1 引言

 

     目前常用的微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€主要有I2C總線,、SPI總線和SCI總線。其中I2C總線以同步串行2線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線,，一條數(shù)據(jù)線）,，SPI總線則以同步串行3線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)輸入線,，一條數(shù)據(jù)輸出線）,，而SCI總線是以異步方式進(jìn)行通信（一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線）的,。這些總線至少需要兩條或兩條以上的信號(hào)線,。近年來(lái)，美國(guó)的達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司（DALLAS SEMICONDUCTOR）推出了一項(xiàng)特有的單總線（1-Wire Bus）技術(shù),。該技術(shù)與上述總線不同,，它采用單根信號(hào)線，既可傳輸時(shí)鐘,，又能傳輸數(shù)據(jù),，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線技術(shù)具有線路簡(jiǎn)單,，硬件開(kāi)銷(xiāo)少,，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),。

 

    單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng),，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。主機(jī)可以是微控制器,，從機(jī)可以是單總線器件,，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過(guò)一條信號(hào)線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí),，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作,；當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作,。圖1所示是單總線多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的示意圖,。

2 單總線的工作原理

 

    顧名思義，單總線即只有一根數(shù)據(jù)線,，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換,、控制都由這根線完成。設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過(guò)一個(gè)漏極開(kāi)路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線,，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線,，而讓其它設(shè)備使用總線,，其內(nèi)部等效電路如圖2所示。單總線通常要求外接一個(gè)約為4.7kΩ的上拉電阻,，這樣,，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平,。主機(jī)和從機(jī)之間的通信可通過(guò)3個(gè)步驟完成,，分別為初始化1-wire器件、識(shí)別1-wire器件和交換數(shù)據(jù),。由于它們是主從結(jié)構(gòu),，只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答,，因此主機(jī)訪問(wèn)1-wire器件都必須嚴(yán)格遵循單總線命令序列,，即初始化、ROM,、命令功能命令,。如果出現(xiàn)序列混亂，1-wire器件將不響應(yīng)主機(jī)（搜索ROM命令,，報(bào)警搜索命令除外）,。表1是列為ΔΙΩ命令的說(shuō)明，而功能命令則根據(jù)具體1-wire器件所支持的功能來(lái)確定,。

表1 ROM命令說(shuō)明

 

3 信號(hào)方式

 

    所有的單總線器件都要遵循嚴(yán)格的通信協(xié)議,，以保證數(shù)據(jù)的完整性。1-wire協(xié)議定義了復(fù)位脈沖,、應(yīng)答脈沖,、寫(xiě)0,、讀0和讀1時(shí)序等幾種信號(hào)類(lèi)型,。所有的單總線命令序列（初始化，ROM命令,，功能命令）都是由這些基本的信號(hào)類(lèi)型組成的,。在這些信號(hào)中，除了應(yīng)答脈沖外,，其它均由主機(jī)發(fā)出同步信號(hào),，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。圖3是這些信號(hào)的時(shí)序圖,。其中,，圖3(a)是初始化時(shí)序，初始化時(shí)序包括主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖,。主機(jī)通過(guò)拉低單總線至少480μs產(chǎn)生Tx復(fù)位脈沖,；然后由主機(jī)釋放總線,，并進(jìn)入Rx接收模式。主機(jī)釋放總線時(shí),，會(huì)產(chǎn)生一由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙?，單總線器件檢測(cè)到該上升沿后，延時(shí)15～60μs,，接著單總線器件通過(guò)拉低總線60～240μsμ來(lái)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖,。主機(jī)接收到從機(jī)的以應(yīng)答脈沖后，說(shuō)明有單總線器件在線,，然后主機(jī)就可以開(kāi)始對(duì)從機(jī)進(jìn)行ROM命令和功能命令操作,。圖3中的（b）、（c）,、（d）分別是寫(xiě)1,、寫(xiě)0和讀時(shí)序。在每一個(gè)時(shí)序中,，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù),。所有的讀、寫(xiě)時(shí)序至少需要60μs,，且每?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的時(shí)序之間至少需要1μs的恢復(fù)時(shí)間,。圖中，讀,、寫(xiě)時(shí)序均始于主機(jī)拉低總線,。在寫(xiě)時(shí)序中，主機(jī)將在拉低總線15μs之內(nèi)釋放總線,，并向單總線器件寫(xiě)1,；若主機(jī)拉低總線后能保持至少60μs的低電平，則向單總線器件寫(xiě)0,。單總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù),，所以，當(dāng)主機(jī)向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后,，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序,，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序之后,，單總線器件才開(kāi)始在總線上發(fā)送0或1,。若單總線器件發(fā)送1，則總線保持高電平,，若發(fā)送0,，則拉低總線。由于單總線器件發(fā)送數(shù)據(jù)后可保持15μs有效時(shí)間,，因此,，主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線,，且須在15μs的采樣總線狀態(tài)，以便接收從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù),。

