I 2 C和 SPI 端點設備 能否僅通過一根線供電和控制？

可以通過使用 Analog Devices 的 1-Wire ?技術的單線連接和接地來提供電源和數據以運行 I 2 C 和 SPI 端點，例如濕度或溫度傳感器。當與主機上可能只有一個或幾個引腳可用的 IO 受限系統一起工作時，該技術提供了一個強大的解決方案。DS28E18是一個很好的橋接器件示例，它利用 1-Wire 解決一系列常見的系統挑戰，例如布線限制、通信距離和協議轉換。

這種單線接口技術是 ADI 公司獨有的，自 1980 年代以來一直存在。電力和數據通過單個專用連接傳輸，支持廣泛的應用，例如本地或遠程環境傳感、醫療傳感器或附件識別。用于這些應用的 1-Wire 解決方案具有通過單觸點接口運行 SPI 或 I 2 C 器件的優勢，無需外部電源，以及 1-Wire 和 I 2 C/SPI 主控的靈活性操作模式。

為了操作這個接口，總共有兩個觸點，1-Wire 單連接和一個接地連接，通過它我們可以在過載模式下以 11.7 kb/s 和 62.5 kb/s 兩種不同的速度進行通信。圖 1展示了一個非常簡單的系統級配置以及 DS28E18 如何融入系統。微控制器主機 （μC） 通過與 DS28E18 橋接器的 1-Wire 接口連接到遠程 SPI 傳感器，僅使用兩個連接，即 1-Wire IO 和接地。

圖 1. 系統級配置

1-Wire 至 I 2 C/SPI，帶排序器和功率收集

DS28E18 通信橋的獨特功能之一是它可以收集高達 10mA 的電流來為外部連接的 I 2 C/SPI 端點供電。該器件還能夠分別驅動高達 1MHz 和 2.3MHz的 I 2 C 和 SPI 端點。它采用小型 2x3mm TDFN 封裝，在 -40°C 至 +85°C 的環境條件下工作電壓為 3.3V （±10%）。

除了 1-Wire 接口和功能之外，DS28E18 還具有與 I 2 C/SPI 端點接口必不可少的三個主要模塊；一個命令定序器，用作 1-Wire 命令和 I 2 C/SPI 命令之間的橋梁，一個帶有數據的 SRAM 塊以最終操作該器件，以及一個 I 2 C/SPI/GPIO 接口控制器。這一切都顯示在下面的圖 2中。

圖 2. 框圖

命令定序器

命令定序器處理緩沖區數據并將其存儲在 SRAM 中的指定地址（一次 128 個字節），并返回 CRC16 以供主機處理器驗證數據傳輸。定序器通過將最常用的命令存儲在 SRAM 中來最大限度地減少主機的通信開銷。DS28E18 在 SRAM 中提供一個 512 字節的緩沖區，可以加載多個 I 2 C 或 SPI 命令。加載后，主機控制器發送命令以執行序列、提供電源并從連接的 I 2 C 或 SPI 外設收集數據。隨后的 1-Wire 命令讀取收集的傳感器數據。

存在三種類型的命令來操作此設備，它們位于下圖 3中藍色突出顯示的元素中。它們是“1-Wire ROM 功能命令”、“DS28E18 器件功能命令”和“DS28E18 定序器命令”。

圖 3. 命令所在位置的突出顯示框圖

主機使用 1-Wire ROM 級功能命令啟動通信以識別和選擇 DS28E18 橋接器件。選擇后，設備功能命令將用于與定序器交互。圖 4 列出了 DS28E18 可用的 1-Wire ROM 和器件功能命令。

DS28E18 有一個 144 字節的命令緩沖區，利用 16 字節的設備功能命令操作和 128 字節的順序命令將形成的數據包傳輸到 512 字節的 SRAM 定序器。可以調用安裝在 SRAM 定序器中的已形成數據包來向連接的從機寫入和/或讀取 I 2 C/SPI 數據。序列的最大長度為 512 字節。序列完成后，I 2 C/SPI 從機響應使用讀取序列器命令恢復。

返回的結果字節表示成功或遇到的任何錯誤，例如收到 NACK。如果結果字節指示錯誤，則返回兩個附加字節，指示序列中錯誤的位置。

定序器的實用程序命令通過 SENS_VDD 引腳為端點設備提供各種功能，例如延遲和電源門控。延遲可以按順序使用，以允許 I 2 C/SPI 端點設備有額外的時間來執行轉換，或允許在端點上電后建立穩定。延遲范圍從 1ms 到 32s。提供給端點的電源來自 1-Wire 接口，因此主機必須為整個序列啟用強上拉。DS28E18 可提供高達 10mA 的電流。

圖 4顯示了不同命令的列表及其在命令層次結構中的級別。

圖 4. 命令層次結構

接口控制

DS28E18 的 GPIO、I 2 C 和 SPI 接口在四個引腳上復用，如圖 5所示。I 2 C 接口可配置為以 100kHz、400kHz 或 1MHz 運行，SPI 可配置為以 100kHz、400kHz、1MHz 或 2.3MHz 運行。當配置為 SPI 時，GPIO 不可用。

圖 5. GPIO/I 2 C/SPI 引腳復用和接口控制