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2021-07-10

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许多串行通信协议可用于在电子设备之间传输数据，无论是微控制器从传感器读取数据还是将数据发送到存储设备。这是一系列文章中的一篇，这些文章将涵盖一些常用的更流行的协议。我们将通过比较每个系列的优缺点来完成该系列。

我的目标是，下次您发现自己希望实现串行通信总线时，该系列将被证明是有用的参考，因此您可以为您的特定应用选择最佳选项。

在本文中，我们将着眼于流行的 1-Wire 协议。

1-Wire 是由达拉斯半导体公司（现为美信集成）开发的一种低速通信总线，使用一条信号数据线，不包括地线。它是一种主从通信系统，其中主设备或主机设备通过单条数据线连接到一个或多个从设备。每个 1-Wire 从器件都有一个唯一的工厂编程的 64 位标识号 (ID)，即该器件的地址。

1-Wire 器件通常仅由 Maxim Integrated 生产，并提供各种封装类型，例如典型的晶体管 TO-92 以及不同的集成电路。一种非常流行的 1-Wire 通信设备是 iButton（也称为 Dallas Key）。iButton 是一种小型模块化设备，用于数据记录器、温度和湿度传感器、LED、存储设备、适配器等应用。虽然 iButton 在历史上是非常流行的 1-Wire 实现，但今天有许多传感器可用来自实现 1-Wire 协议的 Maxim Integrated。

原则上，iButton 是一种与智能卡中使用的非常相似的微芯片。不同之处在于微芯片安装在圆形不锈钢按钮中，专为在恶劣和苛刻的环境中使用而设计。它们依靠物理触点与 1-Wire 总线连接。

器件工作的典型 1-Wire 电压范围包括：

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 总线最有趣的特性之一是可以通过通信线路供电，而不需要外部供电。这可以允许外部传感器（例如温度传感器）仅与数据和地线连接，传感器通过来自数据总线的寄生电源供电。与我们在本系列中研究的其他系列通信协议相比，这可以节省相当多的复杂性和布线。

典型的 1-Wire 总线设备连接可以在以下电路图中看到：

大多数 1-Wire 器件需要极低的功率并且不需要电源引脚。这些器件从 1-Wire 数据线（称为寄生电源）提取运行所需的能量。

1-Wire 内部硬件示例

典型的 1-Wire 器件寄生电源配置可以在以下电路图中看到：

以寄生电源配置连接的 1-Wire 器件

有多种 1-Wire 器件，可用于温度传感、识别、时间记录、EEPROM 或 EPROM（一次性可编程）、安全认证等应用。耗材、PCB 和计算机配件、IP 保护、对巡视系统的控制访问、电子现金、考勤、食品温度监控或药品安全。

1-Wire 连接所需的上拉电阻值应足够低，以提供足够的电流为器件供电，但又不能太低，以免从器件无法成功将数据线下拉至逻辑电平 0 .

1-Wire 连接的典型上拉电阻值介于 1 kΩ 和 4.7 kΩ 之间。这会将来自 5 V 电源的电流设置在 5 mA 和 1.06 mA 之间。例如，DS2480B 器件需要 1.5 mA 和 5 mA 之间的电流值才能工作，通常为 3 mA。

在 1-Wire 总线上，总有一个主设备负责总管，它可能是个人计算机或微控制器。主机总是在总线上启动活动以避免任何传输冲突。主设备负责检测和管理来自多个从设备同时传输的任何冲突。

设备通过使用短和长的低脉冲来表示数据来传输。1–15 µs 低脉冲相当于逻辑电平 1，而 60 µs 低脉冲相当于逻辑电平 0。从设备使用脉冲的下降（负）沿来监听脉冲宽度。他们使用非常基本的单稳态多谐振荡器测量其持续时间。主机通过发送复位脉冲和 8 位命令来启动通信，然后以 8 位为一组发送或接收数据。错误检测是使用简单的 8 位循环冗余校验 (CRC) 实现的。