Приборный интерфейс 1-W

February 7, 2011 by admin Комментировать »

Разработанный фирмой Dallas Semiconductor интерфейс 1-W (1-Wire) по основным свойствам и алгоритмам обмена данными во многом подобен интерфейсу I2C. Особенности и ограничения интерфейса 1-W связаны с передачей всех необходимых сигналов по единственной сигнальной шине (рис. 2.33). Интерфейс – одномастерный, с единственным управляющим узлом 1W-Master, и количеством ведомых узлов 1W-Slave, ограничиваемым нагрузочной способностью приемопередатчиков и паразитными параметрами сигнальной цепи. Интерфейс также называют сетью MicroLAN.

Рис. 2.33. Интерфейс 1-W.

Интерфейс 1-W предусматривает передачу данных с двумя скоростями: стандартной скоростью – 15,3 кбит/с и повышенной скоростью – 100 кбит/с. Скорость задается при начальной настройке интерфейса. Так как протокол обмена требует передачи и тактовых, и информационных сигналов по единственной сигнальной шине, временные соотношения между сигналами должны жестко выдерживаться и строго соответствовать скорости передачи данных. Начало битового временного интервала определяется по падающему фронту сигнала на шине, формируемого узлом 1W-Master. Все остальные изменения сигналов и их прием в этом битовом интервале должны выполняться только в определяемые протоколом интервалы времени. Эти интервалы времени различны для разных скоростей передачи.

При отключенных внутренних источниках питания приемо-передатчики узлов 1W-Slave могут работать, потребляя необходимый небольшой ток от сигнальной шины. Каждый узел имеет уникальный 64 битовый адрес (ID). Этот адрес формируется при изготовлении устройства, в протоколе интерфейса 1-W называется ROM-номером и имеет следующую структуру: 8 бит – код производителя, 48 бит – серийный номер устройства, 8 бит – контрольное поле адреса по алгоритму CRC с образующим полиномом (X8+ X5 + X4+ 1).

Отдельный цикл передачи данных в протоколе 1W называется транзакцией и состоит из следующих этапов: передача инициализационной последовательности (начало транзакции), передача ROM команды (адресация транзакции), передача команды (управление транзакцией), передача данных (транзакция). Транзакция всегда выполняется под управлением узла 1W-Master, он задает начало транзакции инициализационной последовательностью и формирует сигналы для выделения каждого битового интервала независимо от этапа транзакции и направления передачи данных. Как указывалось ранее, узлы 1W-Slave имеют право влиять на состояния сигнальной шины только в строго определенные интервалы времени.

Инициализационная последовательность (рис. 2.34) начинается сигналом "Reset" – низкий уровень сигнальной шины непрерывно в течение 8-10 битовых интервалов (tRSTL), формируемый узлом 1W-Master. После возврата сигнальной шины в высокое состояние 1W-Master принимает сигналы присутствия (низкий уровень шины, передаваемый всеми узлами 1W-Slave) в течение интервала tRSTH (рис. 2.34). Хотя бы один узел должен передать сигнал присутствия на шине для продолжения транзакции. После приема сигнала присутствия 1W-Master переходит к формированию 1-го такта передачи ROM команды.

Рис. 2.34. Сигналы инициализационной последовательности

После приема сигнала "Reset" и передачи сигнала присутствия все 1W- Slave переходят в режим приема ROM команды, а адресованный в этой команде узел принимает далее команду управления. ROM команды и команды управления имеют однобайтовый формат, разновидности команд, выполняемых узлами 1W-Slave, зависят от реализуемых ими функций. На последнем этапе транзакции выполняется заданная в команде управления передача данных либо передается подтверждение выполнения другой заданной операции.

Фирма Dallas Semiconductor [www.dallas.com] выпускает набор специализированных компонентов, предназначенных для построения однопроводной сети [www.rtcs.ru]. Базовым элементом является адресуемый ключ DS2405, имеющий в своем составе 1W интерфейс, построенный по КМОП технологии, и управляемый ключ (N – канальный полевой транзистор с открытым стоком). Управление работой адресуемого ключа осуществляется независимо от присутствия в сети других таких же приборов. Применение других компонентов таких, как сдвоенный адресуемый ключ, контроллер двухпортовой памяти, цифровой термометр, часы, счетчики, ветвители сети и т.п., расширяет возможности построения сети в промышленных и бытовых приложениях (см. табл. 2.5).

Таблица 2.5

Тип ИС

Описание

Особенности

Тип корпуса

 

DS1822

Цифровой термометр с

программируемым

разрешением

точность 2.0 °С

TO-92, SOIC-8

 

DS18B20

Цифровой термометр с

программируемым

разрешением

точность 0.5 °С, 24 бит EEPROM

TO-92, SOIC-8

 

DS18S20

Высокоточный цифровой термометр

точность 0.5 °С, 16 бит EEPROM

TO-92, 8- SOIC

 

DS2401

Кремниевый серийный номер

TO-92, SOT- 223, CSP

 

DS2404

Двухпортовое ОЗУ + часы

4096 бит RAM

16- SOIC

 

DS2405

Адресуемый ключ

TO-92, SOT- 223, TSOC

 

DS2406

Сдвоенный адресуемый ключ с памятью

1024 бит EPROM

TO-92, TSOC

 

DS2409

Ветвитель сети

TSOC

 

DS2417

Часы реального времени с прерыванием

TSOC

 

