帶VCC輸入引腳的硅序列碼芯片DS2411及其應(yīng)用

摘要：DS2411是Dallas Semiconductor公司推出的一種典型的一線式低成本電子識別碼芯片。該器件帶有外部電源輸入引腳，可直接連接到微處理器的一個(gè)信號端口來進(jìn)行高于15.4kbps速率的數(shù)據(jù)通信。文中介紹了DS2411的主要特點(diǎn)和引腳排列，重點(diǎn)給出了DS2411的應(yīng)用設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵詞：一線器件;序列碼;電子識別;DS2411 1 主要特點(diǎn) DS2411硅序列碼器件是MAXIM屬下的Dallas Semiconductor公司推出的一種可使用外部電源的低成本電子識別碼芯片。它能用最少的電子接口提供絕對唯一的電子身份標(biāo)識(例如某種微控制器的一個(gè)信號端口引腳)。DS2411的注冊碼已經(jīng)在工廠光刻進(jìn)了64 Bit ROM，其中包括一個(gè)唯一的48 Bit序列號、一個(gè)8 Bit循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC和一個(gè)8 Bit家族碼。數(shù)據(jù)可以通過Dallas Semiconductor公司的一線協(xié)議來進(jìn)行連續(xù)傳輸。 在典型的一線設(shè)備中，要對器件的工作電壓范圍進(jìn)行擴(kuò)展，一般必須采用外部電源。而DS2411正是這樣一種帶有電源輸出引腳的硅序列碼芯片。該器件的主要特點(diǎn)如下： ● 唯一的、經(jīng)過工廠激光刻制和檢測的64 Bit注冊碼芯片(8 Bit家族碼加48 Bit序列碼加8 Bit CRC校驗(yàn)碼);保證無重碼;

● 待機(jī)電流1μA; ● 內(nèi)置多點(diǎn)控制器，可在一個(gè)一線網(wǎng)絡(luò)中使用多個(gè)DS2411; ● 可與其它一線產(chǎn)品多點(diǎn)兼容; ● 一線主機(jī)可通過8 Bit家族碼來識別連接到總線上的DS2411器件; ● 可直接連接到微處理器的一個(gè)信號端口，并以高于15.4kbps的速率進(jìn)行通信 ● 在高速(Override)模式時(shí)通信速率可提升到125kbps ● 工作范圍：1.5V～5.25V;-40℃～+85℃。 2 引腳功能和主要參數(shù) DS2411采用TSOC、SOT23-3和Flip-Chip表面貼等封裝形式。圖1是其采用6腳TSOC封裝的引腳排列圖。 DS2411芯片的I/O和VCC端口到地之間的電壓范圍為-0.5V～+6V，I/O和VCC的電流最大值均為%26;#177;20mA。芯片的工作溫度范圍為-40%26;#176;C～+85%26;#176;C，最高結(jié)溫為150%26;#176;C。 3 DS2411的應(yīng)用設(shè)計(jì) DS2411的注冊碼可通過單數(shù)據(jù)線進(jìn)行訪問。利用Dallas的一線協(xié)議可以獲得這48 Bit序列碼、8 Bit家族碼和8 Bit CRC碼。1-Wire協(xié)議根據(jù)特定時(shí)隙中總線的狀態(tài)來工作，這些特定時(shí)隙始于總線主機(jī)發(fā)出的同步脈沖的下降沿。所有數(shù)據(jù)的讀寫均從最低位開始。從電源VCC上電到一線通信開始大約需要1200μs的延時(shí)，設(shè)備可以利用這段延時(shí)來發(fā)送檢測脈沖。

一線總線一般有一個(gè)單總線主機(jī)以及一個(gè)或多個(gè)從器件組成。DS2411在任何情況下都是從器件。通常總線主機(jī)件既可選用一個(gè)微控制器，也可選用Dallas Semiconductor公司的專用芯片(如DS2480、 DS2490或DS1481等)。一個(gè)一線總線系統(tǒng)一般需要考慮硬件配置、傳輸順序和一線信令(包括信號類型和信號時(shí)序)等。 　　一線總線只有一根I/O數(shù)據(jù)線?？偩€上的每一個(gè)設(shè)備均會在需要的時(shí)間來驅(qū)動 I/O。正是由于這一點(diǎn)，接到1-Wire總線上的每個(gè)從器件的輸出必須為漏極開路或三態(tài)輸出。