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1 引言 目前常用的微機與外設之間進(jìn)行數據傳輸的串行總線(xiàn)主要有I2C總線(xiàn)、SPI總線(xiàn)和SCI總線(xiàn)。其中I2C總線(xiàn)以同步串行2線(xiàn)方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線(xiàn)，一條數據線(xiàn)），SPI總線(xiàn)則以同步串行3線(xiàn)方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線(xiàn)，一條數據輸入線(xiàn)，一條數據輸出線(xiàn)），而SCI總線(xiàn)是以異步方式進(jìn)行通信（一條數據輸入線(xiàn)，一條數據輸出線(xiàn)）的。這些總線(xiàn)至少需要兩條或兩條以上的信號線(xiàn)。近年來(lái)，美國的達拉斯半導體公司（DALLAS SEMICONDUCTOR）推出了一項特有的單總線(xiàn)（1-Wire Bus）技術(shù)。該技術(shù)與上述總線(xiàn)不同，它采用單根信號線(xiàn)，既可傳輸時(shí)鐘，又能傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的，因而這種單總線(xiàn)技術(shù)具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，硬件開(kāi)銷(xiāo)少，成本低廉，便于總線(xiàn)擴展和維護等優(yōu)點(diǎn)。 單總線(xiàn)適用于單主機系統，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機設備。主機可以是微控制器，從機可以是單總線(xiàn)器件，它們之間的數據交換只通過(guò)一條信號線(xiàn)。當只有一個(gè)從機設備時(shí)，系統可按單節點(diǎn)系統操作；當有多個(gè)從設備時(shí)，系統則按多節點(diǎn)系統操作。圖1所示是單總線(xiàn)多節點(diǎn)系統的示意圖。 2 單總線(xiàn)的工作原理 顧名思義，單總線(xiàn)即只有一根數據線(xiàn)，系統中的數據交換、控制都由這根線(xiàn)完成。設備（主機或從機）通過(guò)一個(gè)漏極開(kāi)路或三態(tài)端口連至該數據線(xiàn)，以允許設備在不發(fā)送數據時(shí)能夠釋放總線(xiàn)，而讓其它設備使用總線(xiàn)，其內部等效電路如圖2所示。單總線(xiàn)通常要求外接一個(gè)約為4.7kΩ的上拉電阻，這樣，當總線(xiàn)閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。主機和從機之間的通信可通過(guò)3個(gè)步驟完成，分別為初始化1-wire器件、識別1-wire器件和交換數據。由于它們是主從結構，只有主機呼叫從機時(shí)，從機才能應答，因此主機訪(fǎng)問(wèn)1-wire器件都必須嚴格遵循單總線(xiàn)命令序列，即初始化、ROM、命令功能命令。如果出現序列混亂，1-wire器件將不響應主機（搜索ROM命令，報警搜索命令除外）。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 信號方式 所有的單總線(xiàn)器件都要遵循嚴格的通信協(xié)議，以保證數據的完整性。1-wire協(xié)議定義了復位脈沖、應答脈沖、寫(xiě)0、讀0和讀1時(shí)序等幾種信號類(lèi)型。所有的單總線(xiàn)命令序列（初始化，ROM命令，功能命令）都是由這些基本的信號類(lèi)型組成的。在這些信號中，除了應答脈沖外，其它均由主機發(fā)出同步信號，并且發(fā)送的所有命令和數據都是字節的低位在前。圖3是這些信號的時(shí)序圖。其中，圖3(a)是初始化時(shí)序，初始化時(shí)序包括主機發(fā)出的復位脈沖和從機發(fā)出的應答脈沖。主機通過(guò)拉低單總線(xiàn)至少480μs產(chǎn)生Tx復位脈沖；然后由主機釋放總線(xiàn)，并進(jìn)入Rx接收模式。主機釋放總線(xiàn)時(shí)，會(huì )產(chǎn)生一由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙�，單總線(xiàn)器件檢測到該上升沿后，延時(shí)15～60μs，接著(zhù)單總線(xiàn)器件通過(guò)拉低總線(xiàn)60～240μsμ來(lái)產(chǎn)生應答脈沖。主機接收到從機的以應答脈沖后，說(shuō)明有單總線(xiàn)器件在線(xiàn)，然后主機就可以開(kāi)始對從機進(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(xiàn)只能傳輸一位數據。所有的讀、寫(xiě)時(shí)序至少需要60μs，且每?jì)蓚�(gè)獨立的時(shí)序之間至少需要1μs的恢復時(shí)間。圖中，讀、寫(xiě)時(shí)序均始于主機拉低總線(xiàn)。在寫(xiě)時(shí)序中，主機將在拉低總線(xiàn)15μs之內釋放總線(xiàn)，并向單總線(xiàn)器件寫(xiě)1；若主機拉低總線(xiàn)后能保持至少60μs的低電平，則向單總線(xiàn)器件寫(xiě)0。