或藥品安全。
1-Wire 連接所需的上拉電阻值應(yīng)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(shù)據(jù)線下拉至邏輯電平 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(shè)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 總線上，總有一個(gè)主設(shè)備負(fù)責(zé)總管，它可能是個(gè)人計(jì)算機(jī)或微控制器。主機(jī)總是在總線上啟動(dòng)活動(dòng)以避免任何傳輸沖突。主設(shè)備負(fù)責(zé)檢測(cè)和管理來(lái)自多個(gè)從設(shè)備同時(shí)傳輸?shù)娜魏螞_突。
設(shè)備通過(guò)使用短和長(zhǎng)的低脈沖來(lái)表示數(shù)據(jù)來(lái)傳輸。1–15 μs 低脈沖相當(dāng)于邏輯電平 1，而 60 μs 低脈沖相當(dāng)于邏輯電平 0。從設(shè)備使用脈沖的下降（負(fù)）沿來(lái)監(jiān)聽(tīng)脈沖寬度。他們使用非常基本的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器測(cè)量其持續(xù)時(shí)間。主機(jī)通過(guò)發(fā)送復(fù)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(shù)據(jù)。錯(cuò)誤檢測(cè)是使用簡(jiǎn)單的 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC) 實(shí)現(xiàn)的。