原创 用软件实现1-Wire通信

在没有专用总线主机(如DS2480B、DS2490)的情况下，微处理器可以轻松地产生1-Wire时序信号。本应用笔记给出了一个采用‘C’语言编写、支持标准速率的1-Wire主机通信基本子程序实例。1-Wire总线的四个基本操作是：复位、写“1”、写“0”和读数据位。字节操作可以通过反复调用位操作实现，本文提供了通过各种传输线与1-Wire器件进行可靠通信的时间参数。

在没有专用总线主机的情况下，微处理器可以轻松地产生1-Wire?时序信号。本应用笔记给出了一个采用‘C’语言编写、支持标准速率的1-Wire主机通信基本子程序实例。此外，本文也讨论了高速通信模式。要使该实例中的代码正常运行，系统必须满足以下几点要求：

1.微处理器的通信端口必须是双向的，其输出为漏极开路，且线上具有弱上拉。这也是所有1-Wire总线的基本要求。 2.微处理器必须能产生标准速度1-Wire通信所需的精确1μs延时和高速通信所需要的0.25μs延时。 3.通信过程不能被中断。

1-Wire总线有四种基本操作：复位、写1位、写0位和读位操作。在产品资料中，将完成一位传输的时间称为一个时隙。于是字节传输可以通过多次调用位操作来实现，下表1是各个位操作的简要说明以及实现这些操作所必须的步骤列表。图1为其时序波形图。表2给出了通常线路条件下1-Wire主机与1-Wire器件通信的最短、最长和推荐时间。如果与1-Wire主机相连的器件比较特殊或者线路条件比较特殊，则可以采用最小值或最大值。

表1.1-Wire操作

Operation	Description	Implementation
Write 1 bit	Send a '1' bit to the 1-Wire slaves (Write 1 time slot)	Drive bus low, delay A Release bus, delay B
Write 0 bit	send a '0' bit to the 1-Wire slaves (Write 0 time slot)	Drive bus low, delay C Release bus, delay D
Read bit	Read a bit from the 1-Wire slaves (Read time slot)	Drive bus low, delay A Release bus, delay E Sample bus to read bit from slave Delay F
Reset	Reset the 1-Wire bus slave devices and ready them for a command	Delay G Drive bus low, delay H Release bus, delay I Sample bus, 0 = device(s) present, 1 = no device present Delay J

 

表2.1-Wire主机时序

Parameter	Speed	Min (μs)	Recommended (μs)	Max (μs)	Notes
A	Standard	5	6	15	1, 2
	Overdrive	1	1.5	1.85	1, 3
B	Standard	59	64	N/A	2, 4
	Overdrive	7.5	7.5	N/A	3, 4
C	Standard	60	60	120	2, 5
	Overdrive	7	7.5	14	3, 5
D	Standard	8	10	N/A	2, 6
	Overdrive	2.5	2.5	N/A	3, 6
E	Standard	5	9	12	2, 7, 8
	Overdrive	0.5	0.75	0.85	3, 7, 8
F	Standard	50	55	N/A	2, 9
	Overdrive	6.75	7	N/A	3, 9
G	Standard	0	0	0
	Overdrive	2.5	2.5	N/A	3, 14
H	Standard	480	480	640	2, 10, 15
	Overdrive	68	70	80	3, 10
I	Standard	63	70	78	2, 11
	Overdrive	7.2	8.5	8.8	3, 11
J	Standard	410	410	N/A	2, 12, 13
	Overdrive	39.5	40	N/A	3, 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

有关表中这些值的详细计算，可参考：http://files.dalsemi.com/auto_id/public/an126.zip

注释:
在产品数据资料中，表示为tW1L (写1低)减去 (上升至VTH的时间)加上tF (下降至VTL的时间)。
假定网络为标准速度的中等距离网络，且上升和下降时间不超过3μs。
假定网络为高速的小型网络，且上升和下降时间不超过0.5μs。
数据资料中，表示为tSLOT (时隙时间)减去‘A’所代表的时间。
数据资料中，表示为tW0L (写0低)减去 (上升至VIHMASTER的时间)加上tF (下降至VTL的时间)。
数据资料中，表示为tREC (恢复时间)加上 (上升至VIHMASTER的时间)。
数据资料中，表示为tMSR (主机采样读时间)加上tF (下降至VTL的时间)，再减去‘A’。
在该范围内，采样要尽可能晚，以便获得最长的恢复时间。
数据资料中，表示为tSLOT (时隙时间)减去‘A’，再减去‘E’。
数据资料中，表示为tRSTL (复位为低的时间)减去 (上升至VTH的时间)加上tF (下降至VTL的时间)。
数据资料中，表示为tMSP (主机采样应答时间)加上 (上升至VTH的时间)。
数据资料中，其最小值表示为tRSTL (复位低电平时间)减去‘I’所用的时间。
这里所提到的1-Wire复位操作没有把DS2404和DS1994使用的扩展应答(报警)脉冲序列考虑进去，关于这种特殊情况,请查看产品的数据资料。在1-Wire复位序列的未尾进行采样，可以验证1-Wire总线是否已返回到上拉电平。如果电平仍为0，则可能是1-Wire总线与地之间短路，或DS2404/DS1994发出了报警信号。
表示为tREC (恢复时间)减去‘D’所用的时间。在高速应用时，一些器件在tRSTL (低电平复位时间)之前要求额外的延时，以保证器件的寄生电源被完全充满。
对于低电压工作方式，有些器件可能需要更长的延时。关于合适的参数值，请参阅器件数据资料。

