BMP561 HSC（High Single-Wire Communication）协议拆解：单线通信的秘密！

只看该作者 · 2025-7-24 16:00

本帖最后由 DKENNY 于 2025-7-24 16:17 编辑

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前言
   大家好！最近在研究Geehy的 BMP561 电池电量计芯片时，碰到了一个叫 HSC（高速单线通信）的协议，觉得挺有意思！这玩意儿只用一根线就能让芯片和主控设备“聊”电池数据，省空间又高效，今天和各位简单聊一下这玩意儿。

一、HSC 协议的定义：简单说是个啥？
   HSC（High Single-Wire Communication，高速单线通信）是一种用来让芯片跟主控设备“聊天”的通信方式。它的核心特点是：
      - 只用一根线：不像 I2C 需要两根线（数据 + 时钟）或 UART 需要两根线（发送 + 接收），HSC 只用一根数据线（加上地线），省空间，适合小设备。
      - 双向通信：既能让主设备给芯片发命令（比如“测电池电压”），也能让芯片回传数据（比如“电压是 3.7V”）。
      - 开漏结构：HSC 引脚需要接一个上拉电阻（通常几千欧姆），让线路默认保持高电平（比如 3.3V），芯片只在需要时拉低电平，省电又简单。
      - 数据格式：先发 8 位地址（7 位设备地址 + 1 位读/写标志），再发 8 位或 16 位数据（HSC8 或 HSC16 模式）。
   通俗来讲，HSC 就像用一根电话线跟朋友聊天，聊的内容有固定格式：先说“找谁”（地址），再说“干啥”（读或写），最后传具体内容（数据）。整个过程高效、省线、省电，特别适合电池管理这种需要实时监控的场景。

二、HSC 协议为啥存在？有啥用？
   HSC 协议是为像 BMP561 这样的电池电量计芯片量身定做的，目标是：
      - 省空间：只用一根线，电路板设计更简单，适合手机、手表、耳机这种空间紧凑的设备。
      - 省电：BMP561 本身超低功耗（睡眠模式 8μA），HSC 协议也得省电，减少通信时的电流消耗。
      - 高效：名字叫“高速”，说明数据传得快，适合实时读取电池电压、电流、剩余容量等。
      - 可靠：支持错误检测和中断，确保数据不传错，通信完成后还能通知主设备。

   应用场景：
      - 手机或手表里，HSC 让 BMP561 每秒把电池状态（比如 80% 电量）传给主控芯片，更新屏幕显示。
      - 设置 BMP561 的工作模式（比如“每秒测一次电压”）。
      - 支持多电池管理（7 位地址允许多个设备挂在同一根线上）。
      - 安全认证（BMP561 支持 SHA-256，HSC 可能传认证数据）。

三、HSC 协议怎么工作？（快递员送信版）
   为了让第一次接触这玩意儿的兄弟更好理解，这里把 HSC 协议的通信过程通俗比喻成“快递员送信”。BMP561 是“数据工厂”，主控芯片（MCU）是“收件人”，HSC 协议是快递员的送货规则。

1. 硬件基础：开漏 + 上拉电阻
   - 开漏结构：HSC 引脚是“开漏”（Open-Drain），意思是芯片不会主动把线路拉高（比如 3.3V），只能拉低（0V）。高电平靠外部的上拉电阻（接电源）维持。
      - 比喻：像水管没水泵，靠外部“弹簧”（上拉电阻）把水位拉高。
      - 为啥这样？省电！芯片只在需要时拉低电平，平时让电阻维持高电平。
   - 单线：只有一根 HSC 引脚负责收发数据（加上地线，电源线可能也需要，具体看电路）。
   - 空闲状态：没通信时，HSC 引脚被上拉电阻拉到高电平（比如 3.3V）。

