眾所周知，I2C 和 SPI 通信協議設計用于短距離板內通信。本應用筆記討論了DS28E18 1線?至I2C/SPI橋接器的I2C和SPI總線擴展能力。具體而言，它涵蓋了建立長線路的重要措施，例如，與多個I2C和SPI傳感器進行100m通信以及使用該器件的好處。

設備概述

DS28E18 1線轉SPI和I2C 橋使連接板外外圍設備更快、更容易。Maxim的1-Wire互連技術使用單線加接地，將電源和數據傳輸到板內和板外的外設。1-Wire總線上的器件是可尋址的，并建立一條返回主機微控制器的雙向通信路徑。以下是DS28E18成為一款出色的產品的原因。2C 和 SPI 總線擴展解決方案。

遠程操作

1-Wire接口設計為長距離穩健。雖然I2C和SPI總線長度限制在幾米以內，1-Wire器件的通信距離遠超過100米。DS28E18充分利用這一特性，在主機和主機之間建立遠距離連接。2C 或 SPI 外設，基本上可實現 I 的遠程操作2C 和 SPI 設備。

減少 I2C 和 SPI 接線

從微控制器控制外設需要相當多的布線。我2C 通常被視為僅由數據（串行數據訪問 [SDA]）和時鐘（串行時鐘線 [SCL]）信號組成的雙線連接。但實際上，當考慮到電源和接地時，該接口需要四根電線。SPI也是如此。然而，Maxim的1-Wire技術只需通過一根線傳輸電源和數據。DS28E18直接從1-Wire電路獲取電源，并將其提供給I2必要時提供 C 或 SPI 外設。因此，外圍設備不需要外部電源。因此，結合接地，與I接口所需的導線總數2C 或 SPI 外設減少到只有來自主機的單線對。

自主操作

在處理遙感應用時，功耗始終是一個問題。DS28E18通過減輕主機微控制器的部分工作負擔來幫助降低功耗。該器件具有一個內部定序器，可用作 I 的緩沖器2C 或 SPI 命令。然后，主微控制器可以命令DS28E18執行其存儲的序列。這樣，主微控制器可以休眠，而DS28E18則自動向外設饋送命令，并根據需要收集數據。

摘要一2C 地址

一些我的另一個問題2C 應用程序是設備地址爭用。許多我2C 設備無法修改其地址，或者可以選擇僅更改幾個地址位。這可能會導致多個 I 之間的爭用問題2同一總線上的 C 從站嘗試響應同一地址。DS28E18解決了這個問題，因為每個器件都有一個唯一的ROM ID，帶有48位序列號。而且，由于1-Wire總線可以承載多個1-Wire從機，因此每個2C器件可以連接到不同的DS28E18主器件，并通過其主器件的ROM ID進行區分，無需擔心系統內的任何地址沖突。

降低成本和復雜性

通常，可以將總線延長到100m以上的系統可能需要在主機端和外設端安裝多個芯片。這樣的配置可能相當復雜和昂貴。DS28E18的配置正好相反。它只需要兩個引腳，而 I 需要四個和六個引腳2分別為 C 和 SPI。此外，主機側大多只是軟件，只有少量接口硬件，而外設端僅由單個DS28E18器件組成。這使得DS28E18成為擴展I的簡單且經濟高效的方案。2C 或 SPI 總線。

設備設置

以下各節介紹為遠程連接到主機處理器的多個DS28E18節點設置最佳配置的重要措施。

兼容的1-Wire主機

實現1-Wire主機非常簡單，DS28E18有多種配置兼容。最基本的實現方式如圖1所示，其中1-Wire主機由微控制器表示，微控制器使用通用端口引腳驅動1-Wire通信。

圖1.DS28E18主機配置采用微控制器作為1-Wire主機。

這種類型的主機配置提供了正確操作DS28E18及其所有功能所需的所有組件。它保持較低的硬件成本，因為它只需要一個備用的雙向端口，以及程序內存中的一些備用空間。R 的典型值狗范圍為300Ω –1000Ω，但最大值可能因連接的DS28E18節點數量和總線距離而異。

一些1-Wire從機執行某些需要額外電源的操作。這些操作稱為強上拉 （SPU） 操作。DS28E18有多種情況下執行SPU操作，例如向連接的傳感器提供外設電源時。為此，圖1所示的主機微控制器可以使用PIOY引腳驅動邏輯“1”。虛線還表示可選的低阻抗旁路R。狗也可用于提供額外的電力。

使用微控制器作為1-Wire主機的缺點是1-Wire時序是通過軟件生成的，這會增加初始軟件開發時間和成本。作為替代方案，Maxim提供廣泛的1-Wire主控產品，也可用于可靠地驅動DS28E18。圖2所示為采用DS1 I的2485-Wire主機的另一種兼容方案2C 轉 1 線橋接器件。

