單總線(1-Wire)是DALLAS公司推出的一種單線雙向串行總線，僅用一根線即可實(shí)現(xiàn)多個器件間的數(shù)據(jù)傳輸。目前，常用的單總線接口芯片有數(shù)字溫度傳感器DS18B20、單總線控制器DSIWM和D-A轉(zhuǎn)換器DS2450等。本節(jié)將以單總線溫度傳感器DS18B20為例，介紹單總線接口器件的引腳功能、時序及使用方法;最后，給出AT89C52單片機(jī)擴(kuò)展DS18B20的例子。

單總線的引腳功能和時序

1.單總線的引腳功能

在單總線接口擴(kuò)展中，一根線DQ將所有器件連接在一起，如圖6-19所示。DQ是雙向傳輸線，可以傳送時鐘信號和數(shù)據(jù)。為保證總線空閑時該引腳為高電平，DQ引腳必須經(jīng)過一個約5kΩ的電阻與正電源相連，如圖6-20所示。另外，在圖6-20中，主機(jī)是指單片機(jī)等控制器。沒有專用單總線引腳的單片機(jī)可以用I/O口引腳模擬單總線引腳。

圖6-19單總線接口擴(kuò)展示意圖

圖6-20 DS18B20單總線引腳硬件結(jié)構(gòu)示意圖

使用單總線接口器件時要注意：

1)在單總線通信中，只能有一個主機(jī)(只有含CPU的器件可以做主機(jī))，并且從機(jī)只能被動地與主機(jī)通信。

2)單總線接口器件都具有唯一、不能更改，且與其他器件不同的64位ROM序列號，主機(jī)可以通過該序列號尋址單總線上掛接的從機(jī)。

3)單總線的數(shù)據(jù)傳輸順序是“先低位，后高位”。

4)單總線接口器件采用寄生電源的供電方式時，不需要外接電源。

2.單總線的引腳時序

為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，單總線接口器件通信過程中必須按照通信協(xié)議要求產(chǎn)生總線信號。單總線協(xié)議中的信號類型有以下幾種，分別是復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫0信號、寫1信號、讀0信號和讀1信號。上述信號中，除了存在脈沖，所有信號均由主機(jī)產(chǎn)生。這些信號的時序如圖6-21所示，下面分別介紹。

圖6-21 DS18B20的DQ引腳時序

(1)復(fù)位脈沖

單總線的數(shù)據(jù)傳輸開始于主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖，這是總線初始化操作。如圖6-21所示，主機(jī)(即控制器)將DQ引腳置為低電平，即將總線的電平拉低，并保持480~960μs，以產(chǎn)生“復(fù)位脈沖”。復(fù)位脈沖發(fā)出后，主機(jī)重新將DQ置為高電平(即釋放總線)并等待15~60μs，之后檢測從機(jī)是否發(fā)出了“存在脈沖”。若檢測到“存在脈沖”則開始通信，否則不通信。

(2)存在脈沖

主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖并釋放總線時，總線上產(chǎn)生上升沿。從機(jī)(此處指DS18B20)檢測到該上升沿后，等待15~60μs再將總線DQ引腳置為低電平，并保持60~240μs。如圖6-21所示，這個持續(xù)60~240μs的低電平即是從機(jī)發(fā)出的“存在脈沖”。

(3)主機(jī)的寫時隙

主機(jī)通過寫“0”時隙向從機(jī)發(fā)送邏輯0，通過寫“1”時隙向從機(jī)發(fā)送邏輯1。寫“0”時隙和寫“1”時隙都必須維持至少60μs。兩次寫時隙之間至少需要1μs的恢復(fù)時間。產(chǎn)生寫“0”時隙和寫“1”時隙的方法分別如下：

1)產(chǎn)生寫“0”時隙的方法是，主機(jī)拉低總線電平，并保持60~120μs，然后釋放總線(即向總線寫1)。

2)產(chǎn)生寫“1”時隙的方法是，主機(jī)拉低總線電平，并在15μs內(nèi)釋放總線，

寫“0”時隙和寫“1”時隙都以拉低總線開始，從機(jī)檢測到由此產(chǎn)生的下降沿后，將在15~60μs內(nèi)讀取數(shù)據(jù)，即檢測總線上的電平，低電平為0，高電平為1。

(4)主機(jī)的讀時隙

主機(jī)產(chǎn)生讀時隙后，從機(jī)才能向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。主機(jī)產(chǎn)生讀時隙的方法是將總線拉底，并保持至少1μs，然后釋放總線。從機(jī)檢測到總線上的這個上升沿信號后，將數(shù)據(jù)送到總線上、發(fā)給主機(jī)。若從機(jī)發(fā)給主機(jī)的是0，則總線上產(chǎn)生主機(jī)讀“0”時隙，若發(fā)給的是1，則產(chǎn)生讀“1”時隙。需要注意的是，從機(jī)的數(shù)據(jù)只能保持15μs，因此主機(jī)必須在產(chǎn)生讀時隙后的15μs內(nèi)完成讀數(shù)據(jù)的操作。