2. 数据怎么传？（时序和格式）
   HSC 的数据传输靠高低电平的时间长短来表示 0 和 1（具体时间由协议定义，比如短脉冲是 0，长脉冲是 1）。数据包分两部分：
   1. 地址帧（8 位）：
      - 前 7 位：设备地址（比如 BMP561 的地址`1011001`，区分多个设备）。
      - 第 8 位：读/写标志（0 = 写，1 = 读）。
      - 比喻：像信封上的收件人地址和“寄/取”标签。
  2. 数据帧（8 位或 16 位）：
      - 写操作：主设备发 8 位或 16 位数据给 BMP561（比如“测电压”命令）。
      - 读操作：BMP561 回传 8 位或 16 位数据（比如电压值 3.7V）。
      - 比喻：像信里的具体内容。

3. 通信流程：一步步拆解
   假设 MCU 想从 BMP561 读电池电压，HSC 协议的步骤是：
   1. 启动通信（快递员敲门）：
      - MCU 拉低 HSC 引脚一段时间（比如 tHW1，协议定义的启动检测时间），告诉 BMP561：“我要开始通信了！”
      - 然后发 8 位地址帧，比如`1011001 | 1`（地址`1011001`，读标志 1），表示“我要读你的电压寄存器”。
   2. BMP561 响应（工厂准备包裹）：
      - BMP561 检测到启动信号和地址帧，确认是找自己（地址匹配）且是读命令。
      -它从内部寄存器（比如电压寄存器）取出数据（比如 3.7V，换算成二进制可能是`00001110`）。
   3. 数据传输（快递员送包裹）：
      - BMP561 通过 HSC 引脚把数据发回 MCU（8 位或 16 位，取决于 HSC8 或 HSC16 模式）。
      - 数据是一位位（bit）发的，0 和 1 用高低电平时间表示（比如短时间低电平 = 0，长时间低电平 = 1）。
      - 比喻：快递员按顺序把包裹里的东西一件件递给你。
   4. 错误检查和中断（签收包裹）：
      - HSC 支持错误帧检测（比如校验和或 CRC），确保数据没传错。
      - 传输完，BMP561 可能触发中断信号（比如拉低 HSC 引脚），通知 MCU：“数据送完了！”
      - MCU 收到数据，检查无误后处理（比如显示“3.7V”）。
   5.结束或重置（快递员回家或换新任务）：
      - 通信结束，HSC 引脚被上拉电阻拉回高电平，进入空闲状态。
      - 如果通信出错或想重新开始，MCU 可以发送Break 信号（拉低 HSC 引脚超过 190us，即tB时间），重置通信。
      - 重置后，等 40us（恢复时间），就能开始下一次通信。

4. Break 信号：重启通信的“杀手锏”
   - 如果通信卡住了（比如 BMP561 没回应），MCU 可以拉低 HSC 引脚超过 190us（tB），强制重置。
   - 比喻：像按下电脑的重启键，强迫所有人重新开始。
   - 40us 后（恢复时间），可以发起新通信。

四、HSC 协议的时序图
我这里画一个简化的 HSC 时序图，展示读操作的信号变化。假设高电平是 3.3V，低电平是 0V，0 和 1 用不同时间长度表示（具体可见手册）。

   说明：
      - 空闲：HSC 引脚被上拉电阻拉到高电平（3.3V）。
      - Start：MCU 拉低引脚 tHW1 时间，启动通信。
      - Address+R/W：发送 8 位（7 位地址 + 1 位读/写，1=读）。
      - Data：BMP561 回传 8 位电压数据（比如 00001110）。
      - ACK：BMP561 拉低引脚，表示传输完成（中断）。
      - Break（未画出）：如果出错，拉低 >190us (tB) 重置。
   注：具体时间（tHW1、tB等）还是得看 BMP561 数据手册，可能以微秒为单位。

五、HSC 协议的优点和局限性

优点

优点	描述
超省线	只用一根线（HSC 引脚），电路设计简单，特别适合空间紧凑的设备，比如 TWS 耳机。
高速	名字叫“高速”，可能比传统单线协议（如 1-Wire，速度几十 kbps）快，可能达到几百 kbps。
省电	开漏结构结合 BMP561 超低功耗（深睡模式 8μA），非常适合电池供电的设备。
可靠	支持错误帧检测（防止数据传错）和中断（通知传输完成），通信稳定可靠。
灵活	支持 8 位或 16 位数据传输，适应不同场景；7 位地址支持多个设备挂在同一根线上。

