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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。我們將通過比較每個系列的優(yōu)缺點來完成該系列。
我的目標是，下次您發(fā)現(xiàn)自己希望實現(xiàn)串行通信總線時，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。
在本文中，我們將著眼于流行的 1-Wire 協(xié)議。
1-Wire 是由達拉斯半導(dǎo)體公司（現(xiàn)為美信集成）開發(fā)的一種低速通信總線，使用一條信號數(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)備或主機設(shè)備通過單條數(shù)據(jù)線連接到一個或多個從設(shè)備。每個 1-Wire 從器件都有一個唯一的工廠編程的 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 實現(xiàn)，但今天有許多傳感器可用來自實現(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。它們依靠物理觸點與 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，傳感器通過來自數(shù)據(jù)總線的寄生電源供電。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(jié)省相當多的復(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、識別、時間記錄、EEPROM 或 EPROM（一次性可編程）、安全認證等應(yīng)用。耗材、PCB 和計算機配件、IP 保護、對巡視系統(tǒng)的控制訪問、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。這會將來自 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，總有一個主設(shè)備負責總管，它可能是個人計算機或微控制器。主機總是在總線上啟動活動以避免任何傳輸沖突。主設(shè)備負責檢測和管理來自多個從設(shè)備同時傳輸?shù)娜魏螞_突。
設(shè)備通過使用短和長的低脈沖來表示數(shù)據(jù)來傳輸。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(shè)備使用脈沖的下降（負）沿來監(jiān)聽脈沖寬度。他們使用非常基本的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器測量其持續(xù)時間。主機通過發(fā)送復(fù)位脈沖和 8 位命令來啟動通信，然后以 8 位為一組發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。錯誤檢測是使用簡單的 8 位循環(huán)冗余校驗 (CRC) 實現(xiàn)的。