1-Wire总线原理与应用：从DS18B20温度传感器实践

1. 什么是1-Wire总线？

1-Wire总线（单总线）是达拉斯半导体公司（现为Maxim Integrated）开发的一种异步半双工串行通信协议。它最大的特点就是仅用一根数据线（加上地线）就能实现双向通信，这种极简的设计让它成为嵌入式系统中连接低速外设的理想选择。

我第一次接触1-Wire总线是在一个温控项目中使用DS18B20温度传感器。当时看到只需要接一根线就能读取温度数据，简直不敢相信自己的眼睛。这种设计不仅节省了宝贵的IO口资源，还大幅简化了布线复杂度。

2. 1-Wire总线的工作原理

2.1 物理层实现

1-Wire总线的物理连接非常简单：

• 单根数据线（通常标记为DQ）
• 公共地线（GND）
• 可选的外部电源（3.0V-5.5V）

数据线上必须接一个4.7kΩ的上拉电阻，这是整个系统的关键。上拉电阻将总线保持在空闲时的高电平状态，当任何设备（包括主机）需要发送低电平时，会主动将总线拉低。

注意：上拉电阻的阻值很关键，太大可能导致上升沿过慢，太小则可能无法提供足够的驱动电流。

2.2 通信时序

1-Wire通信基于严格的时序控制，所有通信都由主机发起。每个bit的传输都通过特定的时间槽（time slot）完成：

1. 复位脉冲：主机拉低总线480μs以上，然后释放。从机检测到这个脉冲后会等待15-60μs后发出存在脉冲（拉低总线60-240μs）。

2. 写0：主机拉低总线60-120μs，然后保持低电平直到时隙结束。

3. 写1：主机拉低总线1-15μs，然后释放总线，由上拉电阻将总线拉高。

4. 读操作：主机拉低总线1-15μs后释放，然后在15μs内采样总线状态。从机会在主机拉低后的15μs内将总线拉低（发送0）或保持高电平（发送1）。

2.3 寄生供电模式

这是1-Wire最神奇的特性之一。在寄生供电模式下，器件完全不需要外部电源，直接从数据线上"偷电"：

1. 当总线为高电平时，器件内部的储能电容充电
2. 当总线为低电平时，电容放电维持器件工作

这种设计使得系统可以仅用两根线（DQ和GND）就能工作，非常适合空间受限的应用场景。不过要注意，在寄生供电模式下，总线的高电平时间必须足够长（至少给电容充电），否则可能导致