Тип ИС

Описание

Особенности

Тип корпуса

DS2422

1-проводной цифровой термометр

512 байт RAM

SO-24

DS2423

1-Wire RAM with Counters

4096 бит RAM

TSOC

DS2430A

1-Wire EEPROM

256+64 бит EEPROM

TO-92, TSOC

DS2433

1-Wire EEPROM

4096 бит EEPROM

PR-35, SOIC

DS2450

4 канальный АЦП

SOIC

DS2480B

драйвер сети

SOIC

DS2490

преобразователь USB в 1-Wire сеть

SOIC-16

DS2502

EPROM с однократной записью

1024 бит EPROM

TO-92,SOIC- 8, CSP

DS2505

EPROM с однократной записью

16384 бит EPROM

TO-92, TSOC

DS2506

EPROM с однократной записью

65536 бит EPROM

PR-35, SOIC

DS2740

Высоко точный измеритель заряда

Измерение двунаправленного тока с 15 битной точностью

^MAX-8

DS2761

Высокопрецизионный контроллер Li+ батареи

16 байт памяти SRAM общего назначения

TSSOP-16

DS2770

Контроллер заряда и монитор батареи

Измерение температуры с разрешением 0.125°С, 16 байт SRAM общего назначения

TSSOP-16

DS2890

цифровой потенциометр

TSOC-6, TO- 92

DS9502

диод электростатической защиты

TSOC

DS9503

диод электростатической защиты с резистором

 

TSOC

Однопроводная сеть с интерфейсом 1-Wire (рис. 2.35) может эффективно применяться в системах охранной сигнализации, контроля доступа, сбора и обработки данных и т.п., например, iButton.

Обмен данными в iButton производится через интерфейс 1-Wire. Питание устройства iButton получают из сигнального проводника, заряжая внутренний конденсатор в моменты, когда на шине нет обмена данными. Скорость обмена достаточна для передачи данных в момент касания контактного устройства.

Протокол интерфейса 1-Wire обеспечивает возможность работы с множеством устройств iButton, подключенных параллельно к однопроводной шине. Команды интерфейса позволяют запросить адреса (ID) всех iButton, подключенных в данный момент к линии, и затем работать с конкретным устройством, переведя остальные в режим ожидания. Управление линией данных и выдачу команд производит ведущее устройство (1W-Master), в качестве которого может использоваться любой микроконтроллер или персональный компьютер (ПК). Для контроля данных используется вычисление контрольного кода (CRC), а также аппаратный промежуточный буфер в ОЗУ iButton. Данные сначала записываются в этот буфер, затем ведущий проверяет их правильность, и только после этого выдает команду ведомому устройству для их копирования из буфера в основную память.

Для подключения iButton к персональному компьютеру фирмой Dallas Semiconductor выпускаются адаптеры, преобразующие сигналы стандартных портов компьютера (RS-232, LPT и USB) в сигналы 1-Wire. Программные драйверы и комплект разработчика iButton TMEX SDK свободно доступны на сайте фирмы, посвященном iButton [www.ibutton.com].

Рис. 2.35. Сетевая организации MicroLAN

В качестве примера на рис. 2.36 показана структурная организация микросхемы часов реального времени DS2404, а на рис. 2.35 – схема подключения к ведущей микросхеме, например, микроконтроллеру.

Рис. 2.36. Структурная схема DS2404

Компания Dallas Semiconductor начинает выпуск микросхемы DS2408 – 8- канального адресуемого ключа с интерфейсом 1-Wire. Новый двунаправленный расширитель портов работает со стандартным интерфейсом Dallas Semiconductor 1-Wire. Микросхема DS2408 (рис. 2.37) хорошо подходит для применений, в которых требуется большое число портов ввода/вывода на удаленной периферии или системе, в тех случаях, когда управляющее устройство имеет недостаточное число доступных портов. Кроме того, несколько микросхем DS2408 могут работать на одной шине 1-Wire независимо друг от друга.

Рис. 2.37. Функциональная схема ИС DS2408

Микросхема DS2408 – двунаправленный порт с 8 каналами ввода/вывода, управляемый по одной сигнальной линии интерфейса 1-Wire. Выходы 8 каналов выполнены по схеме с открытым коллектором и имеют максимальное сопротивление 100 Ом. В новой микросхеме реализован вывод строба достоверности данных, который может использоваться для защелкивания входных/выходных данных, управлять преобразованием данных во внешней схеме или работать с шиной данных микроконтроллера. Состояние выводов может быть сохранено во внутреннем регистре для фиксирования мгновенных значений. Эта функция полезна для поддержки работы клавиатуры или опроса кнопок (рис. 2.38).

Каждый DS2408 содержит 64-разрядный номер, который записан в ПЗУ лазером на этапе производства микросхемы, что гарантирует уникальность каждого прибора и абсолютную идентификацию в сети. Большое число микросхем DS2408 может быть подключено на одну шину 1-Wire независимо друг от друга. Управление DS2408 выполняется по стандартному интерфейсу 1-Wire, который реализуется минимальными аппаратными средствами управляющего устройства (одним выводом порта ввода/вывода микроконтроллера)

Например, один канал порта ввода/вывода микроконтроллера может управлять тремя DS2408 и обеспечивать доступ к 24 дополнительным каналам ввода/вывода (рис.2.39). Этот канал ввода/вывода микроконтроллера должен аппаратно или программно поддерживать все функции интерфейса 1- Wire. Кроме того, увеличение числа доступных каналов ввода/вывода связано с ограничением скорости передачи данных. Конечно, для очень многих применений время доступа к данным в единицы мс вполне приемлемо.

Рис. 2.38. Схема подключения двухпозиционных устройств KDS2408

00 ЧО

Рис. 2.39. Схема "расширения" параллельных портов микроконтроллера

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты