基于单片机串口实现1-Wire总线通信的方法

摘 要： 主要介绍了一种借助单片机串口实现1-Wire总线通信的方法，并以集成数字温度传感器DS18B20为例，基于有限状态机采用该方法完成了通信程序的设计。
关键词： 1-Wire总线；串口；有限状态机；DS18B20

　1-Wire总线是Dallas半导体公司推出的一种半双工串行总线，它采用单根信号线实现微控制器（主机）与接口器件（从机）之间的双向通信，每个从机具有唯一的工厂光刻ID作为地址。
　1-Wire总线的优势在于结构简单、便于总线扩展，可以通过总线为器件供电。1-Wire器件种类丰富，典型器件包括温度传感器、存储器、实时时钟、电池管理等。在低功耗仪表、工业控制及家庭监控网络等领域，1-Wire总线获得了广泛应用。
　1-Wire总线协议通常采用软件延时实现，对于实时性高且无操作系统的单片机，该方式难以提高单片机效率，同时极大地降低了系统实时性。本文提出了一种基于单片机串口的1-Wire总线协议的软硬件设计，该设计实现了1-Wire总线通信和单片机效率、实时性的兼顾。
1 1-Wire总线协议简析
　1-Wire总线的单根信号线兼有地址总线、数据总线和控制总线的功能，因此，访问1-Wire器件要严格遵循总线协议以保证数据完整性。
　1-Wire总线协议定义了初始化脉冲、写脉冲和读脉冲3类总线信号，其主要区别在于，总线上高低电平时间不同，下面分别对它们进行简析。

2.2 通信协议接口
　单片机串口采用1 bit起始位、8 bit数据位、1 bit停止位的工作方式，发送时由LSB至MSB逐位发送。
　（1）初始化脉冲
设置波特率为9 600 b/s，即每1 bit的宽度为104.2 μs，发送数据0xf0，则起始位和低4 bit构成复位信号，高4 bit为1，即释放总线。如总线上无应答信号，则串口接收的数据等于0xf0，否则说明总线上有应答信号。
　（2）读写脉冲
　设置波特率为115 200 b/s，即每1 bit的宽度为8.7 μs，完整的发送过程持续87 μs，满足读写脉冲至少60 μs的协议要求。起始位、停止位分别用来启动、终止读写脉冲。写脉冲中，根据串口发送不同数据区分别实现写0时序和写1时序；读脉冲中，串口发送数据0xff，起始位实现读脉冲时序的启动，LSB为1，此时，主机释放并采样总线，起始位与LSB共维持17.4 μs，满足协议对读时序的要求。根据串口接收的数据最低位即可区分从机发送至总线的数据。
　采用串口实现1-Wire总线通信的本质在于将3类总线信号与不同波特率下不同数据的串口收发过程建立联系，初始化脉冲对应2次串口收发的过程，读写脉冲则对应1次串口收发的过程[4]。具体对应关系如表1所示。

3 1-Wire总线应用——DS18B20
　DS18B20是1-Wire总线的集成数字