串行通信是一種減少信號(hào)數(shù)量的并行接口替代方案。通過(guò)按順序而不是同時(shí)傳輸位，串行連接在理論上可以將任何大小的并行總線減少到一個(gè)引腳。然而，在實(shí)踐中，串行協(xié)議傾向于使用多個(gè)引腳，因?yàn)槲覀兛梢酝ㄟ^(guò)合并額外的信號(hào)使通信更加方便和穩(wěn)健。

例如， SPI包括一個(gè)串行時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè)從機(jī)選擇信號(hào)，它使用兩個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)提供全雙工通信。

I2C僅使用兩個(gè)信號(hào)（數(shù)據(jù)和時(shí)鐘）即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健、靈活的半雙工通信，這些信號(hào)在高度組織化的事務(wù)環(huán)境中運(yùn)行。

UART是一種簡(jiǎn)單、可靠的接口，只需要一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，但我們稍后會(huì)看到單線總線比 UART 更值得貼上“單線”標(biāo)簽。

1-Wire 基礎(chǔ)知識(shí)

1-wire 總線由 Dallas Semiconductor 開(kāi)發(fā)，Dallas 被 Maxim 收購(gòu)，因此據(jù)我所知，Maxim 是該協(xié)議目前的“所有者”。該接口采用主/從結(jié)構(gòu)，主從之間需要的連接是接地參考和一根信號(hào)線。與 I2C 一樣，信號(hào)線通過(guò)一個(gè)電阻上拉至 V DD并通過(guò)漏極開(kāi)路輸出電路驅(qū)動(dòng)。

1 線總線強(qiáng)調(diào)低引腳數(shù)，而不是速度或?qū)嵤╈`活性。初的協(xié)議被限制在 16.3 kbps 的數(shù)據(jù)速率，這在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)下似乎慢得離譜，但對(duì)于許多應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)已經(jīng)完全足夠了。較新的 1-wire 器件支持更高速的“超速”模式。

這是基本的 1 線總線配置。

您可能已經(jīng)猜到，1-wire 總線不支持全雙工通信。（通過(guò)一條線路同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸單獨(dú)的數(shù)據(jù)流將是一個(gè)非常巧妙的技巧。）不過(guò)它是雙向的。

瞬時(shí)接觸應(yīng)用

單線協(xié)議的一個(gè)獨(dú)特之處在于它旨在用于（使用 Maxim 的術(shù)語(yǔ)）“瞬時(shí)接觸環(huán)境”。當(dāng)我想到 I2C，尤其是 SPI 時(shí)，我想象一個(gè)帶有各種集成電路的 PCB，這些集成電路是安裝的，并通過(guò)連接進(jìn)行鏈接。

不過(guò)，1-wire 總線通常用于與主機(jī)僅暫時(shí)進(jìn)行電氣接觸的組件。瞬時(shí)接觸系統(tǒng)在 1-wire 總線實(shí)現(xiàn)中的重要性體現(xiàn)在“iButton”封裝中（見(jiàn)下圖）。這是 1-wire 總線組件的標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸之一，可用作經(jīng)常與主設(shè)備分離的從設(shè)備的耐用標(biāo)準(zhǔn)化外殼。

iButton 封裝直徑為 16 毫米，由不銹鋼制成。它提供與主機(jī)的便捷連接，并保護(hù) 1-wire IC 免受惡劣條件的影響。圖片由Maxim提供。

寄生功率

在我看來(lái)，1-wire 總線有趣的特性是“寄生電源”。在本文的開(kāi)頭，我提到 1-wire 協(xié)議比 UART 更接近于真正的單線接口。我對(duì)此斷言的理由是單線從機(jī)不需要電源連接，而對(duì)于 UART，接收器和發(fā)送器都必須單獨(dú)連接到電源。

單線集成電路（包括溫度傳感器、驗(yàn)證器、存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)記錄器）在沒(méi)有電源引腳的情況下究竟如何工作和通信？好吧，實(shí)際上，它們確實(shí)有一個(gè)電源引腳，因?yàn)橹鲝闹g的“一根電線”能夠傳輸數(shù)據(jù)和電源。

單線 IC 可以通過(guò)由二極管和電容器組成的內(nèi)部電源電路從串行數(shù)據(jù)信號(hào)中提取工作電源。當(dāng)數(shù)據(jù)線為邏輯高電平時(shí)，一些額外的電流用于為電容器充電，然后當(dāng)數(shù)據(jù)線為邏輯低電平時(shí)二極管阻止電容器放電。

圖由 Maxim 提供。

識(shí)別從設(shè)備

單線協(xié)議的另一個(gè)有趣特性是它對(duì)連接到總線的組件進(jìn)行尋址的方法。每個(gè) 1-wire 器件都預(yù)編程了一個(gè)且的 64 位序列號(hào)。（感謝 Dallas Semiconductor 的良好長(zhǎng)期規(guī)劃；2 64大約等于 18.4 quintillion，所以我認(rèn)為我們不會(huì)很快用完單線地址。）這個(gè) 64 位序列號(hào)包括8 位用于CRC，8 位用于標(biāo)識(shí) IC 所屬系列的代碼。 

主機(jī)在尋址從機(jī)時(shí)使用這些 64 位序列號(hào)，這意味著總線上的多個(gè)設(shè)備不可能具有相同的從機(jī)地址。

如果序列號(hào)已知并包含在主機(jī)的固件中，那么尋址從機(jī)就足夠容易了，但是如果不知道它們會(huì)怎樣呢？好吧，單線協(xié)議包含一個(gè)方便的搜索算法，允許主機(jī)確定所有連接設(shè)備的序列號(hào)。如果您對(duì) 1-wire 搜索過(guò)程的細(xì)節(jié)感興趣， Maxim 的這篇文檔提供了豐富的進(jìn)一步信息。