1 線式

1-Wireは、ダラスセミコンダクターが設計した有線 半二重 シリアル バスであり、単一の導体を介して低速（16.3kbit/s ^[1]）データ通信と電源電圧を提供します。^[2]

1-Wire は概念的にはI ² Cに似ていますが、データ レートが低く、通信範囲が広くなっています。通常、デジタル温度計や気象計などの小型で安価なデバイスとの通信に使用されます。1-Wire デバイスとそれに関連するマスターデバイスのネットワークはMicroLANと呼ばれます。このプロトコルは、 Dallas キーまたはiButtonと呼ばれる小型の電子キーにも使用されます。

このバスの特徴的な機能の 1 つは、データとグランドの 2 つの導体のみを使用できることです。これを実現するために、1-Wire デバイスには、データ ラインがアクティブな期間中にデバイスに電力を供給する電荷を蓄える 小さなコンデンサ(約 800 pF ) が組み込まれています。 

1-Wire デバイスは、集積回路、TO-92スタイルのパッケージ (通常はトランジスタに使用される)、および iButton または Dallas キーと呼ばれるポータブル形式 (時計の電池に似た小さなステンレススチール パッケージ)など、さまざまなパッケージで提供されています。メーカーは、1-Wire バスを使用して通信する、単一のコンポーネントよりも複雑なデバイスも製造しています。

1-Wire デバイスは、システム内のさまざまな場所に配置できます。製品内の回路基板上の多数のコンポーネントの 1 つである場合もあります。また、温度プローブなどのデバイス内の 1 つのコンポーネントである場合もあります。監視対象のデバイスに取り付けることもできます。一部のラボ システムでは、モジュラー コネクタ付きのケーブルまたはCAT-5ケーブルを使用して 1-Wire デバイスに接続します。このようなシステムでは、RJ11 (電話によく使用される 6P2C または 6P4Cモジュラー プラグ) が一般的です。

センサーとアクチュエータのシステムは、多数の 1-Wire コンポーネントを配線することで構築できます。各 1-Wire コンポーネントには、1-Wire バスで動作するために必要なすべてのロジックが含まれています。例としては、温度ロガー、タイマー、電圧および電流センサー、バッテリー モニター、メモリなどがあります。これらは、バス コンバータを使用して PC に接続できます。USB 、RS-232シリアル、およびパラレル ポートインターフェイスは、MicroLan をホスト PC に接続するための一般的なソリューションです。1-Wire デバイスは、さまざまなベンダーのマイクロコントローラに直接インターフェイスすることもできます。

iButton は、キャニスターの「蓋」と「ベース」に接触する接点を持つソケットによって 1-Wire バス システムに接続されます。または、iButton をクリップで留めるソケットを使用して半永久的に接続することもできますが、このソケットからは簡単に取り外すことができます。

各 1-Wire チップには固有の識別コードがあります。この機能により、チップ、特に iButton は電子キーに適しています。用途としては、ロック、盗難警報装置、コンピュータ システム、メーカー認定アクセサリ、タイム クロック、スマート金庫の宅配キーやメンテナンス キーなどがあります。iButton は、イスタンブールの公共交通機関のAkbil スマート チケットとして使用されています。

Apple MagSafeおよび MagSafe-2 コネクタを搭載した電源、ディスプレイ、および Mac ラップトップは、1-Wire プロトコルを使用して、コネクタの中央ピンを介して接続された Mac ラップトップとの間でデータを送受信します。データには、電源のモデル、ワット数、シリアル番号、およびラップトップからのフルパワーの送信やコネクタ内の赤または緑の発光ダイオードの点灯などのコマンドが含まれます。 ^[3]

純正のDellノートパソコン用電源は、1-Wireプロトコルを使用して、3番目のワイヤを介してノートパソコンに電力、電流、電圧定格に関するデータを送信します。アダプタが要件を満たしていない場合、ノートパソコンは充電を拒否します。^[4]