局限性

局限性	描述
非标准协议	HSC 可能是 Geehy 专有协议，公开资料少，需要查官方数据手册或联系技术支持。
单线限制	单线通信速度可能不如多线协议（像 SPI），长距离传输可能会有信号衰减。
需要上拉电阻	电路需要额外加一个上拉电阻，略增加成本（不过电阻很便宜）。
调试复杂	新手可能需要示波器或逻辑分析仪看信号，调试得依赖数据手册。

六、HSC 协议 vs. 其他协议（I2C 和 UART）
   这里对比一下 BMP561 支持的 I2C 和 UART，让你更清楚 HSC 的定位：

   1. I2C（Inter-Integrated Circuit）
      - 硬件：两线（SDA 数据 + SCL 时钟），也需要上拉电阻。
      - 速度：BMP561 支持 100/400kHz。
      - 特点：支持多设备（地址机制），适合短距离。
      - 和 HSC 对比：
         - I2C 用两根线，HSC 只要一根，更省引脚。
         - HSC 可能更简单（无时钟线），但速度可能不如 I2C 的 400kHz（具体看实现）。
         - I2C 是标准协议，资料多；HSC 资料少。
   2. UART（通用异步收发器）
      - 硬件：两线（TX 发送 + RX 接收），无需上拉电阻。
      - 速度：可调波特率（几千到几百万 bps）。
      - 特点：点对点，适合长距离，需约定波特率。
      - 和 HSC 对比：
         - UART 两根线，HSC 一根，HSC 更省空间。
         - UART 没地址机制，HSC 有 7 位地址，支持多设备。
         - HSC 可能为电池管理优化，UART 更通用。
   3. HSC 的独特之处：
      - 单线设计，超省空间。
      - 针对电池管理优化（比如 BMP561 的电压、电流传输）。
      - Break 信号和中断机制，通信更灵活可靠。

七、HSC 协议的实际应用
   HSC 协议在 BMP561 的电池管理场景中大显身手：
      - 实时监控：手机、手表用 HSC 读 BMP561 的电池电压（3.7V）、电流（100mA）、剩余容量（80%）。
      - 配置芯片：通过 HSC 设置 BMP561 的测量频率或模式（比如“省电模式”）。
      - 多电池管理：7 位地址支持多颗 BMP561 挂在同一根线上，适合并联电池。
      - 安全认证：传输 SHA-256 认证数据，确保电池通信安全。

八、新手怎么上手 HSC 协议？
   1. 查数据手册：去Geehy官网下载 BMP561 数据手册，里面有 HSC 的详细时序、速率、引脚定义。
   2. 用评估板：Geehy的 BMP561EVM 评估板支持 HSC 接口，买一块接上电池和 MCU 实验。
   3. 学类似协议：HSC 和 I2C 有点像，先学 I2C（网上教程多，比如 Arduino I2C 库），HSC 应该差不多。
    4. 调试工具：用示波器或逻辑分析仪看 HSC 引脚的波形，确认高低电平时间（tHW1、tB等）。
   5. 问技术支持：Geehy有社区或技术支持，资料少时可以直接问。

九、总结：HSC 协议的核心要点
   - 是什么：HSC 是一种单线、双向、开漏的通信协议，用于 BMP561 和主控芯片交换电池数据。
   - 怎么工作：通过高低电平时间传数据，先发 8 位地址（7 位地址 + 读/写），再传 8/16 位数据，支持 Break 重置和中断。
   - 优点：省线、省电、高速、可靠，适合电池管理。
   - 局限：非标准协议，资料少，调试需官方支持。
   - 建议：查数据手册，用评估板实验，必要时问Geehy技术支持。

   这玩意儿我也是第一次接触哈，以上仅是我个人学习的一些总结，有啥问题或补充，欢迎讨论交流。
   这里补上BMP561的一些资料，官网上有，也可以直接去官网上获取。

1.

BMP561数据手册 V1.0.pdf (1.86 MB)
2.

BMP561用户手册 V1.0.pdf (2.89 MB)

只看该作者 · 2025-7-29 07:24

感觉挺像是脉宽调制的实现方式。

BMP561 HSC（High Single-Wire Communication）协议拆解：单线通信的秘密！

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