使用時(shí)，如果總線主機(jī)沒有雙向引腳，可把兩個(gè)單獨(dú)的輸出和輸入引腳連在一起來使用。同時(shí)在總線的主機(jī)端通常需要在總線上接一個(gè)上拉電阻，其連接方法如圖2所示。一個(gè)多節(jié)點(diǎn)總線一般由一個(gè)一線總線和多個(gè)附屬從器件組成。一線總線的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到15.4kbps，高速網(wǎng)絡(luò)中則可達(dá)到125kbps。 一線總線的空閑狀態(tài)為高電平。如果因?yàn)槟撤N原因需要使傳輸暫時(shí)停止，并在其后使傳輸再次恢復(fù)，那么I/O應(yīng)保持高電平。而如果總線電平被拉低，那么總線上的從器件會根據(jù)低電平的持續(xù)時(shí)間不同來把低電平當(dāng)作一個(gè)時(shí)隙，或當(dāng)作一個(gè)復(fù)位脈沖。 (1) 傳輸順序 通過一線總線訪問DS2411時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)行初始化，然后確定ROM功能命令，之后才能讀數(shù)據(jù)。 一線總線上的所有傳輸操作均以初始化序列開始。初始化序列由總線主機(jī)發(fā)送的復(fù)位脈沖和隨后從器件發(fā)送的一個(gè)在線應(yīng)答脈沖組成。從器件發(fā)出的在線應(yīng)答脈沖的作用主要是使總線主機(jī)能夠知道DS2411已在總線上并已經(jīng)作好操作準(zhǔn)備。一旦總線主機(jī)檢測到從器件的在線應(yīng)答脈沖，它將發(fā)出一個(gè)讀ROM、查詢ROM或者過驅(qū)動跳躍ROM功能命令。所有功能命令碼的長度均為1 byte。 圖3 (2) 工作時(shí)序 DS2411需要遵循嚴(yán)格的協(xié)議，這樣才能保證數(shù)據(jù)的完整。該協(xié)議中包含了四種類型的1-wire信號：由復(fù)位脈沖和應(yīng)答脈沖組成的復(fù)位序列、寫0、寫1和讀數(shù)據(jù)信號。除了應(yīng)答脈沖之外，所有其它信號都由總線主機(jī)發(fā)出。DS2411可以采用兩種速率進(jìn)行通信：標(biāo)準(zhǔn)速率和高速模式。如果沒有明確采用高速模式，DS2411將按照標(biāo)準(zhǔn)速率進(jìn)行通信。 要把系統(tǒng)從空閑狀態(tài)激活，1-wire總線上的線電壓應(yīng)當(dāng)從VPUP降至閥值電壓VTL以下。而要使系統(tǒng)從激活狀態(tài)轉(zhuǎn)換到空閑狀態(tài)，其1-wire總線上的線電壓則應(yīng)從VILMAX 升至閥值電壓VTH以上。系統(tǒng)邏輯電平的確定與DS2411的VILMAX電壓有關(guān)，但該電壓并不觸發(fā)任何事件。 圖3給出了啟動一次通信所需要的初始化時(shí)序。復(fù)位脈沖之后的應(yīng)答脈沖表示DS2411已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，可以發(fā)送正確的ROM碼和存儲功能命令。在由多種從器件組成的多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，復(fù)位脈沖為低的時(shí)間tRSTL應(yīng)足夠長，以保證最慢的1-wire從器件能夠確認(rèn)復(fù)位脈沖。如果總線主機(jī)在下降沿采用slew-rate控制方式，那么它必須將總線電壓下拉并持續(xù)tRSTL+tF，以對該下降沿進(jìn)行補(bǔ)償。如果tRSTL的持續(xù)時(shí)間為480μs或更長，器件將從高速模式恢復(fù)為標(biāo)準(zhǔn)速率。如果DS2411處于高速模式且tRSTL小于80μs，那么器件將繼續(xù)保持高速模式。 總線主機(jī)釋放數(shù)據(jù)線并進(jìn)入接收模式(RX)后, 1-wire總線將由上拉電阻拉至VPUP，采用DS2480B時(shí)電平的上拉是由其有源電路來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)總線電壓超過閥值VTH以后，DS2411會在等待tPDH之后，通過將總線拉低tPDL來發(fā)出一個(gè)應(yīng)答脈沖。