【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

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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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