一文詳解單總線通信技術

單總線，即一根線進行通信，最常用的溫感 DS18B20 采用的就是單總線結構。

一、概述
二、硬件結構
三、單總線的時序圖
四、實測分析時序
五、DS18B20

一、概述

單總線是美國 DALLAS 公司推出的外圍串行擴展總線技術，與 SPI、I2C 串行數據通信方式不同，它采用單根信號線，既傳輸時鐘又傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的。

單總線英文名 1-Wire，傳輸速率一般是 15.3Kbit/s，最大可達 142Kbit/s，通常采用 100Kbit/s 以下的速率傳輸數據。

二、硬件結構

1. 單總線典型框圖

單總線適用于單主機系統，能夠控制一個或多個從機設備。主機可以是微控制器，從機可以是單總線器件，它們之間的數據交換只通過一條信號線。

單總線典型應用結構

2. 漏極開路

單總線主機或從機設備通過一個漏極開路或三態端口連接至該數據線，由于是開漏結構，需要在數據線上加一個上拉電阻，一般是 4.7K。

為了確保總線上的某些器件在工作時（如溫度傳感器進行溫度轉換、E2PROM 寫人數據時）有足夠的電流供給，除了上拉電阻之外，還需要在總線上使用 MOSFET 提供強上拉供電，大多數的應用這個強上拉是不需要的。

主機或從機將數據線拉低到GND表示數據0，將數據線釋放為高表示數據1。

當 MCU 發送邏輯 1 時，經過反相器，總線呈現邏輯 0，邏輯 0 經過 1-WIRE 器件的反相器，即會收到邏輯 1；
當 MCU 發送邏輯 0 時，經過反向器，總線呈現邏輯 1，邏輯 1 經過 1-WIRE 器件的反相器，即會收到邏輯 0；
當 1WIRE 器件發送邏輯 1 時，Tx 處有 NMOS 會導通，總線呈現邏輯 0，經過 MCU Rx 處的反相器，MCU 會收到邏輯 1；
當 1WIRE 器件發送邏輯 0 時，NMOS 截止，總線呈現邏輯 1，MCU 會收到邏輯 0；

單總線典型內部結構框圖

3. 寄生供電電路

單總線器件內部設置有寄生供電電路（Parasite Power Circuit）。

當單總線處于高電平時，一方面通過二極管向芯片供電，另一方面對內部電容 C（容值約 800pF）充電。當單總線處于低電平時，二極管截止，內部電容 C 向芯片供電。由于電容 C 的容量有限，因此要求單總線能間隔地提供高電平以能不斷地向內部電容 C 充電，維持器件的正常工作，這就是通過網絡線路“竊取”電能的“寄生電源”的工作原理。另外需要間斷高電平的原因是如果總線保持低電平超過 480us，總線上的所有器件將復位。

DS18B20上的寄生電路

4. 64 位 ROM ID

主機通過 64 全球唯一的 ROM ID 來識別掛在總線網絡上的從機。

每個單總線器件都有一個全球唯一的 64 位 ROM ID，該注冊碼保證唯一的身份，并用于多節點 1-Wire 網絡中的器件尋址，64 位 ROM 注冊碼不可更改，ROM ID 由出廠激光刻度在單總線器件內部。

64 位 ROM ID 組成：前 8 位是 1-WIRE 家族碼，后 48 位是唯一的序列號、最后 8 位是由前 56 位 ROM 碼所計算出的 CRC 校驗碼。

64位ROM ID組成

5. 優缺點

節省 I/O 口線、資源結構簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等諸多優點。

由于所有設備部件均掛在單一總線上，使這種結構只能分時工作，即同一時刻只能在兩個設備之間傳送數據，這就使系統總體數據傳輸的效率和速度受到限制，這是單總線結構的主要缺點。

三、單總線的時序圖

1. 時序概述

1-Wire 器件需要嚴格的協議來保證數據的完整。

該協議由通過一條線來傳送的四種信令組成：包括復位脈沖和在線應答脈沖的復位序列、寫 0 時隙、寫 1 時隙、讀時隙。
除在線應答脈沖以外，所有其它信號都由總線主機發出，并且發送的所有數據和命令都是字節的低位在前。
主機與從機的數據通信是通過時隙完成的，在每個時隙只能傳送一位數據。通過寫時隙可把數據從主機傳送給從機，通過讀時隙可把數據由從器件傳送給主機，將完成一位傳輸的時間稱為一個時隙。

