为什么UART驱动1-Wire设备总是出现问题？

麦叔是搞嵌入式的，最近项目delay，他和我说用UART驱动1-Wire设备总是出现问题，故写此文来拯救他。

作者之前写过UART（点我），也写过1-Wire（点我），本文介绍如何用主机的UART驱动1-Wire从机设备，建议先看看以上两篇文章，再阅读本文，效果更佳。

硬件电路

1-Wire结构简单，一根线就可以通信，常见的18B20用的就是1-Wire结构。单片机的串口UART（多是TTL电平），如何用单片机控制通用的1-Wire设备呢？如果MCU和从设备的电平不一致如何解决？软件协议又是如何控制的呢？本文主要解决这两个问题。

主机或从机将数据线拉低到GND表示数据0，将数据线释放为高表示数据1，高电平由上拉电阻（一般是4.7K）提供。

当MCU发送逻辑1时，经过反相器，总线呈现逻辑0，逻辑0经过1-WIRE器件的反相器，即会收到逻辑1；

当MCU发送逻辑0时，经过反向器，总线呈现逻辑1，逻辑1经过1-WIRE 器件的反相器，即会收到逻辑0；

当1WIRE 器件发送逻辑1时，Tx处有NMOS会导通，总线呈现逻辑0，经过MCU Rx 处的反相器，MCU会收到逻辑1；

当1WIRE器件发送逻辑0时，NMOS截止，总线呈现逻辑1，MCU会收到逻辑0；

主机端（BUS MASTER）多为MCU，因为MCU的TXD不是漏极开路，因此通常需要一个外部漏极开路缓冲电路，该电路可以由分立元件构成。

用两个NMOS管2N7002，原理很简单：

TXD输出高电平时，左边的2N7002导通，右边的截止，DQ被4.7K电阻上拉至Vpullup高电平；

TXD输出低电平时，左边的2N7002截止，右边的导通，DQ被拉低至低电平0；

用分立器件搭建的缓冲电路

也可以用集成芯片NC7WZ07，如下图所示，TXD输出高，DQ=Vpullup，TXD输出低，DQ=0；

用集成芯片搭建的缓冲电路

解决了硬件电路，我们再来看软件协议部分，1-Wire的协议可以分为复位/应答、写0/写1时隙、读0/读1时隙。

软件协议

复位/应答

如下图，上面部分是1-Wire的复位/应答时序，下面是UART的时序。

复位/应答信号时序

原理：

主机以9600的波特率发送数据0XF0，因为LSB在前，0XF0=00001111，加上最前面的Start Bit和最后面的Stop Bit，完整的数据为：0000011111，代表主机先发了5位的0，然后发了5位的1；9600波特率，一位传输时间是1/9600=104.2us，所以低电平持续时间为104.2*5=521us，满足480~960us复位总线的时序要求。

那主机收到什么数据代表从机应答呢？

首先主机如果发送F0后收到还是F0，说明从机没有应答，从机应答总线数据会改变，可以简单的判断收到的数据为非F0即代表从机应答。

根据1-Wire的时序波形，也可以进行推算，从上图看，Data0~Data3均为0，因为1-Wire时序是有一定时间范围，并不是固定的脉宽，如TPDH为15~60us，TPDL为60~240us，所以Data4~Data7是有一定的组合，返回0X10（00001000） to 0X90（00001001）都代表从机应答。

写0/写1时隙

主机写0就是0X00，也可以加入回读，回读值即为写的值。

写0时隙

写1就是0XFF，回读值即为写的值。

写1时隙图

读0/读1时隙

关于读时隙，可以先看主机读1时，主机先拉低总线，一般时间1us左右，UART的Start Bit会占1/115200=8.7us的脉宽（大于1us），所以从Data0开始，后面的数据都为1，即读到的数据为11111111（0XFF）代表读到的是1。

读1时隙图

那读0也就很简单，读到的数据不为0XFF即为0。

读0时隙图

小结一下

实际代码里面的判断，可以简单处理，复位/应答：发送F0，返回不为F0，即代表从机应答；读0/读1时隙：主机读到0XFF即为1，读到非0XFF即为0；简单又可靠，麦叔还不会。

今天的文章到这里就结束了，希望对你有帮助，我们下一期见。

责任编辑：haq