【经验】单总线温度传感器的硬件设计及通信时序说明

时间： 2020-05-23 来源：敏源传感

技术问答

单总线通信，由于具有硬件设计简单，外围器件少，占用MCU引脚资源少，软件开发相对简单，多个传感器可以共用同一条通信总线，实现分布式检测等优点。很多的温度传感器、湿度传感器等，都采用了这种通信方式。本文以敏源传感的单线数字温度传感器MY18E20为例，探讨和说明这类传感器在使用时的软硬件设计问题，供读者参考。

单总线通讯方式，主控MCU和传感器之间，通过一根控制信号线实现控制和数据的双向传输。总线需要搭配一个弱上拉电阻，这样所有的器件都通过三态或者开漏极端口（以MY18E20为例，就是其DQ引脚）连接到总线上。在这个总线系统中，单片机(主机)通过每个器件的唯一 64 位编码识别并寻址总线上的器件。因为每个器件都有唯一的编码，理论上挂在总线上并可以被寻址的设备数量是无限的(实际受线长及分布电容的影响)。下图一、二分别是是主控MCU(微控制器)与MY18E20的硬件内部结构及连接图：

图一：主控MCU(微控制器)与MY18E20的硬件通信N内部结构图

图二：主控MCU(微控制器)与MY18E20的硬件连接图

由于多个传感器可以共用一条总线，因此主控MCU和从机传感器之间的通信规则，是非常重要和关键的。主机微控制器通过使用“时隙”实现与温度传感芯片的通信，“时隙”允许数据通过单总线传输。每个通信周期都以微控制器的复位脉冲开始，接着是温度传感芯片的存在脉冲，如图三所示。

图三：复位脉冲和存在脉冲

当主机微控制器将单总线从逻辑高电平(无效)拉至逻辑低电平时，将启动写入时隙。所有写时隙的持续时间必须为60μs至130μs，周期之间的最短恢复时间为1μs。写入“0”并写入“1”时隙如图3所示。在写入“0”时隙期间，主机微控制器在时隙的持续时间内将线路拉低。但是，在写入“1”时隙期间，微控制器将线路拉低，然后在时隙开始后15μs内释放线路。

图四：主控MCU写时隙

当主机微控制器将总线拉低1μs然后将其释放时，将启动读时隙，以便温度传感芯片可以控制线路并显示有效数据（高或低）。所有读取时隙的持续时间必须为60μs至130μs，并且周期之间的恢复时间至少为1μs（参见下图五）。

图五：主控MCU读时隙

结语：本文只是通过以MY18E20为例，介绍单总线传感器在实际应用中，硬件设计和通讯时序的相关问题。明白了其实现原理，其他的就可以触类旁通，供读者参考。如需MY18E20的样品及相关设计资料，可以通过敏源的正规代理商世强联系和申请。

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描述- 敏源传感是一家工业、安全监测、环境传感类的芯片、模组及传感器垂直解决方案商,创始团队留学归国创业,来自美国、加拿大等知名半导体公司,具有丰富的产业界经验。公司在浙江嘉兴、北京、合肥及美国硅谷建立了芯片设计、传感模组设计及客户支持团队。公司技术路线从传统模拟传感器升级到数字模拟混合的智能传感芯片，核心信号链采集电路包含敏感材料驱动、弱信号放大、调理、模数转换、自动校准补偿、存储、通信等功能。传感模组和器件种类丰富,贴合实际应用，内置嵌入式边缘计算算法，配合产品结构与工业化设计可为各行业应用提供场景细分的、定制化的、多传感融合的、交钥匙的解决方案。

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