一文详解单总线通信技术

单总线，即一根线进行通信，最常用的温感 DS18B20 采用的就是单总线结构。

一、概述
二、硬件结构
三、单总线的时序图
四、实测分析时序
五、DS18B20

一、概述

单总线是美国 DALLAS 公司推出的外围串行扩展总线技术，与 SPI、I2C 串行数据通信方式不同，它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的。

单总线英文名 1-Wire，传输速率一般是 15.3Kbit/s，最大可达 142Kbit/s，通常采用 100Kbit/s 以下的速率传输数据。

二、硬件结构

1. 单总线典型框图

单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单总线器件，它们之间的数据交换只通过一条信号线。

单总线典型应用结构

2. 漏极开路

单总线主机或从机设备通过一个漏极开路或三态端口连接至该数据线，由于是开漏结构，需要在数据线上加一个上拉电阻，一般是 4.7K。

为了确保总线上的某些器件在工作时（如温度传感器进行温度转换、E2PROM 写人数据时）有足够的电流供给，除了上拉电阻之外，还需要在总线上使用 MOSFET 提供强上拉供电，大多数的应用这个强上拉是不需要的。

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。

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；

单总线典型内部结构框图

3. 寄生供电电路

单总线器件内部设置有寄生供电电路（Parasite Power Circuit）。

当单总线处于高电平时，一方面通过二极管向芯片供电，另一方面对内部电容 C（容值约 800pF）充电。当单总线处于低电平时，二极管截止，内部电容 C 向芯片供电。由于电容 C 的容量有限，因此要求单总线能间隔地提供高电平以能不断地向内部电容 C 充电，维持器件的正常工作，这就是通过网络线路“窃取”电能的“寄生电源”的工作原理。另外需要间断高电平的原因是如果总线保持低电平超过 480us，总线上的所有器件将复位。

DS18B20上的寄生电路

4. 64 位 ROM ID

主机通过 64 全球唯一的 ROM ID 来识别挂在总线网络上的从机。

每个单总线器件都有一个全球唯一的 64 位 ROM ID，该注册码保证唯一的身份，并用于多节点 1-Wire 网络中的器件寻址，64 位 ROM 注册码不可更改，ROM ID 由出厂激光刻度在单总线器件内部。

64 位 ROM ID 组成：前 8 位是 1-WIRE 家族码，后 48 位是唯一的序列号、最后 8 位是由前 56 位 ROM 码所计算出的 CRC 校验码。

64位ROM ID组成

5. 优缺点

节省 I/O 口线、资源结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。

由于所有设备部件均挂在单一总线上，使这种结构只能分时工作，即同一时刻只能在两个设备之间传送数据，这就使系统总体数据传输的效率和速度受到限制，这是单总线结构的主要缺点。

三、单总线的时序图

1. 时序概述

1-Wire 器件需要严格的协议来保证数据的完整。

该协议由通过一条线来传送的四种信令组成：包括复位脉冲和在线应答脉冲的复位序列、写 0 时隙、写 1 时隙、读时隙。
除在线应答脉冲以外，所有其它信号都由总线主机发出，并且发送的所有数据和命令都是字节的低位在前。
主机与从机的数据通信是通过时隙完成的，在每个时隙只能传送一位数据。通过写时隙可把数据从主机传送给从机，通过读时隙可把数据由从器件传送给主机，将完成一位传输的时间称为一个时隙。

如下给出了时序的波形图，在后面实测波形会详细介绍时序要求。

2. 复位/应答

复位/应答脉冲

3. 写时隙

写1和写0时隙

4. 读时隙

读1和读0时隙

波形定义

四、实测分析时序

1. 复位/应答脉冲

复位/应答脉冲要求：主机拉低总线 480~960us 来产生复位信号，然后释放总线进入接收模式，接着从机等待 15-60us（上拉电阻上拉至高电平），从机再拉低总线 60-240us 来产生应答信号，主机接收到从机的应答信号后，表明从机准备就绪，初始化过程完成了。

实测复位应答信号

2. 写 0 时隙

写0时隙要求：写 0 时隙起始于主机拉低总线，主机拉低总线后，只需在整个时隙期间保持总线低电平在 60us 以上，一般是 60~120us 之间。

实测写0时隙

3. 写 1 时隙

写1时隙要求：写 1 时隙和写 0 时隙一样，起始于主机拉低总线，在拉低总线 15us 之内需要将总线拉高，拉高总线需要维持 60us 以上。

实测写1时隙

4. 读 0 时隙

读0时隙要求：读 0 时隙由主机发起，且至少拉低总线 1us，此时从机才开始在总线上发数据 0 或者 1；从机发送 1，则保持总线为高电平；从机发送 0，则拉低总线。当发送 0 时，从机在该时隙结束后释放总线，由上拉电阻拉至空闲的高电平状态。从机发出的数据在起始时隙之后，保持有效时间 15us，因而，主机在读时隙期间必须释放总线并且在时隙起始后的 15us 之内采样总线。读 1 时隙没有在本文中没有写，要求和写 1 时隙是一致的。

