单总线原理

1.简介

       单总线即one-wire总线，与SPI、I²C串行数据通信方式不同。它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的。

       单总线是DALLAS公司研制开发的种协议由一个总线主节点、或多个从节点组成系统，通过根信号线对从芯片进行数据的读取。每一个符合OneWire协议的从芯片都有一个唯一的地址，包括48位的序列号、8位的家族代码和8位的CRC代码。主芯片对各个从芯片的寻址依据这64位的不同来进行。

       单总线利用一根线实现双向通信。因此其协议对时序的要求较严格，如应答等时序都有明确的时间要求。基本的时序包括：复位、应答时序、写1位时序、读1位时序。在复位及应答时序中，主器件发出复位信号后，要求从器件在规定的时间内送回应答信号；在位读和位写时序中，主器件要在规定的时间内读出或写出数据。

2.单总线原理

        单总线器件内部设置有寄生供电电路。当单总线处于高电平时，一方面通过二极管向芯片供电，另方面对内部电容C（约800pF）充电；当单总线处于低电平时，二极管截止，内部电容C向芯片供电。由于电容c的容量有限，因此要求单总线能间隔地提供高电平以能不断地向内部电容C充电、维持器件的正常工作。这就是通过网络线路“窃取”电能的“寄生电源”的工作原理。要注意的是，为了确保总线上的某些器件在工作时（如温度传感器进行温度转换、E2PROM写入数据时）有足够的电流供给，除了上拉电阻之外，还需要在总线上使用MOSFET（场效应晶体管）提供强上拉供电。

　　单总线的数据传输速率一般为16．3Kbit/s，最大可达142 Kbit/s，通常情况下采用100Kbit/s以下的速率传输数据。主设备I/O口可直接驱动200m范围内的从设备，经过扩展后可达1km范围。

2.1单总线通信信号类型

       单总线通信协议定义了如下几种类型，即复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。除了应答脉冲外，所有的信号都由主机发出同步信号，并且发送的所有的命令和数据都是字节的低位在前。

（1）复位脉冲和应答脉冲

         单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机输出低电平，保持低电平时间至少 480us，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7K 的上拉电阻将单总线拉高，延时 15～60 us， 并进入接收模式(Rx)。接着 DS18B20 拉低总线 60~240 us，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，再延时 480 us。

 

（2）写时序

       写时序包括写 0 时序和写 1 时序。所有写时序至少需要 60us，且在 2 次独立的写时序之间至少需要 1us 的恢复时间，两种写时序均起始于主机拉低总线。

       写 0 时序：主机输出低电平，延时 60us，然后释放总线， 延时 2us。

       写 1 时序：主机输出低电平，延时 2us，然后上拉电阻拉至高电平，延时 60us。

 

      

    在写时隙开始后15us~60us期间，单总线器件采样总电平状态。如果在此期间采样值为高电平，则逻辑1被写入器件；如果为0，写入逻辑0。

（3）读时序

        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，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要 60us，且在 2 次独立的读 时序之间至少需要 1us 的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线 1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的 15us 之内采样总线状态。

       典型的读时序过程为：主机输出低电平延时 2us，然后主机转成输入模式延时 12us，然后读取单总线当前的电平，然后延时 50us。

 2.2单总线通信的ROM命令

      当主机检测到应答脉冲后，就发出ROM命令，这些命令与各个从机设备的唯一64位ROM代码相关，允许主机在单总线上连接多个从设备时，指定操作某个从设备。

      主机在发出功能命今之前，必须发出ROM命令。

3.总结

DS18B20 的典型温度读取过程为：复位→发 SKIP ROM 命令（0XCC）→发开始转换命令（0X44）→延时→复位→发送 SKIP ROM 命令（0XCC）→发读存储器命令（0XBE）→连续读出两个字节数据(即温度)→结束。