どの MicroLan でも、常に 1 つのマスターが全体を担当します。マスターは、パーソナル コンピューターまたはマイクロコントローラーです。マスターはバス上でアクティビティを開始し、バス上の衝突の回避を容易にします。衝突を検出するためのプロトコルは、マスターのソフトウェアに組み込まれています。衝突が発生すると、マスターは必要な通信を再試行します。

1-Wire ネットワークは、単一のオープン ドレインワイヤと単一のプルアップ抵抗器です。プルアップ抵抗器は、ワイヤを 3 ボルトまたは 5 ボルトに引き上げます。マスター デバイスとすべてのスレーブは、ワイヤを駆動するための単一のオープン ドレイン接続と、ワイヤの状態を感知する方法をそれぞれ備えています。「1-Wire」という名前にもかかわらず、すべてのデバイスは、データ ワイヤを介して戻り電流が流れるように、接地接続用の 2 番目の導体も備えている必要があります。 ^[5]通信は、マスターまたはスレーブがバスを短時間ローにプルダウンすると発生します。つまり、出力 MOSFET を介してプルアップ抵抗器を接地に接続します。データ ワイヤはアイドル時にはハイになるため、限られた数のスレーブ デバイスに電力を供給することもできます。16.3 kbit/s のデータ レートを実現できます。通信を 10 倍高速化するオーバードライブ モードもあります。

短い 1-Wire バスは、マイクロコントローラの単一のデジタル I/O ピンから駆動できます。ユニバーサル非同期送受信機(UART) も使用できます。^[6]特定の 1-Wireドライバおよびブリッジチップが利用可能です。ユニバーサル シリアル バス「ブリッジ」チップも利用可能です。ブリッジ チップは、100 m を超えるケーブルを駆動するのに特に便利です。メーカーは、最長 300 m のツイスト ペア(電話ケーブル) までテストしています。このような極端な長さでは、プルアップ抵抗を5 ～ 1 kΩに調整する必要があります。

マスターはリセット パルスで送信を開始します。リセットパルスは、ワイヤを少なくとも 480  μsの間 0 ボルトにします。これにより、バス上のすべてのスレーブ デバイスがリセットされます。その後、スレーブ デバイスが存在する場合は、その存在を「存在」パルスで示します。つまり、マスターがバスを解放した後、少なくとも 60 μs の間、バスを低く保持します。

2 進数「1」を送信するには、バス マスターは非常に短い ( 1～15 μs ) 低パルスを送信します。2 進数「0」を送信するには、マスターは 60 μs の低パルスを送信します。パルスの立ち下がり (負) エッジは、スレーブ デバイスのモノステーブル マルチバイブレーターを起動するために使用されます。スレーブのマルチバイブレーターは、立ち下がりエッジから約 30 μs 後にデータ ラインを読み取ります。スレーブの内部タイマーは、安価なアナログ タイマーです。このタイマーには、タイミングの精度に影響するアナログ許容値があります。したがって、パルスはマージン内に収まるように計算されます。したがって、「0」パルスは 60 μs の長さにする必要があり、「1」パルスは 15 μs より長くすることはできません。

データを受信する際、マスターは各ビットを開始するために1～15 μs の 0 ボルトパルスを送信します。送信スレーブ ユニットが「1」を送信する場合、何も実行されず、バスはプルアップ電圧になります。送信スレーブが「0」を送信する場合、データ ラインを60 μs間グランドに引き下げます。

基本的なシーケンスは、リセット パルスの後に 8 ビットのコマンドが続き、その後 8 ビットのグループでデータが送受信されます。

データのシーケンスが転送されているときに、8 ビットのCRC (弱いデータ保護) を使用してエラーを検出できます。

多くのデバイスが同じバスを共有できます。バス上の各デバイスには 64 ビットのシリアル番号があり、そのうち 8 ビットはチェックサムとして使用され、2 ^{56 (7.2 × 10 16}以上) の一意のデバイス ID の「ユニバース」が可能になります。シリアル番号の最下位バイトは、デバイスのタイプを示す 8 ビットの数字です。最上位バイトは、標準 (1-Wire バス用) の 8 ビット CRC です。^[7]