為檢測應(yīng)答脈沖，主機(jī)應(yīng)在tMSP時(shí)刻對1-wire總線的邏輯狀態(tài)進(jìn)行檢測。 tRSTH 的持續(xù)時(shí)間至少應(yīng)該是tPDHMAX、 tPDLMAX和tRECMIN之和。一過tRSTH，DS2411馬上就做好了接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。在多種從器件組成的多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，標(biāo)準(zhǔn)速率下tRSTH的持續(xù)時(shí)間至少應(yīng)為480μs，高速模式下，tRSTH的持續(xù)時(shí)間至少應(yīng)為48μs才能適應(yīng)其它1-wire器件 。 與DS2411的數(shù)據(jù)通信是通過一個(gè)個(gè)時(shí)隙完成的，每個(gè)時(shí)隙只能傳送一位數(shù)據(jù)。圖4所示是其讀寫時(shí)隙圖。通過寫時(shí)隙可把數(shù)據(jù)從主機(jī)傳送給從機(jī)，通過讀時(shí)隙可把數(shù)據(jù)由從器件傳送給主機(jī)。所有通信均以主機(jī)拉低數(shù)據(jù)線開始。當(dāng)1-wire數(shù)據(jù)線上的電壓降到閥值VTL以下時(shí)，DS2411將啟動它內(nèi)部的定時(shí)信號發(fā)生器，以決定在寫時(shí)隙期間何時(shí)對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，同時(shí)確定讀時(shí)隙期間數(shù)據(jù)保持有效所持續(xù)的時(shí)間。 圖4 (3) 主機(jī)到從機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸 對于寫1時(shí)隙來說，當(dāng)寫1為低的時(shí)間tW1LMAX結(jié)束以后，數(shù)據(jù)線上的電壓必須超過閥值VTHMAX;對于寫0時(shí)隙來說，當(dāng)寫0為低的時(shí)間tW0LMIN結(jié)束以前，數(shù)據(jù)線上的電壓則必須保持在閥值VTHMIN以下;為了最大限度地保證通信的可靠性，數(shù)據(jù)線上的電壓在整個(gè)tW0L持續(xù)時(shí)間內(nèi)不能超過 VILMAX。當(dāng)數(shù)據(jù)線上電壓超過閥值VTHMAX后，DS2411需要一個(gè)恢復(fù)時(shí)間tREC以便準(zhǔn)備下一個(gè)時(shí)隙。 (4) 從機(jī)到主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸 讀數(shù)據(jù)時(shí)隙的起始部分與寫1時(shí)隙類似。在讀信號為低的時(shí)間tRL結(jié)束以前，數(shù)據(jù)線上的電壓必須保持在 VTLMIN 電壓以下。在tRL期間，如果應(yīng)答信號為0，DS2411便開始將數(shù)據(jù)線拉低;終止該下拉和使電壓再次升高的時(shí)間可由內(nèi)部定時(shí)信號發(fā)生器來確定。而如果應(yīng)答信號為1，則DS2411就不再需要將數(shù)據(jù)線拉低，總線電壓會在tRL結(jié)束后立即開始上升。 主機(jī)在數(shù)據(jù)線上執(zhí)行一次讀數(shù)采樣所需的時(shí)間(tMSRMAX到tMSRMIN)一方面可由時(shí)序中的tRL+(上升時(shí)間)決定，另一方面可由DS2411內(nèi)部的定時(shí)信號發(fā)生器決定。為了最大限度地保證通信的可靠性，tRL的持續(xù)時(shí)間在允許的范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)盡可能的短一些，同時(shí)主機(jī)的讀取時(shí)間也應(yīng)盡量靠近tMSRMAX但不能遲于tMSRMA。在從數(shù)據(jù)線上讀數(shù)之后，主機(jī)還應(yīng)當(dāng)?shù)鹊絫SLOT結(jié)束后才開始下一個(gè)動作，以保證DS2411有足夠的恢復(fù)時(shí)間tREC來準(zhǔn)備下一個(gè)時(shí)隙。