帶VCC輸入引腳的硅序列碼芯片DS2411及其應用

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信號端口來進行高于15.4kbps速率的數據通信。文中介紹了DS2411的主要特點和引腳排列，重點給出了DS2411的應用設計方法。 關鍵詞：一線器件;序列碼;電子識別;DS2411 1 主要特點 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識(例如某種微控制器的一個信號端口引腳)。DS2411的注冊碼已經在工廠光刻進了64 Bit ROM，其中包括一個唯一的48 Bit序列號、一個8 Bit循環冗余校驗碼CRC和一個8 Bit家族碼。數據可以通過Dallas Semiconductor公司的一線協議來進行連續傳輸。 在典型的一線設備中，要對器件的工作電壓范圍進行擴展，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。該器件的主要特點如下： ● 唯一的、經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校驗碼);保證無重碼;

● 待機電流1μA; ● 內置多點控制器，可在一個一線網絡中使用多個DS2411; ● 可與其它一線產品多點兼容; ● 一線主機可通過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信號端口，并以高于15.4kbps的速率進行通信 ● 在高速(Override)模式時通信速率可提升到125kbps ● 工作范圍：1.5V～5.25V;-40℃～+85℃。 2 引腳功能和主要參數 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，最高結溫為150%26;#176;C。 3 DS2411的應用設計 DS2411的注冊碼可通過單數據線進行訪問。利用Dallas的一線協議可以獲得這48 Bit序列碼、8 Bit家族碼和8 Bit CRC碼。1-Wire協議根據特定時隙中總線的狀態來工作，這些特定時隙始于總線主機發出的同步脈沖的下降沿。所有數據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，設備可以利用這段延時來發送檢測脈沖。