單總線(xiàn)器件僅在主機發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才向主機傳輸數據，所以，當主機向單總線(xiàn)器件發(fā)出讀數據命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便單總線(xiàn)器件能傳輸數據。在主機發(fā)出讀時(shí)序之后，單總線(xiàn)器件才開(kāi)始在總線(xiàn)上發(fā)送0或1。若單總線(xiàn)器件發(fā)送1，則總線(xiàn)保持高電平，若發(fā)送0，則拉低總線(xiàn)。由于單總線(xiàn)器件發(fā)送數據后可保持15μs有效時(shí)間，因此，主機在讀時(shí)序期間必須釋放總線(xiàn)，且須在15μs的采樣總線(xiàn)狀態(tài)，以便接收從機發(fā)送的數據。 4 單總線(xiàn)器件 通常把掛在單總線(xiàn)上的器件稱(chēng)之為單總線(xiàn)器件，單總線(xiàn)器件內一般都具有控制、收*發(fā)、存儲等電路。為了區分不同的單總線(xiàn)器件，廠(chǎng)家生產(chǎn)單總線(xiàn)器件時(shí)都要刻錄一個(gè)64位的二進(jìn)制ROM代碼，以標志其ID號。目前，單總線(xiàn)器件主要有數字溫度傳感器（如DS18B20）、A/D轉換器（如DS2450）、門(mén)標、身份識別器（如DS1990A）、單總線(xiàn)控制器（如DS1WM）等。這里介紹一種iButton形式的單總線(xiàn)器件，它是利用瞬間接觸來(lái)進(jìn)行數字通信的，這些器件的應用已經(jīng)滲透到貨幣交易和高度安全的認證系統之中。IButton是采用紐扣狀不銹鋼外殼封裝的微型計算機晶片，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)，能較好的解決傳統識別器存在的不足，同時(shí)又可滿(mǎn)足系統在可靠性、穩定性方面的要求。 IButton主要有三種類(lèi)型，分別是Memory iButton（存儲器）；Java-powered cryptographic iButton（加密型）；Thermochron iButton（溫度型）。存儲型iButton最大存儲空間為64kB，可以存儲文本或數字照片。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據信息，它的運行速度非�？�，可與Internet應用相結合，并可應用于遠程鑒定識別。溫度型iButton可以測量溫度變化，它內含溫度計、時(shí)鐘、熱記錄和存儲單元等。 5 單總線(xiàn)器件的應用 現以單總線(xiàn)器件iButton在安防系統上的應用為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，該安防系統就是利用iButton來(lái)進(jìn)行門(mén)禁識別的。其門(mén)禁識別部分的硬件原理圖如圖4所示，它由主機微控制器、從機（包括iButton信息讀取頭和iButton）、主機通過(guò)RS485進(jìn)行遠程通信（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)系統信息；iButton采用DS1990A，信息讀取頭被讀取并同時(shí)送到主機微控制器，然后由主機把收到的標識碼與原先存儲的iButton標識碼進(jìn)行比較判斷，若吻合，則系統按設定要求程序工作，否則，系統給出語(yǔ)音提示。DS1990A與主機微控制器之間的通信軟件設計流程圖如圖5所示。 通常主機與單總線(xiàn)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iButton所寫(xiě)的，但適用于所有的單總線(xiàn)器件，且簡(jiǎn)單易懂，現予給出，以供大家參考。 RESET BSF RB2 ;主機拉低總線(xiàn) CALL DELAY_500us ；給500μs復位脈沖 BCF RB2 ;釋放總線(xiàn) CALL DELAY_200us BTFSC BR1 ;檢測iButton返回應答脈沖否 GOTO RESET ;否，再給它復位脈沖 CALL DELAY_500us ；是，返回 RETURN WRITE_0 BSF RB2 ;對iButton寫(xiě)0時(shí)序子程序 CALL DELAY_10us CALL DELAY_60us BCF RB2 CALL DELAY_10us RETURN WRITE_1 BSF RB2 ;對iButton寫(xiě)1時(shí)序子程序 CALL DELAY_10us BCF RB2 CALL DELAY_60us RETURN READ_TIME BSF RB2 ;對iButton讀數據時(shí)序 NOP NOP NOP BCF RB2 CALL DELAY_10us RETURN 6 總結 單總線(xiàn)技術(shù)以其線(xiàn)路簡(jiǎn)單、硬件開(kāi)銷(xiāo)少、成本低廉、軟件設計簡(jiǎn)單優(yōu)勢而有著(zhù)無(wú)可比擬的應用前景�；趩慰偩�(xiàn)的iButton技術(shù)能較好地解決傳統識別器普遍存在的攜帶不便、易損壞、易受腐饋、易受電磁干擾等不足，可應用于高度安全的門(mén)禁、身份識別等領(lǐng)域。其通信可靠簡(jiǎn)單，很容易實(shí)現。因此單總線(xiàn)技術(shù)有著(zhù)廣闊的應用前景，是值得產(chǎn)注的一個(gè)發(fā)展領(lǐng)域。 |
