应用笔记 3989

通过单个触点增加控制、存储器、安全和混合信号功能


摘要 : 本应用笔记概括了1-Wire®接口的应用,讨论了电源的传输以及数据位的通信方式、器件选择,每个芯片内部集成了不可更改的唯一ID。顾名思义,1-Wire单总线接口为需要减少连线的系统提供了一个无与伦比的解决方案。

概述

Maxim的1-Wire总线采用非常简单的信令协议,通过一条公共数据线实现主机/主控制器与一个或多个从机之间的半双工、双向通信(图1)。从器件的供电和数据通信都是借助这条1-Wire线完成的。供电通过以下方式实现:在数据传输过程中,总线状态为高时为从机的内部电容充电,总线状态为低时利用电容存储的电荷为器件供电。典型的1-Wire主机包括一个开漏极I/O端口,并通过电阻上拉至3V至5V电源。Maxim还可提供更加完善的主机,这种主机带有线驱动器。采用这种智能通信技术,可随时方便、高效地增加存储器、认证和混合信号功能。

图1. 在1-Wire主机/从机配置中,所有设备共享一条公共数据线。
图1. 在1-Wire主机/从机配置中,所有设备共享一条公共数据线。

64位序列号

所有1-Wire系统都有一个重要的基本特性:每个从机都有一个唯一、不能更改(ROM)的64位、工厂激光刻制序列号(ID),这个序列号永远不会与另一个器件重复。除了为终端产品提供唯一的电子ID外,64位ID码还允许主机从挂接在同一条总线上的许多从机设备中选择一个。64位ID码的一部分是8位家族码,用于识别器件类型及支持的功能。

数据位通信

总线主机启动和控制所有1-Wire通信。如图2所示,1-Wire通信波形与脉宽调制类似,因为在数据位传输期间(或时隙)是通过宽脉冲(逻辑0)和窄脉冲(逻辑1)发送数据的。当总线主机发出一个预定宽度的“复位”脉冲时,启动通信过程,并通过该脉冲同步整个总线系统。所有从机都会以一个逻辑低“应答”脉冲来响应复位脉冲。写数据时,主机首先拉低1-Wire总线以启动一个时隙,然后保持总线为低(宽脉冲)来发送逻辑0,或释放总线(窄脉冲)使总线返回逻辑1状态。读数据时,主机以窄脉冲方式拉低总线,重新启动一个时隙。然后从机可以通过导通开漏极输出并保持线路为低来延长该脉冲,从而返回逻辑0;或保持开漏极的关闭状态以允许总线恢复,从而返回逻辑1。大多数1-Wire器件都支持两种数据速率:15kbps标准速率和111kbps高速速率。该协议为自同步,并可接受数据位之间的较长延迟,从而确保了中断软件环境下的正常工作。

图2. 该波形示例展示了由主机启动的写/读数据位、以及从机和主机的采样点。
图2. 该波形示例展示了由主机启动的写/读数据位、以及从机和主机的采样点。

器件选择

1-Wire通信的第一步操作是选择从机以进行后续通信。在只有一个从机的系统中,从机选择过程极为简单。而在多从机系统中,要么选择所有从机,要么通过64位ID码选择特定的从机。二元搜索算法(在1-Wire数据资料中称为ROM级命令) “学习”并随后选择总线上所有从器件的相应64位ID。选择了特定的从机后,主机发出与该器件相关的命令,并向从机发送数据,或读取从机数据。与此同时,其它所有从机均忽略该通信过程,直到主机发出下一个复位脉冲。

结语

可以在1-Wire通信系统中增加存储器、数字、模拟和混合信号功能。功能丰富的各种器件完全可以解决空间局促的互连限制,并/或通过独特的器件特性实现增值功能。1-Wire产品提供标准IC封装,以及Maxim专有的坚固的不锈钢iButton®封装。请访问1-Wire网页,了解产品、封装和软件支持的详细信息。关于1-Wire器件更正式的介绍,请参见应用笔记1796:"Overview of 1-Wire Technology and Its Use"。Maxim的1-Wire产品在医学领域有超过15年的应用历史。应用笔记4702:"Easily Add Memory, Security, Monitoring, and Control to Medical Sensors and Consumables"提供了详细并实用的例子。