单总线的基本原理介绍

### 单总线的基本原理详解 #### 一、概述 单总线技术是Maxim全资子公司Dallas开发的一项专有技术，旨在简化数据通信系统的设计。与传统的串行数据通信方式如SPI/I2C/MICROWIRE相比，单总线技术采用单一的数据线，既负责数据的传输也负责数据的同步，同时还支持双向数据通信。这一特性使得单总线技术非常适合于那些需要节省I/O端口资源的应用场合，并且由于大多数单总线设备可以直接从总线上获取足够的电源（即寄生供电方式），因此在结构上更加简单、成本更低。 单总线系统可以支持单个主机系统控制一个或多个从机设备。当只有一个从机设备连接到总线上时，系统可以按照单节点系统的方式进行操作；如果有多个从机设备，则系统按照多节点系统的方式进行操作。 为了更全面地理解单总线系统的工作原理，我们可以将其分为以下三个主要方面进行探讨：硬件结构、命令序列以及信号方式。 #### 二、硬件结构 **1. 数据线**: 单总线技术的核心在于它的数据线，即单总线，这根线既是数据传输的通道也是同步信号的载体。设备（无论是主机还是从机）通常通过一个漏极开路或三态端口连接至数据线，这样可以在不发送数据时释放数据总线，以便其他设备可以使用。 **2. 上拉电阻**: 为了确保数据线在空闲时处于高电平状态，单总线系统要求在外接一个约5KΩ的上拉电阻。这种设计可以防止数据线在没有数据传输时处于不确定的状态，有助于维持系统的稳定运行。 **3. 寄生供电**: 对于大多数单总线设备来说，它们可以直接从数据线上获取所需的电源。在某些特定的工作状态下，如温度转换或EEPROM写入等，为了确保设备有足够的电源，还需要在总线上提供更强的上拉电压。 #### 三、命令序列 在单总线系统中，命令序列是非常重要的组成部分之一，它定义了主机如何与从机设备进行交互。典型的单总线命令序列包括： 1. **初始化**: 所有的数据传输过程都是以初始化开始的。初始化过程由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成。应答脉冲表明从机设备已经准备好并处于等待状态。 2. **ROM命令**: 在检测到应答脉冲后，主机可以发出ROM命令。这些命令与各个从机设备的唯一64位ROM代码相关联，允许主机在单总线上选择特定的从机设备进行操作。 3. **功能命令**: 在ROM命令之后，主机可以发出功能命令来执行具体的任务，比如读取传感器数据或设置设备参数。 在实际操作中，必须严格按照这个序列执行，否则从机设备可能不会响应主机。但是，搜索ROM命令和报警搜索命令是例外，执行这两个命令后，主机不能再执行功能命令，而是必须返回到初始化步骤。 #### 四、ROM命令详解 ROM命令主要用于识别和管理单总线系统中的从机设备，以下是几种常见的ROM命令及其功能： 1. **搜索ROM [F0h]**: 当系统启动时，主机需要找出总线上所有从机设备的ROM代码。这个命令允许主机确定从机的数量和类型。如果总线上只有一个从机设备，也可以使用读ROM命令来替代。 2. **读ROM [33h]**: 仅适用于单节点系统，允许主机直接读出从机设备的64位ROM代码。如果在一个多节点系统中使用该命令，将会导致数据冲突。 3. **匹配ROM [55h]**: 跟随64位ROM代码，允许主机访问多节点系统中的特定从机设备。只有当从机设备的ROM代码与命令中的64位ROM代码完全匹配时，从机会响应后续的功能命令。 4. **跳越ROM [CCh]**: 主机可以利用此命令同时访问总线上的所有从机设备，无需发送ROM代码信息。例如，在发出跳越ROM命令后跟随转换温度命令，可以让所有DS18B20开始温度转换。 5. **报警搜索 [ECh]**: 只有当从机设备的报警标志被置位时，才会响应此命令。其工作方式类似于搜索ROM命令，但只针对那些处于报警状态的设备。 单总线技术通过简化硬件结构、优化命令序列等方式，实现了高效、灵活的数据通信方案，尤其适用于需要简化设计复杂度和降低成本的应用场景。