4 單總線器件

 

    通常把掛在單總線上的器件稱(chēng)之為單總線器件,，單總線器件內(nèi)一般都具有控制、收*發(fā),、存儲(chǔ)等電路,。為了區(qū)分不同的單總線器件，廠家生產(chǎn)單總線器件時(shí)都要刻錄一個(gè)64位的二進(jìn)制ROM代碼,，以標(biāo)志其ID號(hào),。目前，單總線器件主要有數(shù)字溫度傳感器（如DS18B20）,、A/D轉(zhuǎn)換器（如DS2450）,、門(mén)標(biāo)、身份識(shí)別器（如DS1990A）,、單總線控制器（如DS1WM）等,。這里介紹一種iButton形式的單總線器件，它是利用瞬間接觸來(lái)進(jìn)行數(shù)字通信的,，這些器件的應(yīng)用已經(jīng)滲透到貨幣交易和高度安全的認(rèn)證系統(tǒng)之中,。IButton是采用紐扣狀不銹鋼外殼封裝的微型計(jì)算機(jī)晶片，它具有抗撞擊,、防水漬,、耐腐蝕、抗磁擾,、防折疊,、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，能較好的解決傳統(tǒng)識(shí)別器存在的不足,，同時(shí)又可滿足系統(tǒng)在可靠性,、穩(wěn)定性方面的要求。

 

    IButton主要有三種類(lèi)型,，分別是Memory iButton（存儲(chǔ)器）,；Java-powered cryptographic iButton（加密型）；Thermochron iButton（溫度型）,。存儲(chǔ)型iButton最大存儲(chǔ)空間為64kB，可以存儲(chǔ)文本或數(shù)字照片,。加密型iButton是一種微處理器和高速算法加速器,，可以產(chǎn)生大量需要加密和解密的數(shù)據(jù)信息，它的運(yùn)行速度非?？?，可與Internet應(yīng)用相結(jié)合,，并可應(yīng)用于遠(yuǎn)程鑒定識(shí)別。溫度型iButton可以測(cè)量溫度變化,，它內(nèi)含溫度計(jì),、時(shí)鐘、熱記錄和存儲(chǔ)單元等,。

5 單總線器件的應(yīng)用

 

    現(xiàn)以單總線器件iButton在安防系統(tǒng)上的應(yīng)用為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明,，該安防系統(tǒng)就是利用iButton來(lái)進(jìn)行門(mén)禁識(shí)別的。其門(mén)禁識(shí)別部分的硬件原理圖如圖4所示,，它由主機(jī)微控制器,、從機(jī)（包括iButton信息讀取頭和iButton）、主機(jī)通過(guò)RS485進(jìn)行遠(yuǎn)程通信（或通過(guò)MicroWeb連上Internet）等三部分組成,。微控制器采用Microchip公司的PIC16F873芯片,，而API8108A語(yǔ)音芯片則用來(lái)告訴用戶(hù)系統(tǒng)信息；iButton采用DS1990A,，信息讀取頭被讀取并同時(shí)送到主機(jī)微控制器,，然后由主機(jī)把收到的標(biāo)識(shí)碼與原先存儲(chǔ)的iButton標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行比較判斷，若吻合,，則系統(tǒng)按設(shè)定要求程序工作,，否則，系統(tǒng)給出語(yǔ)音提示,。DS1990A與主機(jī)微控制器之間的通信軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示,。

  

     通常主機(jī)與單總線器件的通信都是通過(guò)初始化、寫(xiě)0,、寫(xiě)1,、讀0、讀1時(shí)序來(lái)的完成的,，下面給出用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的子程序,，需要說(shuō)明的是，這些程序雖然是針對(duì)iButton所寫(xiě)的,，但適用于所有的單總線器件,，且簡(jiǎn)單易懂，現(xiàn)予給出,，以供大家參考,。

 

RESET BSF RB2 ;主機(jī)拉低總線

CALL DELAY_500us ；給500μs復(fù)位脈沖

BCF RB2 ;釋放總線

CALL DELAY_200us

BTFSC BR1 ;檢測(cè)iButton返回應(yīng)答脈沖否

GOTO RESET ;否,，再給它復(fù)位脈沖

CALL DELAY_500us ,；是，返回

RETURN

WRITE_0 BSF RB2 ;對(duì)iButton寫(xiě)0時(shí)序子程序

CALL DELAY_10us

CALL DELAY_60us

BCF RB2

CALL DELAY_10us