什么是单总线技术 (什么是单总线协议)

作者：谢颖逸生活经验 2023-06-09 15:52:30 阅读：32

所谓单总线技术指的是:微机与外设串行总线采用的是单根信号线，即传输时钟信号又传输数据，而且数据传输是双向的，具有线路简单、硬件开销少、成本低廉、软件设计简单等与我们熟知的诸如12c总线、SPI总线、SCI总线相比有着无可比拟的优越性。单总线适用于单个主机系统——如微控制器，能够控制一个或多个从机设备——如单总线器件。他们之间的数据交换只通过一条数据线。当只有一个从机设备时系统按单节点系统操作当有多个从机设备时，则按多节点系统操作。所以单总线器件要求要遵循严格的通信协议，以保证数据的完整性。

什么是单总线技术 (什么是单总线协议)

单总线如何区分总线上的信号是主机发出还是从机发出

亲爱的读者们，我又回来了~

上一章中，我带着大家实现了时钟显示和按键调整的功能。在这一章中，我将利用DHT11温湿度传感器，来测量环境温度和湿度。

DHT11温湿度传感器是数字式的，包括1个电阻式感湿元件和1个NTC测温元件，内部自带AD转换功能，采用单总线，具有响应快、抗干扰能力强、性价比高等特点。该模块总共4个引脚，其中两个是电源引脚VCC和GND，一个是数据引脚，还有一个为空引脚。

目前流行的数据传输总线有II2C总线，SPI总线，单总线等，而DHT11则采用单总线传输数据。单总线，顾名思义，就是采用单根信号线，即可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，从而有主机和从机之别。在这里，stm32作为核心控制器，所以是主机，而DHT11为从机。采用单总线进行数据传输，我们需要查看数据手册的时序图。

总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待 DHT11 响应,主机把总线拉低必须大于 18 毫秒,保证 DHT11 能检测到起始信号。DHT11 接收到主机的开始信号后, 等待主机开始信号结束,然后发送 80us 低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待 20-40us 后, 读取 DHT11 的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。

根据时序图，单片机需要先将总线拉低至少18ms，然后拉高总线20~40us，此时主机的开始信号结束，检测DHT11的响应信号。如果检测到低电平，则DHT11响应，并且低电平时间维持80us,然后DHT11拉高总线80us。此时DHT11准备传输数据，传输的数据间隙为50us低电平，传输的数据通过高电平的时间长短来区分"0"和"1"。数据传输完毕，DHT11将总线拉低50us，最后主机再拉高总线。

（1）编写延时函数

由于DHT11的时序比较严格，需要毫秒级别和微妙级别的延时。这里我们采用Systick去做延时。在之前按键扫描函数里也用到延时的，在此我叙述一下。

我们需要配置系统时钟，然后把Systick设置成72，这样就能产生1us时间基准，其次编写Systick中断处理函数，让变量自减，从而达到延时的效果，最后编写延时函数，也就是对自减的变量赋初始值。

__IO uint32_t TimingDelay

void systick_init(void)

{

if(SysTick_Config(72)==1) //若SysTick_Config函数返回产生中断信号,返回值为0

{

while(1) //SysTick_Config函数返回值为1,则等待

}

void TimingDelay_Decrement(void)

{

if(TimingDelay!=0x00)

{

TimingDelay--

}

void SysTick_Handler(void)

{

TimingDelay_Decrement()

}

void delay_ms(__IO uint32_t nTime)

{

TimingDelay = nTime*1000

while(TimingDelay!=0)

}

void delay_us(__IO uint32_t nTime)

{

TimingDelay = nTime

while(TimingDelay!=0)

}

（2）配置相应的GPIO口作为单总线数据端

void dht11_gpio_portIn(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE)

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure)

}

void dht11_gpio_portOut(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE)

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure)

}

由于DHT11采用单总线通信协议，所以数据传输是双向的，所以分别将数据端口设置成浮空输入模式和推挽输出模式。并且将数据口的输入和输出定义成宏定义的形式。

#define DHT11_OUT_H GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4)

#define DHT11_OUT_L GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4)

#define DHT11_IN GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_4)

（3）根据DHT11时序图，编写时序函数

现在，我们开始编写总线的驱动函数，根据时序图，主机发送命令启动转换，接着，等待DHT11转换响应并且输出数据，最后读取数据。

void dht11_reset(void)

{

dht11_gpio_portOut() //设置成输出模式

DHT11_OUT_L //主机将总线拉低至少18ms

delay_ms(18)

DHT11_OUT_H //主机拉高保持20~40us

delay_us(30)

dht11_gpio_portIn() //设置成输入模式,等待DHT11响应

}

u8 dht11_scan(void)

{

return DHT11_IN //返回值为DHT11的响应信号

}

实时监控DHT11的数据线，直至其产生出低电平，表示DHT11响应主机请求，开始传输数据。

u8 dht11_read_bit(void)

