一种单总线接口时序分析仪的研制

　　1　引言

　　单总线是一种新型的、一线式总线接口技术,使用一根线就可以完成传统接口需要许多接线才能完成的诸如控制、数据、地址等总线数据的通讯;具有接 口简单、硬件开销少、便于扩展和维护等优点。因其所具有的优点,许多厂家纷纷推出了一线接口的器件,如美国达拉斯(DALLAS)半导体公司应用于测控领 域的DS2401硅序列芯片、DS18B20温度传感器[1, 2]、DS2406可寻址开关[3]、应用于微型因特网接口TINI(TinyInternet Interfaces)的DS80C400[4, 5]等,并获得了广泛应用。

　　通常,单总线协议采用主从方式进行通信,由主控器件发起控制,控制信号和读写信号通过高低电平的时间宽度来区分,因此,单总线协议对时序控制有 严格的要求[5, 6]。例如:从机要发送数据时,主机将单总线从高电平拉至低电平在1us以上,然后主机释放该总线,此时主机产生读时间段,从器件在读时间段下降沿到来之 后的15us内发送一位数据信息,主机在此时间内读取数据[1]。在检测和维修此类单总线接口的电子仪器系统,传统采用示波器、逻辑分析仪等工具只能观察 单总线上的波形,无法确定波形是来自主控设备还是从设备,更无法准确获得在单总线上通信传输的数据。因此,研制一种嵌入式单总线时序分析系统,能将总线上 传输的信号独立分离出发送端和接受端、完成信号时间周期采集,并通过串口输出整个通信过程中主从双方的输出信号交替过程及信号周期,从而实现对单总线时序 进行分析调试的功能,无疑具有现实意义。

　　2　单总线信号分离电路

　　信号分离电路既能够将总线上来自不同器件的信号区分出发送端和接受端,又不能破坏原有正常的总线时序,影响器件之间的通信。

　　2·1　电路原理分析

　　图1所示电路为单总线信号分离电路的原理图,图中A、B分别连接单总线的两端,C、D分别为A、B点信号的提取输出端,Q1、Q2为NPN三极 管,R1、R2、R3、R4为上拉电阻。通过该电路,将A、B的输入信号分别从C、D输出,供后续检测电路检测。单总线属于单工通信方式,即在同一时刻, 只有一端处于发送状态。现假设信号从A点输入,则B点处于接收状态。电路分析如下:

　　i·当A点为高电平时,Vb1由R2上拉至高电平,此时:

　　所以Q2处于截止状态,D仍为高电平。通过上述分析,可得到以下结论: B点、C点的变化和A点变化相同,A点和D点的变化无关。同理,反之当信号从B点输入,A点为输出时,可得出相同的结论:A点、D点的变化和B点变化相同,C点和B点的变化无关。

　　综上所述,图1所示单总线信号分离电路可将单总线上A点输入的信号从B、C两点输出, B点输入的信号可从A、D点输出,即可保持A、B两端原有的通信。后续电路通过对C、D两点输出的信号进行检测,可以得知单总线上A、B两端的通信过程。