QuecPython+单总线：物联网设备通信指南+应用示例

原创于 2025-04-17 13:43:02 发布 · 848 阅读

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#物联网 #1-wire #通信协议

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单总线概述

单总线（1 - Wire）是美国 Dallas 公司推出的一种主从式的串行通信协议，主要用于实现微控制器与单总线器件之间的通信。与 SPI、IIC 串行数据通信方式不同，单总线采用单根信号线，实现数据的双向传输，这种设计大大简化了硬件连接，降低了成本和复杂度。

单总线通信时序介绍

单总线的基本时隙可分为初始化、写 0&1，读 0&1 这三个（本文以 DS18B20 温度传感器的时隙为例）。

初始化

所有与 DS18B20 的通信都始于一个初始化序列，该序列由主机发出的复位脉冲和随后的 DS18B20 发出的存在脉冲组成。当 DS18B20 响应复位并发送存在脉冲时，它向主机发出信号，表明它已连接到总线并准备好运行。

具体过程：总线主机通过将单线总线拉低至少 480μs 来发送 (TX) 复位脉冲。然后，总线主机释放总线并进入接收模式 (RX)。释放总线后，上拉电阻将单线总线拉高。当 DS18B20 检测到该上升沿时，它会等待 15μs 至 60μs，然后通过将单线总线拉低 60μs 至 240μs 来发送存在脉冲。

写 0&1

所有写入时隙的持续时间必须至少为 60μs，且各个写入时隙之间至少有 1μs 的恢复时间。两种类型的写入时隙均由主机将 1-Wire 总线拉低来启动。

写 0：要生成“写 0”时隙，在将 1-Wire 总线拉低后，总线主机必须在整个时隙期间（至少 60μs）继续保持总线低电平。

写 1：要生成“写 1”时隙，在将 1-Wire 总线拉低后，总线主机必须在 15μs 内释放 1-Wire 总线。释放总线后，上拉电阻会将总线拉高。

具体过程：DS18B20 在主机启动写入时隙后 15μs 至 60μs 的窗口期内对 1-Wire 总线进行采样。如果在采样窗口期内总线为高电平，则向 DS18B20 写入 1。如果总线为低电平，则向 DS18B20 写入 0。

读 0&1

所有读取时隙的持续时间必须至少为 60μs，且时隙之间的恢复时间至少为 1μs。读取时隙由主机将 1-Wire 总线拉低至少 1μs，然后释放总线来启动。主机启动读取时隙后，DS18B20 将开始在总线上发送 1 或 0。且仅当主机发出读取时隙时，DS18B20 才能向主机发送数据。

读 0：DS18B20 将在读取时隙结束时释放总线，并通过上拉电阻将总线拉回至高电平空闲状态。

读 1：DS18B20 保持总线为高电平状态。

具体过程：DS18B20 的输出数据在启动读取时隙的下降沿之后的 15μs 内有效。因此，主机必须释放总线，然后在时隙开始后的 15μs 内对总线状态进行采样。

功能概述

主要介绍如何使用单总线（1-Wire）驱动程序的功能合数据类型在 QuecPython 系列模组与 DS18B20 传感器之间建立通信。典型的编程工作流程分为以下几个部分：

创建对象
复位
发送数据
读取数据

创建对象

创建单总线对象时，需要设置 DQ 引脚所连接的 GPIO。

class machine.OneWire(GPIO)

参数介绍请参考构造函数

复位

该方法用于复位总线并检测设备是否响应，使用时需要先调用该接口，再调用读写接口。

OneWire.reset()

API 详情请参考 machine.OneWire.reset

发送数据

该方法用于主机向从机写数据，要写入的 data 为 bytes 类型。

OneWire.write(data)

API 详情请参考 machine.OneWire.write

读取数据

该方法读取的为 DS18B20 原始数据，需按照 DS18B20 的数据格式换算成实际温度。

OneWire.read(len)

API 详情请参考 machine.OneWire.read

应用案例

温度传感器 DS18B20

DS18B20 传感器是一款常用的数字温度传感器，由 Dallas Semiconductor 公司生产，内部包含温度传感器、温度转换电路、非易失性存储器、配置寄存器和单总线接口电路等模块。通过单总线接口电路，DS18B20 传感器与外部主机进行通信，实现数据的传输和命令的接收。

基本命令：

CCh：跳过 ROM（在仅有一个 DS18B20 传感器时可以发送 0xCC 跳过 ROM 匹配）

44h：启动温度转换

4Eh：写暂存寄存器

BEh：读暂存寄存器（一共可读9个寄存器，前2个为温度值）

DS18B20 获取到的的温度值格式如下，需要将其进行转换：

整个通信流程：

复位初始化
主机发送 [0xcc, 0x44] 启动 DS18B20 温度转换
再次复位
主机发送 [0xcc, 0xbe] 读取暂存寄存器中的温度值

获取 DS18B20 温度值的示例代码如下：

from machine import OneWire

data1=bytearray([0xcc,0x44])
data2=bytearray([0xcc,0xbe])

obj=OneWire(OneWire.GPIO46)
obj.reset()
obj.write(data1)
obj.reset()
obj.write(data2)

data = obj.read(2)    # 读取到的为原始数据，需要进行转换

temp_h = data[1]
temp_l = data[0]

if temp_h > 7:    # 负数处理
    temp = (~(temp_h<<8 | temp_l) + 1) * 0.0625
else:
    temp = (temp_h<<8 | temp_l) * 0.0625

print("temperature:", temp)