圖2.DS28E18主機配置，采用DS2485 I2C-to-1-Wire橋接器作為1-Wire主控。

使用DS2485的優點是可以完成大部分繁重的工作。這是一個我2C-to-1-Wire橋接器件，可直接連接到I型2C 主站，通常是微控制器，速度高達 1MHz。它在 I 之間執行協議轉換2C主機和任何下游1-Wire從器件，如DS28E18。該器件具有內部用戶可調定時器，使系統主機處理器無需生成時間關鍵型1-Wire波形，支持標準和超速1-Wire通信速度。一旦提供命令和數據，DS2485的輸入/輸出控制器即可執行時間關鍵型1-Wire通信功能，如復位/存在檢測周期、讀字節、寫字節、讀塊、寫塊、單位R/W、ROM搜索三元組和完整的命令序列，無需與主機處理器交互。1-Wire總線上的外部上拉可以避免，因為DS2485器件在內部提供所有必要的上拉功能。

長距離布線

DS28E18用作板外外設時效率最高。在設置設備進行長距離通信時，重要的是要注意較長的電纜線引入的總線電容。大量數據會阻礙1-Wire線路的上升時間，從而有效干擾數據傳輸。圖3所示為DS28E18可行的長線配置示例。它包括DS2485 1-Wire主站和一根100米長的雙絞線24 AWG CAT5E電纜，連接到DS28E18的IO和GND引腳。由于DS28E18的電源來自1-Wire線路，因此無需額外的電源線。

圖3.DS28E18 遠程配置，采用 DS2485。

使用 APU

與DS1E10的典型板載100cm板載連接和28m處的板外連接相比，18-Wire上升時間有顯著差異，分別如圖4和圖5所示。

圖4.板載DS1E28的18線上升沿，在10cm和1000Ω R處狗.

圖5.1-線線上升沿，28m和18Ω R時DS100E1000的板外上升沿狗.

對于上升時間過慢的劇烈情況，可以通過降低無源電阻（即R狗）值，1-Wire總線上的值到下端（例如，300Ω）。修改 R狗DS2485只需通過軟件配置其內部無源上拉電阻值即可輕松實現值。

對于降低上拉電阻還不夠的情況，DS2485還提供另一種上拉技術，稱為有源上拉（APU）。使能后，APU在1-Wire信號從低到高的轉換過程中，基本上在有限的時間內通過低阻抗路徑旁路無源上拉電阻，從而更快地有效地達到高壓狀態。這種效應可以在圖6中看到，盡管具有相同的5Ω無源上拉電阻，但圖1000中的相同上升沿明顯更清晰。因此，在通過長線路與DS28E18通信時，始終建議使用APU。

圖6.1-線線上升沿，28m和18Ω R時DS100E1000的板外上升沿狗啟用 APU。

實現多個節點

考慮到每個DS28E18具有唯一的ROM ID，多個器件可以連接到同一1-Wire總線，而不會產生任何爭用問題。從本質上講，這使得系統能夠將各種遠程傳感器與自己的DS28E18主機集成在一起。圖7和圖8所示為DS28E18典型節點配置，其I型2分別連接了 C 和 SPI 傳感器。圖 7 中的虛線表示 I 上的可選上拉2C總線，用于DS28E18的內部上拉被配置為禁用。

圖7.DS28E18節點配置，帶I2C 傳感器。

圖8.DS28E18節點配置，帶SPI傳感器。

功耗

單個1-Wire總線可連接的節點數量可達10個或更多。最大數量在很大程度上取決于SPU工作期間從1-Wire線路一次消耗的電流量。如果壓降使IO處的電壓電平小于最小值，則線路上的節點過多可能會妨礙設備的性能斯普烏SPU 操作期間的限制（即 2.0V）。

最顯著的高電流消耗發生在多點ROM ID上電序列期間。具體說明一下，DS28E18在上電時始終以默認ROM ID值啟動。為了完全工作，DS28E18必須首先從存儲器中填充其唯一的ROM ID。為此，1-Wire主機必須發出1-Wire跳躍ROM （CCh）命令，然后發出DS28E18寫入GPIO（83h）命令。因此，連接到同一28-Wire總線的每條DS18E1都會響應該ROM ID上電序列，從而有效地增加了從1-Wire線路汲取的電流，因為每個器件同時填充其唯一的ROM ID。

為了在使用DS2485時滿足這種高電流需求，建議使用如圖2所示的外部p溝道。該p溝道的上拉阻抗小于DS2485的內部SPU阻抗，從而有助于沿1-Wire線路驅動更多電流。注意，DS2485的1-Wire模塊（ABh）命令是唯一可以訪問外部p溝道的1-Wire主控命令，因此必須用于運行多點ROM ID上電序列。DS28E18節點成功上電后，DS2485可以恢復正常工作，外部p溝道可以忽略不計。

結論

DS28E18是擴展I2C或SPI通信的絕佳方案。與其他擴展解決方案相比，這種簡單且經濟高效的設備具有許多優勢，使系統能夠在最遠 100 米或更遠的距離內控制多個傳感器。按照此設備設置指南可以實現最佳硬件配置。

審核編輯：郭婷