Подобно I2C, протокол 1-Wire предусматривает переключение режима работы шины ведущим устройством на ввод и вывод, чтобы иметь возможность двусторонних взаимодействий. Однако в шине 1-Wire отсутствует отдельная линия передачи тактовых сигналов, поэтому нули и единицы передаются длинными и короткими импульсами. Импульс длительностью 60 мкс обозначает 0, а длительностью 15 мкс — 1.
Обычно линия данных находится под напряжением с уровнем HIGH, но, когда микроконтроллеру (ведущему) требуется послать команду устройству, он генерирует специальный импульс сброса с уровнем LOW длительностью не менее 480 мкс. Вслед за ним следует последовательность импульсов 1 и 0.
Библиотека OneWire
Работу с интерфейсом 1-Wire здорово упрощает библиотека OneWire, которая доступна по адресу http://playground.arduino.cc/Learning/OneWire.
Инициализация 1-Wire
Чтобы инициализировать Arduino как ведущее устройство на шине 1-Wire, сначала нужно подключить библиотеку OneWire:
#include <OneWire.h>
Затем создать экземпляр OneWire и указать, какой контакт Arduino будет использоваться как линия данных на шине 1-Wire. Эти два действия можно объединить в одну команду, а в роли линии данных использовать любой контакт на плате Arduino — достаточно просто передать номер контакта в виде параметра:
OneWire bus(10);
В данном случае роль линии данных шины будет играть контакт D10.
Сканирование шины
Поскольку каждое ведомое устройство, подключенное к шине, имеет уникальный идентификационный номер, присвоенный на заводе, нужен какой-то способ определить адреса устройств, подключенных к шине. Было бы неблагоразумно «зашивать» адреса устройств в скетч, потому что в случае замены новое ведомое устройство будет иметь уже другой адрес и скетч не сможет обращаться к нему. Поэтому ведущее устройство (Arduino) должно создать своеобразную опись устройств на шине. Здесь следует отметить, что первые 8 бит в адресе определяют «семейство», которому принадлежит устройство, то есть по ним можно определить, является ли устройство, например, датчиком DS18B20 или относится к какому-то другому типу.
В табл. 8.1 перечислены некоторые из наиболее известных кодов семейств для шины 1-Wire. Полный список можно найти на странице http://owfs.sourceforge.net/family.html.
Таблица 8.1. Коды семейств устройств для шины 1-Wire
Код семейства (шестнадцатеричный)
Семейство
Описание
06
iButton 1993
Идентификационный ключ
10
DS18S20
Высокоточный температурный датчик с разрешающей способностью 9 бит
28
DS18B20
Высокоточный температурный датчик с разрешающей способностью 12 бит
1C
DS28E04-100
ЭСППЗУ емкостью 4 Кбайт
В библиотеке OneWire имеется функция search, которую можно использовать для поиска всех ведомых устройств на шине. Следующий пример выводит адреса всех устройств на шине в монитор последовательного порта:
// sketch_08_01_OneWire_List
#include <OneWire.h>
OneWire bus(10);
void setup()
{
Serial.begin(9600);
byte address[8]; // 64 бита
while (bus.search(address))
{
for(int i = 0; i < 7; i++)
{
Serial.print(address[i], HEX);
Serial.print(" ");
}
// проверить контрольную сумму
if (OneWire::crc8(address, 7) == address[7])
{
Serial.println(" CRC OK");
}
else
{
Serial.println(" CRC FAIL");
}
}
}
void loop()
{
}
На рис. 8.2 показан результат выполнения этого скетча при наличии двух температурных датчиков DS18B20, подключенных к Arduino. Обратите внимание на то, что оба устройства имеют один и тот же код семейства в первом байте, равный 28 (в шестнадцатеричном формате).
Рис. 8.2. Список ведомых устройств 1-Wire
Для работы функции search требуется массив размером 8 байт, куда она могла бы поместить следующий найденный адрес. После последнего обнаруженного устройства она возвращает 0. Это позволяет выполнять итерации в цикле while, как в предыдущем примере, пока не будут определены все адреса. Последний байт адреса в действительности является циклической контрольной суммой (Cyclic Redundancy Check, CRC), позволяющей проверить целостность адреса. Библиотека OneWire включает специальную функцию для проверки контрольной суммы CRC.
Использование DS18B20
Следующий пример иллюстрирует использование библиотеки OneWire с температурным датчиком DS18B20. На рис. 8.3 изображена схема подключения DS18B20 к плате Arduino. Обратите внимание на то, что у самого датчика всего три контакта и он имеет вид обычного транзистора.