標準のブロードキャスト コマンドと、特定のデバイスのアドレスを指定するために使用されるコマンドがいくつかあります。マスターは選択コマンドを送信し、次に特定のデバイスのアドレスを送信できます。次のコマンドは、アドレス指定されたデバイスによってのみ実行されます。

1-Wire バス列挙プロトコルは、他のシンギュレーションプロトコルと同様に、マスターがバス上のすべてのデバイスのアドレスを読み取るために使用するアルゴリズムです。アドレスにはデバイス タイプと CRC が含まれているため、アドレスのリストを復元すると、バス上のデバイスの信頼性の高いインベントリも作成されます。デバイスを見つけるために、マスターは列挙コマンドをブロードキャストし、次にアドレスをブロードキャストして、アドレスの各ビットの後に「リッスン」します。スレーブのアドレスが、これまでに送信されたすべてのアドレス ビットと一致する場合、0 を返します。マスターはこの単純な動作を使用して、有効なアドレス ビットのシーケンスを体系的に検索します。このプロセスは、すべての可能な 56 ビット番号のブルート フォース検索よりもはるかに高速です。無効なビットが検出されると、それ以降のすべてのアドレス ビットが無効であるとわかるためです。56 ビットのアドレス空間はバイナリ ツリーとして検索され、1 秒あたり最大 75 個のデバイスを見つけることができます。この列挙プロトコルによってデバイス アドレスが検出される順序は決定論的であり、デバイス タイプとシリアル番号のみに依存します。これらの56ビットをビット反転すると、マキシムの公開アルゴリズム（アプリケーションノート187 ^[8]で定義されているアルゴリズム）を使用したデバイスの検出順序が得られます。検索アルゴリズムは、最初にアドレスビットが0ではなく1であるパスを検索するという別の形式で実装することもできます。この場合、56アドレスビットを反転してから反転すると、検出順序が得られます。

バス上のデバイスの位置は、時には重要です。このような状況では、マイクロコントローラは複数のピンを使用したり、メーカーがバスをオフにしたりオンにしたりできる1-Wireデバイスを用意したりします。そのため、ソフトウェアは連続したバスドメインを探索することができます。^[7]

以下の信号は、DS2432 ( EEPROM ) チップとの通信のマスターであるFPGAによって生成され、ロジック アナライザで測定されました。1-Wire 出力のロジック ハイは、FPGA の出力がトライ ステート モードであり、1-Wire デバイスがバスをローにプルできることを意味します。ローは、FPGA がバスをプルダウンすることを意味します。1-Wire 入力は、測定されたバス信号です。入力サンプル時間がハイの場合、FPGA は入力をサンプリングして、デバイスの応答を検出し、ビットを受信します。

1-Wire バスの開発やトラブルシューティングを行う場合、ハードウェア信号の検査が非常に重要になります。ロジック アナライザとバス アナライザは、信号を収集、分析、デコード、保存して、高速波形の表示を簡素化するツールです。

• SDI-12、単一データ線通信方式
• 単線伝送線路、接地帰線経路なしで「1本の線」のみで電力を伝送する技術
• タッチメモリ

• 1-Wireデバイス
• UART を使用した 1-Wire デバイスへのアクセス、読み取り、書き込み
• UART を使用して 1-Wire バス マスターを実装する
• iButton、iButtonLink
• 信頼性の高い長距離 1-Wire ネットワークのガイドライン
• 組み込みアプリケーションに適した 1-Wire マスターの選択
• OWFS — Linux 用 1-Wire ファイルシステム
• プログラマーとエンジニア向けの 1-Wire の操作ガイド
• OWFS を使用して Linux で 1-Wire センサーを動作させる
• 1-wire Arduino チュートリアル
• 「無料の Delphi」であるLazarus を使用して 1-Wire/MicroLan 用のソフトウェアを作成するためのガイド。