实测读0时隙

五、DS18B20

1. 硬件结构

DS18B20 是学习 51 单片机中时，最常用的温感，采用的就是单总线结构。其供电方式有两种，一种是总线寄生电源，一种是使用外部电源。

需要注意，使用总线寄生电源时，18B20 的 VDD 管脚需要和 GND 接在一起。

DS18B20采用寄生电源

DS18B20采用外部电源

DS18B20内部框图

2. C 语言实现

利用单片机从DS18B20 获取温度。

分四步：初始化（复位/应答）→ 写字节 → 读字节 → 计算温度。

如下是给出的代码示例。

#include"delay.h"#include"18b20.h"/*------------------------------------------------                    18b20初始化------------------------------------------------*/bit Init_DS18B20(void){   bit dat=0;   DQ = 1;    //DQ复位   DelayUs2x(5);   //稍做延时   DQ = 0;         //单片机将DQ拉低   DelayUs2x(200); //精确延时 大于 480us 小于960us   DelayUs2x(200);   DQ = 1;        //拉高总线   DelayUs2x(50); //15~60us 后 接收60-240us的存在脉冲   dat=DQ;        //如果x=0则初始化成功, x=1则初始化失败   DelayUs2x(25); //稍作延时返回   return dat;}
/*------------------------------------------------                    读取一个字节------------------------------------------------*/unsigned char ReadOneChar(void){   unsigned char i=0;   unsigned char dat = 0;   for (i=8;i>0;i--) {    DQ = 0; // 给脉冲信号    dat>>=1;    DQ = 1; // 给脉冲信号    if(DQ)    dat|=0x80;    DelayUs2x(25); }    return(dat);}/*------------------------------------------------                    写入一个字节------------------------------------------------*/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);}
/*------------------------------------------------                    读取温度------------------------------------------------*/unsigned int ReadTemperature(void){   unsigned char a=0;   unsigned int b=0;   unsigned int t=0;   Init_DS18B20();   WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作   WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换   DelayMs(10);   Init_DS18B20();   WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作   WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器等（共可读9个寄存器） 前两个就是温度   a=ReadOneChar();   //低位   b=ReadOneChar();   //高位
   b<<=8;   t=a+b;
   return(t);}

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为提高温度测量效率，降低系统的成本，扩展传输距离，设计出一种新型温度采集系统。单片机通过控制具有单总线方式的温度传感器DS18B20实现对温度的测量，同时单片机通过控制

2011-01-04 10:22:16

单总线和I2C总线结合实现数字温度计实验

单总线和I2C 总线结合实现数字温度计实验一．实验目的通过本实验，理解掌握单总线器件和

2008-09-22 17:42:23

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可组网单总线A/D芯片在多点检测系统中的应用

可组网单总线A/D芯片在多点检测系统中的应用介绍一种利用可组网新型A/D芯片DS2450具有的单总线特点，结合单片机和一些模拟量输出的传感器所构

2009-10-16 12:04:51

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DS1820单总线(1-wire)数字温度传感器

　　DS1820是美国DALLAS公司生产的一种单总线(1-wire)数字温度传感器，采用1-wire总线通信协议。具有独特的单总线通信方式

2010-12-09 11:35:25

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基于单总线的电池包多点测温网络设计

结合电动汽车电池包的特点，研制了一种基于单总线的电池包多点测温网络系统。研究表明，选择线型网络拓扑，提高接口电路的抗干扰能力和驱动能力，实现ＩＤ自动识别功能是电动

2011-06-21 17:41:41

基于单总线的冷库温度监控系统设计

本文以单总线技术为基础，采用计算机串口、单总线和串口的协议转换芯片DS2480B、单总线数字化温度传感器DS18B20，设计了单总线温度检测网络。该系统能满足各类冷藏、冷冻食品的实际

2011-08-22 11:47:09

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CAN总线通信详解

CAN总线通信详解。

2016-03-30 16:46:10

《振南电子STM32视频教程》第十讲：单总线

[第10讲] 单总线(33分钟)，由何强主讲.本课主要讲解：(1).DS18B20讲解;(2).单总线讲解;(3).工程源程序讲解:使用GPIO来操作DS18B20的各种功能你函数详解.