代码实例

下面代码实例都依赖于两个通用的‘C’函数outp 和inp，从IO端口读写字节数据。他们通常位于标准库中。当应用于其它平台时，可以采用合适的函数来替代它们。

// send 'databyte' to 'port'
int outp(unsigned port, int databyte);

// read byte from 'port'
int inp(unsigned port);

代码中的常量PORTADDRESS (图3)用来定义通信端口的地址。这里我们假定使用通信端口的第0位控制1-Wire总线。设定该位为1，将使1-Wire总线变为低电平；设定该位为0，1-Wire总线将被释放，此时1-Wire总线被电阻上拉，或被1-Wire从器件下拉。

代码中的tickDelay函数是一个用户编制的子程序，此函数用于产生一个1/4μs整数倍的延时。在不同的平台下，该函数的实现也是不同的，故在此不做具体描述。以下是tickDelay函数声明代码，以及一个SetSpeed函数，用于设定标准速度和高速模式的延时时间。

实例1. 1-Wire时序的生成
// Pause for exactly 'tick' number of ticks = 0.25us
void tickDelay(int tick); // Implementation is platform specific

// 'tick' values
int A,B,C,D,E,F,G,H,I,J;

//-----------------------------------------------------------------------------
// Set the 1-Wire timing to 'standard' (standard=1) or 'overdrive' (standard=0).
//
void SetSpeed(int standard)
{
// Adjust tick values depending on speed
if (standard)
{
// Standard Speed
A = 6 * 4;
B = 64 * 4;
C = 60 * 4;
D = 10 * 4;
E = 9 * 4;
F = 55 * 4;
G = 0;
H = 480 * 4;
I = 70 * 4;
J = 410 * 4;
}
else
{
// Overdrive Speed
A = 1.5 * 4;
B = 7.5 * 4;
C = 7.5 * 4;
D = 2.5 * 4;
E = 0.75 * 4;
F = 7 * 4;
G = 2.5 * 4;
H = 70 * 4;
I = 8.5 * 4;
J = 40 * 4;
}
}

实例2. 基本的1-Wire函数

//-----------------------------------------------------------------------------
// Generate a 1-Wire reset, return 1 if no presence detect was found,
// return 0 otherwise.
// (NOTE: Does not handle alarm presence from DS2404/DS1994)
//
int OWTouchReset(void)
{
	int result;

	tickDelay(G);
	outp(PORTADDRESS,0x00); // Drives DQ low
	tickDelay(H);
	outp(PORTADDRESS,0x01); // Releases the bus
	tickDelay(I);
	result = inp(PORTADDRESS) & 0x01; // Sample for presence pulse from slave
	tickDelay(J); // Complete the reset sequence recovery
	return result; // Return sample presence pulse result
}

//-----------------------------------------------------------------------------
// Send a 1-Wire write bit. Provide 10us recovery time.
//
void OWWriteBit(int bit)
{
	if (bit)
	{
		// Write '1' bit
		outp(PORTADDRESS,0x00); // Drives DQ low
		tickDelay(A);
		outp(PORTADDRESS,0x01); // Releases the bus
		tickDelay(B); // Complete the time slot and 10us recovery
	}
	else
	{
		// Write '0' bit
		outp(PORTADDRESS,0x00); // Drives DQ low
		tickDelay(C);
		outp(PORTADDRESS,0x01); // Releases the bus
		tickDelay(D);
	}
}

//-----------------------------------------------------------------------------
// Read a bit from the 1-Wire bus and return it. Provide 10us recovery time.
//
int OWReadBit(void)
{
	int result;

	outp(PORTADDRESS,0x00); // Drives DQ low
	tickDelay(A);
	outp(PORTADDRESS,0x01); // Releases the bus
	tickDelay(E);
	result = inp(PORTADDRESS) & 0x01; // Sample the bit value from the slave
	tickDelay(F); // Complete the time slot and 10us recovery

	return result;
}

该程序包括了1-Wire总线的所有位操作，通过调用该程序可以构成以字节为处理对象的函数，见实例3。

实例3. 派生的1-Wire函数

//-----------------------------------------------------------------------------
// Write 1-Wire data byte
//
void OWWriteByte(int data)
{
	int loop;