{

while(DHT11_IN==RESET) //传输数据位前存在50us低电平

delay_us(40) //根据高电平的时间长短决定电平是1还是0

if(DHT11_IN==SET) //"0"电平持续时间为26~28us,"1"电平持续时间为70us

{

while(DHT11_IN==SET)

return 1 //若检测到高电平,返回值为1

}

else

{

return 0 //若检测到高电平,返回值为0

}

//注：数据最高位先传输

u8 dht11_read_byte(void)

{

u8 i,dat = 0x00

for(i=0i<8i++)

{

dat = dat<<1

dat = dat|dht11_read_bit()//将串行数据读取出来

}

return dat

}

当DHT11响应后，就开始通过单总线传输数据，在读取位函数里，通过高电平的时间长短来判断输出的是'1'还是'0'，在读取字节函数里，调用读取位函数，将传输的每8位整合出字节，并读取出来。

我们查阅DHT11数据手册，得知数据传输的结构（依次顺序）：湿度整数部分（1字节）、湿度小数部分（1字节）、温度整数部分（1字节）、温度小数部分（1字节）、校验和（1字节）。这里，其实就是一个简单的通信协议。校验和就是源数据所有字节之和的低8位，确保传输数据的正确与稳定。

u8 dht11_read_data(void)

{

u8 i

dht11_reset()

if(dht11_scan()==RESET) //DHT11发出响应信号

{

while(DHT11_IN==RESET) //DHT11拉低总线80us

while(DHT11_IN!=RESET) //DHT11拉高总线80us

for(i=0i<5i++)

{

buffer[i] = dht11_read_byte()

}

while(DHT11_IN==RESET) //发送完最后1bit数据后,等待50us低电平结束

dht11_gpio_portOut()

DHT11_OUT_H //主机拉高总线

if(buffer[0]+buffer[1]+buffer[2]+buffer[3]==buffer[4])

{

return 1 //校验成功

}

else

{

return 0 //校验失败

}

else

{

return 0 //DHT11未发出响应信号

}

在读取字节里，先等待DHT11响应，然后开始接收数据，并且连续读取5次，存放在事先定义好的数组里，主机发出结束信号，最后对读取的数据进行校验。

（4）测量显示温湿度

主函数调用DHT11读数据函数，并调用lcd显示函数，将温度和湿度显示出来即可。

if(dht11_read_data()==1)//读取数据，前提是DHT11响应，并且数据校验成功

{

humidity = buffer[0]//buffer[0]存放的是湿度整数部分

temperature = buffer[2]//buffer[2]存放的是温度整数部分

}

lcd_display_string(2,0,"温度")

lcd_display_num_m(2,32,temperature/10)

lcd_display_num_m(2,40,temperature%10)

lcd_display_string(4,0,“湿度”)

lcd_display_num_m(4,32,humidity/10)

lcd_display_num_m(4,40,humidity%10)

至此，通过本章的讲解，我相信，大家应该对于DHT11模块有了大致的了解，当然，如果你只是看看文章的话，可能效果不怎么理想。这些东西，都需要亲自动手的，正所谓"实践出真知"。所以，你可以在网上买开发板，再买一些模块，不一定要和我的一样。当然，想要挑战自己的话，可以买块最小系统板，这样，外围的硬件电路可以由自己搭建（功能自定义），灵活性强的同时，也锻炼了自己的动手能力。如果你是会设计PCB的大佬，那更好，估计你的水平，就浏览一下我的文章即可。

计算机中什么是总线协议？总线通信方式有哪几类？

单总线协议定义了几种信号类型

即复位脉冲

应答脉冲

写1

写0

读1

读0

除了应答脉冲外所用的信号都是主机发出的同步信号

并且发送的数据和指令都是低字节在前。应答脉冲是60~240us的低电平信号。

1、控制器局域网总线（CAN，Controller Area

Network）是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN协议用于汽车中各种不同元件之间的通信，以此取代昂贵而笨重的配电线束。该协议的健壮性使其用途延伸到其他自动化和工业应用。CAN协议的特性包括完整性的串行数据通讯、提供实时支持、传输速率高达1Mb/s、同时具有11位的寻址以及检错能力。

2、CAN通信协议规定了4种不同的帧格式，即数据帧、远程帧、错误帧和超载帧。基于以下几条基本规则进行通信协调：总线访问、仲裁、编码/解码、出错标注和超裁标注。CAN遵从OSI模型。按照OSI基准模型只有三层：物理层、数据链路层和哀告层，但应用层尚需用户自己定义。CAN总线作为一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。如：CAN在汽车中的发动机控制部件、ABS、抗滑系统等应用中的位速率可高达1Mbps。同时，它可以廉价地用于交通运载工具电器系统中，例如电气窗口、灯光聚束、座椅调节等，以替代所需要的硬件连接。其传输介***为双绞线，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps，挂接设备数最多可达110个。CAN为多主工作方式，通信方式灵活，无需站地址等节点信息，采用非破坏性总线仲裁技术，满足实时要求。另外，CAN采用短帧结构传输信号，传输时间短，具有较强的抗干扰能力。

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