2016-10-09 16:04:54

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1-wire_单总线的基本原理

2017-02-28 15:06:53

DS18B20介绍与单片机数据通信之单总线数据传输分析

本文对单片机数据通信之单总线数据传输进行了分析，并对涉及到的问题做了详细的介绍。

2017-10-13 17:49:09

单总线协议详解

单总线即one-wire总线，是美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术。与SPI、IC串行数据通信方式不同．它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的，具有节省

2017-10-24 17:50:48

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单总线结构

在许多单处理器的计算机中，使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/0设备，叫做单总线结构。此时要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行以便在某些设备需要使用总线时能迅速获得总线控制权;而当不再

2017-10-25 09:28:14

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单总线优缺点

总线构成的计算机系统。使用单总线构成的计算机系统中，除了总线以外，还包括有中央处理器（CPU）、存储器设备、输入输出设备等，它们都以总线设备的形式连接到总线上。 单总线系统特点 单总线技术具有节省I/O资源，结构简单、成本低廉

2017-10-25 10:03:50

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现场总线通信技术详解

本文主要介绍了ABBb变频器与PLC间的现场总线通信技术。现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络。也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。

2017-10-25 14:10:16

如何用单总线技术设计一个环境状态监控系统？

采用单总线技术设计环境状态监控系统，只要将一条双绞线（一根为信号线，一根为地线）从计算机拉向监控现场，然后将各种监控对象挂在其上就可以了，其示意图如图2所示。图中是以PC机串行口作输出的，因此需要

2018-07-19 07:01:00

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基于单总线数字温度计DSl8B20实现分布式测控系统的设计

单总线技术是美国Dallas半导体公司近年推出的新技术。它将地址线、数据线、控制线合为1根信号线，允许在这根信号线上挂接数百个单总线器件芯片。基于单总线的每个芯片内部均有1个出厂前被光刻好的64位ROM序列号，它可以看作是该芯片的地址序列码。

2020-04-01 08:13:00

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基于数字温度传感器实现单总线测温系统的设计

单总线技术是美国Dallas公司的一项专有技术，采用单根信号线传输数据，具有节省I／O口资源、结构简单、成本低、便于总线扩展和维护等诸多优点。单总线技术适用于单个主机系统控制一个或多个从机设

2020-03-16 08:07:00

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使用ZigBee设计单总线测温网络的资料说明

通过对ZigBee 协议及单总线协议进行深入的分析，采用了单总线网络与无线ZigBee 网络相结合的方式，扩大了测温范围，提高了整个信息系统的可扩展性。

2019-10-30 16:03:08

C51模拟单总线接口的教程详细说明

单总线结构是Dallas Semiconductor创造性的总线协议，也称为1-Wire总线结构。单总线接口将数据通信的引脚数目减少到最少，只需1个数据线便可以进行通信而无须时钟同步线。目前，已有多种器件选用了单总线结构，例如A/D转换器、D/A转换器、温度传感器等。

2020-03-25 16:39:00

C51模拟单总线接口的详细资料说明

2020-03-27 17:12:00

单总线器件DS2438的特点及实现微网测控系统的设计

在数字化测控系统中，由于单总线微网仅使用1根导线进行双向数据传送，并同时为远端器件提供电源，既降低了测控系统的硬件成本，又提高了系统的可靠性，因而是有着广泛应用前景的现场总线技术。但是，由于单总线

2020-04-07 10:24:13

2908

如何使用数字温度传感器实现单总线测温系统的设计

单总线技术是美国 Dallas 公司的一项专有技术，采用单根信号线传输数据，具有节省 I／O 口资源、结构简单、成本低、便于总线扩展和维护等诸多优点。单总线技术适用于单个主机系统控制一个或多个从机设

2020-12-30 03:20:00

关于1-Wire单总线的介绍与原理及应用

单总线是美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术。与SPI、I²C串行数据通信方式不同．它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的，具有节省I/O口线、资源结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。

2021-03-21 09:27:29

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基于ZigBee协议的单总线测温网络的设计

基于ZigBee协议的单总线测温网络的设计(工控技术共享平台)-文档为基于ZigBee协议的单总线测温网络的设计总结文档，是一份不错的参考资料，感兴趣的可以下载看看，，，，，，，，，，，，，

2021-09-30 12:49:32

HD32L170JATA芯片单总线通讯时异常通讯问题解决

，以不同的高低电平频占比区别0，1，及起始信号.3.原单总线程序从华大的130芯片上移植过来，130芯片上单总线功能正常，但移到170JATA后单总线通讯异常，不能正常通信4.单总线通讯速度极快，一个电平约在几十个微秒现象分析：通过逻辑分析仪抓取单总线通信波形：发现在上面红色圆圈处有异常的一个低

2021-11-23 18:06:59

RS-485通信和ModBus详解

、HMI或者其他操作时，串行连接会选择RS-485。所以博主感觉有必要介绍一下485通信。我们知道串口通信的数据传输都是0和1，但是在单总线、I2C、UART中都是通过一根线的高低电平来判断...

2021-12-20 19:17:55

经典的1-Wire单总线原理及应用

2021-12-28 19:23:01

Onewire单总线驱动DS18B20读取温度

：主机和从机通过1根线进行通信，在一条总线上可挂接的从器件数量几乎不受限制。2.特点：这是由达拉斯半导体公司推出的一项通信技术。它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的。3.优点：单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等。Onewire单总线通信

2022-01-18 10:09:15