如下給出了時序的波形圖，在后面實測波形會詳細介紹時序要求。

2. 復位/應答

復位/應答脈沖

3. 寫時隙

寫1和寫0時隙

4. 讀時隙

讀1和讀0時隙

波形定義

四、實測分析時序

1. 復位/應答脈沖

復位/應答脈沖要求：主機拉低總線 480~960us 來產生復位信號，然后釋放總線進入接收模式，接著從機等待 15-60us（上拉電阻上拉至高電平），從機再拉低總線 60-240us 來產生應答信號，主機接收到從機的應答信號后，表明從機準備就緒，初始化過程完成了。

實測復位應答信號

2. 寫 0 時隙

寫0時隙要求：寫 0 時隙起始于主機拉低總線，主機拉低總線后，只需在整個時隙期間保持總線低電平在 60us 以上，一般是 60~120us 之間。

實測寫0時隙

3. 寫 1 時隙

寫1時隙要求：寫 1 時隙和寫 0 時隙一樣，起始于主機拉低總線，在拉低總線 15us 之內需要將總線拉高，拉高總線需要維持 60us 以上。

實測寫1時隙

4. 讀 0 時隙

讀0時隙要求：讀 0 時隙由主機發起，且至少拉低總線 1us，此時從機才開始在總線上發數據 0 或者 1；從機發送 1，則保持總線為高電平；從機發送 0，則拉低總線。當發送 0 時，從機在該時隙結束后釋放總線，由上拉電阻拉至空閑的高電平狀態。從機發出的數據在起始時隙之后，保持有效時間 15us，因而，主機在讀時隙期間必須釋放總線并且在時隙起始后的 15us 之內采樣總線。讀 1 時隙沒有在本文中沒有寫，要求和寫 1 時隙是一致的。

實測讀0時隙

五、DS18B20

1. 硬件結構

DS18B20 是學習 51 單片機中時，最常用的溫感，采用的就是單總線結構。其供電方式有兩種，一種是總線寄生電源，一種是使用外部電源。

需要注意，使用總線寄生電源時，18B20 的 VDD 管腳需要和 GND 接在一起。

DS18B20采用寄生電源

DS18B20采用外部電源

DS18B20內部框圖

2. C 語言實現

利用單片機從DS18B20 獲取溫度。

分四步：初始化（復位/應答）→ 寫字節 → 讀字節 → 計算溫度。

如下是給出的代碼示例。

#include"delay.h"#include"18b20.h"/*------------------------------------------------                    18b20初始化------------------------------------------------*/bit Init_DS18B20(void){   bit dat=0;   DQ = 1;    //DQ復位   DelayUs2x(5);   //稍做延時   DQ = 0;         //單片機將DQ拉低   DelayUs2x(200); //精確延時 大于 480us 小于960us   DelayUs2x(200);   DQ = 1;        //拉高總線   DelayUs2x(50); //15~60us 后 接收60-240us的存在脈沖   dat=DQ;        //如果x=0則初始化成功, x=1則初始化失敗   DelayUs2x(25); //稍作延時返回   return dat;}
/*------------------------------------------------                    讀取一個字節------------------------------------------------*/unsigned char ReadOneChar(void){   unsigned char i=0;   unsigned char dat = 0;   for (i=8;i>0;i--) {    DQ = 0; // 給脈沖信號    dat>>=1;    DQ = 1; // 給脈沖信號    if(DQ)    dat|=0x80;    DelayUs2x(25); }    return(dat);}/*------------------------------------------------                    寫入一個字節------------------------------------------------*/void WriteOneChar(unsigned char dat){    unsigned char i=0;    for (i=8; i>0; i--) {    DQ = 0;    DQ = dat&0x01;    DelayUs2x(25);    DQ = 1;    dat>>=1; }    DelayUs2x(25);}
/*------------------------------------------------                    讀取溫度------------------------------------------------*/unsigned int ReadTemperature(void){   unsigned char a=0;   unsigned int b=0;   unsigned int t=0;   Init_DS18B20();   WriteOneChar(0xCC); // 跳過讀序號列號的操作   WriteOneChar(0x44); // 啟動溫度轉換   DelayMs(10);   Init_DS18B20();   WriteOneChar(0xCC); //跳過讀序號列號的操作   WriteOneChar(0xBE); //讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度   a=ReadOneChar();   //低位   b=ReadOneChar();   //高位
   b<<=8;   t=a+b;
   return(t);}

今天的文章到這里就結束了。。。

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　　審核編輯：湯梓紅

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1-wire單總線的基本原理

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2009-09-26 16:57:30

基于單總線技術蓄電池監控系統設計

基于單總線技術蓄電池監控系統設計:蓄電池組長期處于復雜的工作狀態中,不僅不能有效利用能源,并且還可能加劇電池的損耗,因此必須對電池組工作狀態進行實時監控。通過引入

