如何使用Zilog的Z8051微控制器实现1-Wire 接口

1-Wire 总线使用单线提供电源和信号。总线在开漏环境中运行；因此需要一个上拉电阻。该总线还在 2.0 V-5.5 V 范围内运行。通信是异步的、半双工的，并严格遵循主从方案。总线上只能连接一个主设备，以及一个或多个从设备。每个至少 60 µs 的时间段内只能在总线上传输一个数据位。

复位和存在信号

当发出复位信号时，主机将总线拉低至少 480 µs。如果存在从站，则主站将收到响应。这个响应称为存在信号，它发生在总线被从设备拉低 60 µs 后，在主设备释放总线后。如果主机没有接收到存在信号，主机将假定总线上没有设备/从机。

图 1 复位和存在时序图

使用 UART 生成信号

当使用 Zilog 的 Z8051 MCU 上的 UART 模块生成时，需要将发送器 (TXD) 和接收器 (RXD) 连接到 1-Wire 总线。此外，需要一个外部集电极开路或漏极开路缓冲器，以允许从设备在 UART 输出为高电平时将总线拉低。图 2 显示了一个由分立元件组成的示例缓冲器。

图 2 集电极开路缓冲器电路示例

UART 配置

UART 模块与 1-Wire 从设备通信，需要配置为读写 8 个数据位、无极性、1 个停止位的数据格式；使用两种波特率，9 600 bps 和 115 200 bps。Zilog 建议使用 11.0592 MHz 晶体振荡器作为系统时钟，以在 115 200 波特率下实现数据传输的零误差。

硬件实现

本节讨论 Z8051 MCU 和 1-Wire 从设备之间的物理接口，以及如何配置和编程 Z8051 MCU 以通过具有三个从设备的 1-Wire 总线有效地读写数据。

如下图所示，TXD1连接到由电阻和NPN晶体管组成的集电极开路缓冲电路。当 UART 处于空闲状态时，该电路使从设备能够将线路拉低。

图 3 MCU 与从机连接

在理想情况下，1-Wire 器件将在单条总线上获得电源和数据。然而，一些器件需要额外的电流，这可能会导致弱 1-Wire 上拉电阻上出现不可接受的压降，或者需要更多的电流可以由总线提供。为此，DS18S20 和 DS2417 从器件由外部电压电源供电，而 DS24B33 从器件是唯一由 1-Wire 总线供电的器件。1-Wire 总线中的电流足以在读和写操作期间为 DS24B33 从器件上电。

本文档讨论了使用 Zilog 的 Z8051 微控制器实现具有多个从设备的 1-Wire 接口。这些从机 DS18S20、DS2417 和 DS24B33 器件都是 Dallas Semiconductor 的产品。1-Wire 实现的成功之处在于，高达位级的数据传输通过了 1-Wire 协议的时序要求。

资料来源： Zilog、DS18S20、DS2417

编辑：hfy