摘  要： 主要介紹了一種借助單片機(jī)串口實(shí)現(xiàn)1-Wire總線通信的方法,，并以集成數(shù)字溫度傳感器DS18B20為例，基于有限狀態(tài)機(jī)采用該方法完成了通信程序的設(shè)計(jì),。
關(guān)鍵詞： 1-Wire總線,；串口；有限狀態(tài)機(jī),；DS18B20

　1-Wire總線是Dallas半導(dǎo)體公司推出的一種半雙工串行總線,，它采用單根信號(hào)線實(shí)現(xiàn)微控制器（主機(jī)）與接口器件（從機(jī)）之間的雙向通信，每個(gè)從機(jī)具有唯一的工廠光刻ID作為地址,。
　1-Wire總線的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、便于總線擴(kuò)展，可以通過總線為器件供電,。1-Wire器件種類豐富,，典型器件包括溫度傳感器、存儲(chǔ)器,、實(shí)時(shí)時(shí)鐘,、電池管理等。在低功耗儀表,、工業(yè)控制及家庭監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域,，1-Wire總線獲得了廣泛應(yīng)用。
　1-Wire總線協(xié)議通常采用軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn),，對(duì)于實(shí)時(shí)性高且無操作系統(tǒng)的單片機(jī),，該方式難以提高單片機(jī)效率，同時(shí)極大地降低了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性,。本文提出了一種基于單片機(jī)串口的1-Wire總線協(xié)議的軟硬件設(shè)計(jì),，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了1-Wire總線通信和單片機(jī)效率、實(shí)時(shí)性的兼顧,。
1 1-Wire總線協(xié)議簡(jiǎn)析
　1-Wire總線的單根信號(hào)線兼有地址總線,、數(shù)據(jù)總線和控制總線的功能，因此,，訪問1-Wire器件要嚴(yán)格遵循總線協(xié)議以保證數(shù)據(jù)完整性,。
　1-Wire總線協(xié)議定義了初始化脈沖、寫脈沖和讀脈沖3類總線信號(hào),，其主要區(qū)別在于,，總線上高低電平時(shí)間不同，下面分別對(duì)它們進(jìn)行簡(jiǎn)析。

2.2 通信協(xié)議接口
　單片機(jī)串口采用1 bit起始位,、8 bit數(shù)據(jù)位,、1 bit停止位的工作方式，發(fā)送時(shí)由LSB至MSB逐位發(fā)送,。
?。?）初始化脈沖
設(shè)置波特率為9 600 b/s，即每1 bit的寬度為104.2 μs,，發(fā)送數(shù)據(jù)0xf0,，則起始位和低4 bit構(gòu)成復(fù)位信號(hào)，高4 bit為1,，即釋放總線,。如總線上無應(yīng)答信號(hào)，則串口接收的數(shù)據(jù)等于0xf0,，否則說明總線上有應(yīng)答信號(hào),。
　（2）讀寫脈沖
　設(shè)置波特率為115 200 b/s,，即每1 bit的寬度為8.7 μs,，完整的發(fā)送過程持續(xù)87 μs，滿足讀寫脈沖至少60 μs的協(xié)議要求,。起始位,、停止位分別用來啟動(dòng)、終止讀寫脈沖,。寫脈沖中,，根據(jù)串口發(fā)送不同數(shù)據(jù)區(qū)分別實(shí)現(xiàn)寫0時(shí)序和寫1時(shí)序；讀脈沖中,，串口發(fā)送數(shù)據(jù)0xff,，起始位實(shí)現(xiàn)讀脈沖時(shí)序的啟動(dòng)，LSB為1,，此時(shí),，主機(jī)釋放并采樣總線，起始位與LSB共維持17.4 μs,，滿足協(xié)議對(duì)讀時(shí)序的要求,。根據(jù)串口接收的數(shù)據(jù)最低位即可區(qū)分從機(jī)發(fā)送至總線的數(shù)據(jù)。
　采用串口實(shí)現(xiàn)1-Wire總線通信的本質(zhì)在于將3類總線信號(hào)與不同波特率下不同數(shù)據(jù)的串口收發(fā)過程建立聯(lián)系,，初始化脈沖對(duì)應(yīng)2次串口收發(fā)的過程，讀寫脈沖則對(duì)應(yīng)1次串口收發(fā)的過程[4],。具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示,。

3 1-Wire總線應(yīng)用——DS18B20
　DS18B20是1-Wire總線的集成數(shù)字

溫度傳感器，其精度高,、體積小,，在智能儀器儀表,、工業(yè)控制等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
　傳統(tǒng)應(yīng)用方式是采用一根I/O引腳配合軟件延時(shí)的方式實(shí)現(xiàn)相關(guān)協(xié)議,，1-Wire總線協(xié)議需要微秒級(jí)時(shí)間分辨率,，在通信過程中必須關(guān)閉系統(tǒng)所有中斷，否則極容易因?yàn)橹袛喾?wù)程序的執(zhí)行而造成通信數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,。但是關(guān)閉中斷降低了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性,，使得系統(tǒng)不能及時(shí)響應(yīng)外部請(qǐng)求。對(duì)于任務(wù)少,、實(shí)時(shí)性要求不高的系統(tǒng),，這種做法是可行的，但是對(duì)于任務(wù)多且無操作系統(tǒng)的單片機(jī),，以初始化脈沖為例,，在至少960 μs的時(shí)間內(nèi)，單片機(jī)都會(huì)被1-Wire總線占用,，效率大為降低,，實(shí)時(shí)性難以保證。
　基于單片機(jī)串口中斷實(shí)現(xiàn)1-Wire協(xié)議,，并配合狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)與DS18B20通信,，為上述問題提出了解決方案。由于串口的收發(fā)都是通過硬件完成,，因此數(shù)據(jù)收發(fā)過程中單片機(jī)可以處理其他任務(wù),，在實(shí)現(xiàn)1-Wire通信的同時(shí)，兼顧了實(shí)時(shí)性和效率,。
　通信程序包括中斷服務(wù)程序和通信狀態(tài)機(jī),。中斷服務(wù)程序?yàn)槲锢韺樱瓿蓴?shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)收發(fā),，并通過全局變量標(biāo)識(shí)總線的狀態(tài),；通信狀態(tài)機(jī)為DS18B20協(xié)議層，將對(duì)DS18B20的訪問劃分為子狀態(tài),，根據(jù)表1將對(duì)DS18B20的不同操作轉(zhuǎn)化為相應(yīng)數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū),，在總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，依次完成狀態(tài)轉(zhuǎn)移,。通信狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖5所示[4],。

　本文提出了一種基于單片機(jī)串口的1-Wire總線通信方式，結(jié)合1-Wire器件DS18B20詳細(xì)介紹了其軟硬件設(shè)計(jì),。相比于傳統(tǒng)1-Wire通信方式,，本文提出的方式提高了單片機(jī)效率，兼顧了1-Wire通信和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，為多任務(wù)且無操作系統(tǒng)的單片機(jī)應(yīng)用1-Wire器件提供了新的解決方案,。
參考文獻(xiàn)
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