一線總線一般有一個單總線主機以及一個或多個從器件組成。DS2411在任何情況下都是從器件。通常總線主機件既可選用一個微控制器，也可選用Dallas Semiconductor公司的專用芯片(如DS2480、 DS2490或DS1481等)。一個一線總線系統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序)等。 　　一線總線只有一根I/O數據線。總線上的每一個設備均會在需要的時間來驅動 I/O。正是由于這一點，接到1-Wire總線上的每個從器件的輸出必須為漏極開路或三態輸出。使用時，如果總線主機沒有雙向引腳，可把兩個單獨的輸出和輸入引腳連在一起來使用。同時在總線的主機端通常需要在總線上接一個上拉電阻，其連接方法如圖2所示。一個多節點總線一般由一個一線總線和多個附屬從器件組成。一線總線的標準數據速率可以達到15.4kbps，高速網絡中則可達到125kbps。 一線總線的空閑狀態為高電平。如果因為某種原因需要使傳輸暫時停止，并在其后使傳輸再次恢復，那么I/O應保持高電平。而如果總線電平被拉低，那么總線上的從器件會根據低電平的持續時間不同來把低電平當作一個時隙，或當作一個復位脈沖。 (1) 傳輸順序 通過一線總線訪問DS2411時，首先應當進行初始化，然后確定ROM功能命令，之后才能讀數據。 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發送的復位脈沖和隨后從器件發送的一個在線應答脈沖組成。從器件發出的在線應答脈沖的作用主要是使總線主機能夠知道DS2411已在總線上并已經作好操作準備。一旦總線主機檢測到從器件的在線應答脈沖，它將發出一個讀ROM、查詢ROM或者過驅動跳躍ROM功能命令。所有功能命令碼的長度均為1 byte。 圖3 (2) 工作時序 DS2411需要遵循嚴格的協議，這樣才能保證數據的完整。該協議中包含了四種類型的1-wire信號：由復位脈沖和應答脈沖組成的復位序列、寫0、寫1和讀數據信號。除了應答脈沖之外，所有其它信號都由總線主機發出。DS2411可以采用兩種速率進行通信：標準速率和高速模式。如果沒有明確采用高速模式，DS2411將按照標準速率進行通信。 要把系統從空閑狀態激活，1-wire總線上的線電壓應當從VPUP降至閥值電壓VTL以下。而要使系統從激活狀態轉換到空閑狀態，其1-wire總線上的線電壓則應從VILMAX 升至閥值電壓VTH以上。系統邏輯電平的確定與DS2411的VILMAX電壓有關，但該電壓并不觸發任何事件。 圖3給出了啟動一次通信所需要的初始化時序。復位脈沖之后的應答脈沖表示DS2411已經準備好接收數據，可以發送正確的ROM碼和存儲功能命令。在由多種從器件組成的多點網絡中，復位脈沖為低的時間tRSTL應足夠長，以保證最慢的1-wire從器件能夠確認復位脈沖。如果總線主機在下降沿采用slew-rate控制方式，那么它必須將總線電壓下拉并持續tRSTL+tF，以對該下降沿進行補償。如果tRSTL的持續時間為480μs或更長，器件將從高速模式恢復為標準速率。如果DS2411處于高速模式且tRSTL小于80μs，那么器件將繼續保持高速模式。 總線主機釋放數據線并進入接收模式(RX)后, 1-wire總線將由上拉電阻拉至VPUP，采用DS2480B時電平的上拉是由其有源電路來實現的。當總線電壓超過閥值VTH以后，DS2411會在等待tPDH之后，通過將總線拉低tPDL來發出一個應答脈沖。為檢測應答脈沖，主機應在tMSP時刻對1-wire總線的邏輯狀態進行檢測。 tRSTH 的持續時間至少應該是tPDHMAX、 tPDLMAX和tRECMIN之和。一過tRSTH，DS2411馬上就做好了接收數據的準備。在多種從器件組成的多點網絡中，標準速率下tRSTH的持續時間至少應為480μs，高速模式下，tRSTH的持續時間至少應為48μs才能適應其它1-wire器件 。 與DS2411的數據通信是通過一個個時隙完成的，每個時隙只能傳送一位數據。圖4所示是其讀寫時隙圖。通過寫時隙可把數據從主機傳送給從機，通過讀時隙可把數據由從器件傳送給主機。所有通信均以主機拉低數據線開始。當1-wire數據線上的電壓降到閥值VTL以下時，DS2411將啟動它內部的定時信號發生器，以決定在寫時隙期間何時對數據線進行采樣，同時確定讀時隙期間數據保持有效所持續的時間。 圖4 (3) 主機到從機的數據傳輸 對于寫1時隙來說，當寫1為低的時間tW1LMAX結束以后，數據線上的電壓必須超過閥值VTHMAX;對于寫0時隙來說，當寫0為低的時間tW0LMIN結束以前，數據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，數據線上的電壓在整個tW0L持續時間內不能超過 VILMAX。當數據線上電壓超過閥值VTHMAX后，DS2411需要一個恢復時間tREC以便準備下一個時隙。 (4) 從機到主機的數據傳輸 讀數據時隙的起始部分與寫1時隙類似。在讀信號為低的時間tRL結束以前，數據線上的電壓必須保持在 VTLMIN 電壓以下。在tRL期間，如果應答信號為0，DS2411便開始將數據線拉低;終止該下拉和使電壓再次升高的時間可由內部定時信號發生器來確定。而如果應答信號為1，則DS2411就不再需要將數據線拉低，總線電壓會在tRL結束后立即開始上升。 主機在數據線上執行一次讀數采樣所需的時間(tMSRMAX到tMSRMIN)一方面可由時序中的tRL+(上升時間)決定，另一方面可由DS2411內部的定時信號發生器決定。為了最大限度地保證通信的可靠性，tRL的持續時間在允許的范圍內應當盡可能的短一些，同時主機的讀取時間也應盡量靠近tMSRMAX但不能遲于tMSRMA。在從數據線上讀數之后，主機還應當等到tSLOT結束后才開始下一個動作，以保證DS2411有足夠的恢復時間tREC來準備下一個時隙。