	// Loop to write each bit in the byte, LS-bit first
	for (loop = 0; loop < 8; loop++)
	{
		OWWriteBit(data & 0x01);

		// shift the data byte for the next bit
		data >>= 1;
	}
}

//-----------------------------------------------------------------------------
// Read 1-Wire data byte and return it
//
int OWReadByte(void)
{
	int loop, result="0";

	for (loop = 0; loop < 8; loop++)
	{
		// shift the result to get it ready for the next bit
		result >>= 1;

		// if result is one, then set MS bit
		if (OWReadBit())
			result |= 0x80;
	}
	return result;
}

//-----------------------------------------------------------------------------
// Write a 1-Wire data byte and return the sampled result.
//
int OWTouchByte(int data)
{
	int loop, result="0";

	for (loop = 0; loop < 8; loop++)
	{
		// shift the result to get it ready for the next bit
		result >>= 1;

		// If sending a '1' then read a bit else write a '0'
		if (data & 0x01)
		{
			if (OWReadBit())
				result |= 0x80;
		}
		else
			OWWriteBit(0);

		// shift the data byte for the next bit
		data >>= 1;
	}
	return result;
}

//-----------------------------------------------------------------------------
// Write a block 1-Wire data bytes and return the sampled result in the same
// buffer.
//
void OWBlock(unsigned char *data, int data_len)
{
	int loop;

	for (loop = 0; loop < data_len; loop++)
	{
		data[loop] = OWTouchByte(data[loop]);
	}
}

//-----------------------------------------------------------------------------
// Set all devices on 1-Wire to overdrive speed. Return '1' if at least one
// overdrive capable device is detected.
//
int OWOverdriveSkip(unsigned char *data, int data_len)
{
	// set the speed to 'standard'
	SetSpeed(1);

	// reset all devices
	if (OWTouchReset()) // Reset the 1-Wire bus
		return 0; // Return if no devices found

	// overdrive skip command
	OWWriteByte(0x3C);

	// set the speed to 'overdrive'
	SetSpeed(0);

	// do a 1-Wire reset in 'overdrive' and return presence result
	return OWTouchReset();
}

OWTouchByte函数可以同时完成读写1-Wire总线数据，通过该函数可以实现数据块的读写。在一些平台上执行效率更高， Dallas Semiconductor提供的API就采用了这种函数。通过OWTouchByte函数，OWBlock函数简化了1-Wire总线的数据块发送和接收。注意：OWTouchByte(0xFF)与OWReadByte()等效， OWTouchByte(data)与 OWWriteByte(data)等效。

这些函数和tickDelay函数一起构成了1-Wire总线进行位、字节和块操作时所必需的全部函数。实例4给出了利用这些函数读取DS2432的SHA-1认证页的实例。

读DS2432实例

//-----------------------------------------------------------------------------
// Read and return the page data and SHA-1 message authentication code (MAC)
// from a DS2432.
//
int ReadPageMAC(int page, unsigned char *page_data, unsigned char *mac)
{
int i;
unsigned short data_crc16, mac_crc16;

// set the speed to 'standard'
SetSpeed(1);

// select the device
if (OWTouchReset()) // Reset the 1-Wire bus
return 0; // Return if no devices found

OWWriteByte(0xCC); // Send Skip ROM command to select single device

// read the page
OWWriteByte(0xA5); // Read Authentication command
OWWriteByte((page << 5) & 0xFF); // TA1
OWWriteByte(0); // TA2 (always zero for DS2432)

// read the page data
for (i = 0; i < 32; i++)
page_data = OWReadByte();
OWWriteByte(0xFF);

// read the CRC16 of command, address, and data
data_crc16 = OWReadByte();
data_crc16 |= (OWReadByte() << 8);

// delay 2ms for the device MAC computation
// read the MAC
for (i = 0; i < 20; i++)
mac = OWReadByte();

// read CRC16 of the MAC
mac_crc16 = OWReadByte();
mac_crc16 |= (OWReadByte() << 8);

// check CRC16...
return 1;
}

附言
本应用笔记给出了1-Wire总线操作的基本函数，这些基本函数都是构建复杂的1-Wire应用的基础。本文忽略的一个重要操作是1-Wire搜索。通过1-Wire搜索可以搜索到挂接在总线上的多个1-Wire从机器件的唯一ID号。详见《1-Wire搜索算法》一文。