2009-11-14 12:55:12

1-wire單總線的基本原理

1-wire單總線的基本原理 1-wire 單總線是Maxim 全資子公司Dallas 的一項專有技術與目前多數標準串行數據通信方式如SPI/I2C/MICROWIRE

2010-02-05 17:58:06

基于單總線技術的熱量表的研制

論述了熱量的測量原理，采用先進的傳感器設計了一種高可靠性熱量表，并給出了軟硬件設計方法。由于該系統采用了單總線技術，模擬信號在測量現場被轉換為數字信號，能夠遠

2010-03-02 16:14:32

利用單總線控制器通訊

利用單總線控制器通訊本示例的程序采用C 語言編寫，主程序為：“Get Temperature”（獲取溫度），它完成1-Wire 控制器的初始化，搜索1-Wire 總線上的所有器件，

2010-03-18 10:05:38

嵌入式單總線控制器設計

以數字式溫度傳感器DS1820為例，介紹了單總線器件的工作原理，詳細分析了單總線器件的通信時序。微處理器與單總線器件通信時必須關閉中斷，造成系統實時性差。對此提出了采

2010-08-02 10:14:14

基于單總線式無線溫度采集系統設計

為提高溫度測量效率，降低系統的成本，擴展傳輸距離，設計出一種新型溫度采集系統。單片機通過控制具有單總線方式的溫度傳感器DS18B20實現對溫度的測量，同時單片機通過控制

2011-01-04 10:22:16

單總線和I2C總線結合實現數字溫度計實驗

單總線和I2C 總線結合實現數字溫度計實驗一．實驗目的通過本實驗，理解掌握單總線器件和

2008-09-22 17:42:23

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可組網單總線A/D芯片在多點檢測系統中的應用

可組網單總線A/D芯片在多點檢測系統中的應用介紹一種利用可組網新型A/D芯片DS2450具有的單總線特點，結合單片機和一些模擬量輸出的傳感器所構

2009-10-16 12:04:51

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DS1820單總線(1-wire)數字溫度傳感器

　　DS1820是美國DALLAS公司生產的一種單總線(1-wire)數字溫度傳感器，采用1-wire總線通信協議。具有獨特的單總線通信方式

2010-12-09 11:35:25

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基于單總線的電池包多點測溫網絡設計

結合電動汽車電池包的特點，研制了一種基于單總線的電池包多點測溫網絡系統。研究表明，選擇線型網絡拓撲，提高接口電路的抗干擾能力和驅動能力，實現ＩＤ自動識別功能是電動

2011-06-21 17:41:41

基于單總線的冷庫溫度監控系統設計

本文以單總線技術為基礎，采用計算機串口、單總線和串口的協議轉換芯片DS2480B、單總線數字化溫度傳感器DS18B20，設計了單總線溫度檢測網絡。該系統能滿足各類冷藏、冷凍食品的實際

2011-08-22 11:47:09

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CAN總線通信詳解

CAN總線通信詳解。

2016-03-30 16:46:10

《振南電子STM32視頻教程》第十講：單總線

[第10講] 單總線(33分鐘)，由何強主講.本課主要講解：(1).DS18B20講解;(2).單總線講解;(3).工程源程序講解:使用GPIO來操作DS18B20的各種功能你函數詳解.

2016-10-09 16:04:54

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1-wire_單總線的基本原理

2017-02-28 15:06:53

DS18B20介紹與單片機數據通信之單總線數據傳輸分析

本文對單片機數據通信之單總線數據傳輸進行了分析，并對涉及到的問題做了詳細的介紹。

2017-10-13 17:49:09

單總線協議詳解

單總線即one-wire總線，是美國DALLAS公司推出的外圍串行擴展總線技術。與SPI、IC串行數據通信方式不同．它采用單根信號線，既傳輸時鐘又傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的，具有節省

2017-10-24 17:50:48

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單總線結構

在許多單處理器的計算機中，使用一條單一的系統總線來連接CPU、主存和I/0設備，叫做單總線結構。此時要求連接到總線上的邏輯部件必須高速運行以便在某些設備需要使用總線時能迅速獲得總線控制權;而當不再

2017-10-25 09:28:14

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單總線優缺點

總線構成的計算機系統。使用單總線構成的計算機系統中，除了總線以外，還包括有中央處理器（CPU）、存儲器設備、輸入輸出設備等，它們都以總線設備的形式連接到總線上。 單總線系統特點 單總線技術具有節省I/O資源，結構簡單、成本低廉

2017-10-25 10:03:50

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現場總線通信技術詳解

本文主要介紹了ABBb變頻器與PLC間的現場總線通信技術。現場總線是指以工廠內的測量和控制機器間的數字通訊為主的網絡，也稱現場網絡。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進行特化的網絡。

2017-10-25 14:10:16

如何用單總線技術設計一個環境狀態監控系統？

采用單總線技術設計環境狀態監控系統，只要將一條雙絞線（一根為信號線，一根為地線）從計算機拉向監控現場，然后將各種監控對象掛在其上就可以了，其示意圖如圖2所示。圖中是以PC機串行口作輸出的，因此需要

2018-07-19 07:01:00

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基于單總線數字溫度計DSl8B20實現分布式測控系統的設計

單總線技術是美國Dallas半導體公司近年推出的新技術。它將地址線、數據線、控制線合為1根信號線，允許在這根信號線上掛接數百個單總線器件芯片。基于單總線的每個芯片內部均有1個出廠前被光刻好的64位ROM序列號，它可以看作是該芯片的地址序列碼。

2020-04-01 08:13:00

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基于數字溫度傳感器實現單總線測溫系統的設計

單總線技術是美國Dallas公司的一項專有技術，采用單根信號線傳輸數據，具有節省I／O口資源、結構簡單、成本低、便于總線擴展和維護等諸多優點。單總線技術適用于單個主機系統控制一個或多個從機設

2020-03-16 08:07:00

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使用ZigBee設計單總線測溫網絡的資料說明

通過對ZigBee 協議及單總線協議進行深入的分析，采用了單總線網絡與無線ZigBee 網絡相結合的方式，擴大了測溫范圍，提高了整個信息系統的可擴展性。

2019-10-30 16:03:08

C51模擬單總線接口的教程詳細說明

單總線結構是Dallas Semiconductor創造性的總線協議，也稱為1-Wire總線結構。單總線接口將數據通信的引腳數目減少到最少，只需1個數據線便可以進行通信而無須時鐘同步線。目前，已有多種器件選用了單總線結構，例如A/D轉換器、D/A轉換器、溫度傳感器等。

2020-03-25 16:39:00

C51模擬單總線接口的詳細資料說明

2020-03-27 17:12:00

單總線器件DS2438的特點及實現微網測控系統的設計

在數字化測控系統中，由于單總線微網僅使用1根導線進行雙向數據傳送，并同時為遠端器件提供電源，既降低了測控系統的硬件成本，又提高了系統的可靠性，因而是有著廣泛應用前景的現場總線技術。但是，由于單總線

2020-04-07 10:24:13

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如何使用數字溫度傳感器實現單總線測溫系統的設計

單總線技術是美國 Dallas 公司的一項專有技術，采用單根信號線傳輸數據，具有節省 I／O 口資源、結構簡單、成本低、便于總線擴展和維護等諸多優點。單總線技術適用于單個主機系統控制一個或多個從機設

2020-12-30 03:20:00

關于1-Wire單總線的介紹與原理及應用

單總線是美國DALLAS公司推出的外圍串行擴展總線技術。與SPI、I2C串行數據通信方式不同．它采用單根信號線，既傳輸時鐘又傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的，具有節省I/O口線、資源結構簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等諸多優點。

2021-03-21 09:27:29

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基于ZigBee協議的單總線測溫網絡的設計

基于ZigBee協議的單總線測溫網絡的設計(工控技術共享平臺)-文檔為基于ZigBee協議的單總線測溫網絡的設計總結文檔，是一份不錯的參考資料，感興趣的可以下載看看，，，，，，，，，，，，，

2021-09-30 12:49:32

HD32L170JATA芯片單總線通訊時異常通訊問題解決

，以不同的高低電平頻占比區別0，1，及起始信號.3.原單總線程序從華大的130芯片上移植過來，130芯片上單總線功能正常，但移到170JATA后單總線通訊異常，不能正常通信4.單總線通訊速度極快，一個電平約在幾十個微秒現象分析：通過邏輯分析儀抓取單總線通信波形：發現在上面紅色圓圈處有異常的一個低

2021-11-23 18:06:59

RS-485通信和ModBus詳解

、HMI或者其他操作時，串行連接會選擇RS-485。所以博主感覺有必要介紹一下485通信。????我們知道串口通信的數據傳輸都是0和1，但是在單總線、I2C、UART中都是通過一根線的高低電平來判斷...

2021-12-20 19:17:55

經典的1-Wire單總線原理及應用

2021-12-28 19:23:01

Onewire單總線驅動DS18B20讀取溫度

：主機和從機通過1根線進行通信，在一條總線上可掛接的從器件數量幾乎不受限制。2.特點：這是由達拉斯半導體公司推出的一項通信技術。它采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的。3.優點：單總線技術具有線路簡單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴展和維護等。Onewire單總線通信

2022-01-18 10:09:15