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(xiàn)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(lái)進(jìn)行高于15.4kbps速率的數據通信。文中介紹了DS2411的主要特點(diǎn)和引腳排列，重點(diǎn)給出了DS2411的應用設計方法。 關(guān)鍵詞：一線(xiàn)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(chǎng)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)冗余校驗碼CRC和一個(gè)8 Bit家族碼。數據可以通過(guò)Dallas Semiconductor公司的一線(xiàn)協(xié)議來(lái)進(jìn)行連續傳輸。 在典型的一線(xiàn)設備中，要對器件的工作電壓范圍進(jìn)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(diǎn)如下： ● 唯一的、經(jīng)過(guò)工廠(chǎng)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(wú)重碼;

● 待機電流1μA; ● 內置多點(diǎn)控制器，可在一個(gè)一線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中使用多個(gè)DS2411; ● 可與其它一線(xiàn)產(chǎn)品多點(diǎn)兼容; ● 一線(xiàn)主機可通過(guò)8 Bit家族碼來(lái)識別連接到總線(xiàn)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 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(guò)單數據線(xiàn)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。利用Dallas的一線(xiàn)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)議根據特定時(shí)隙中總線(xiàn)的狀態(tài)來(lái)工作，這些特定時(shí)隙始于總線(xiàn)主機發(fā)出的同步脈沖的下降沿。所有數據的讀寫(xiě)均從最低位開(kāi)始。從電源VCC上電到一線(xiàn)通信開(kāi)始大約需要1200μs的延時(shí)，設備可以利用這段延時(shí)來(lái)發(fā)送檢測脈沖。

一線(xiàn)總線(xiàn)一般有一個(gè)單總線(xiàn)主機以及一個(gè)或多個(gè)從器件組成。DS2411在任何情況下都是從器件。通?？偩€(xiàn)主機件既可選用一個(gè)微控制器，也可選用Dallas Semiconductor公司的專(zhuān)用芯片(如DS2480、 DS2490或DS1481等)。一個(gè)一線(xiàn)總線(xiàn)系統一般需要考慮硬件配置、傳輸順序和一線(xiàn)信令(包括信號類(lèi)型和信號時(shí)序)等。 　　一線(xiàn)總線(xiàn)只有一根I/O數據線(xiàn)?？偩€(xiàn)上的每一個(gè)設備均會(huì )在需要的時(shí)間來(lái)驅動(dòng) I/O。正是由于這一點(diǎn)，接到1-Wire總線(xiàn)上的每個(gè)從器件的輸出必須為漏極開(kāi)路或三態(tài)輸出。使用時(shí)，如果總線(xiàn)主機沒(méi)有雙向引腳，可把兩個(gè)單獨的輸出和輸入引腳連在一起來(lái)使用。同時(shí)在總線(xiàn)的主機端通常需要在總線(xiàn)上接一個(gè)上拉電阻，其連接方法如圖2所示。一個(gè)多節點(diǎn)總線(xiàn)一般由一個(gè)一線(xiàn)總線(xiàn)和多個(gè)附屬從器件組成。一線(xiàn)總線(xiàn)的標準數據速率可以達到15.4kbps，高速網(wǎng)絡(luò )中則可達到125kbps。 一線(xiàn)總線(xiàn)的空閑狀態(tài)為高電平。如果因為某種原因需要使傳輸暫時(shí)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(xiàn)電平被拉低，那么總線(xiàn)上的從器件會(huì )根據低電平的持續時(shí)間不同來(lái)把低電平當作一個(gè)時(shí)隙，或當作一個(gè)復位脈沖。 (1) 傳輸順序 通過(guò)一線(xiàn)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)DS2411時(shí)，首先應當進(jìn)行初始化，然后確定ROM功能命令，之后才能讀數據。 一線(xiàn)總線(xiàn)上的所有傳輸操作均以初始化序列開(kāi)始。初始化序列由總線(xiàn)主機發(fā)送的復位脈沖和隨后從器件發(fā)送的一個(gè)在線(xiàn)應答脈沖組成。從器件發(fā)出的在線(xiàn)應答脈沖的作用主要是使總線(xiàn)主機能夠知道DS2411已在總線(xiàn)上并已經(jīng)作好操作準備。一旦總線(xiàn)主機檢測到從器件的在線(xiàn)應答脈沖，它將發(fā)出一個(gè)讀ROM、查詢(xún)ROM或者過(guò)驅動(dòng)跳躍ROM功能命令。所有功能命令碼的長(cháng)度均為1 byte。 圖3 (2) 工作時(shí)序 DS2411需要遵循嚴格的協(xié)議，這樣才能保證數據的完整。該協(xié)議中包含了四種類(lèi)型的1-wire信號：由復位脈沖和應答脈沖組成的復位序列、寫(xiě)0、寫(xiě)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(xiàn)主機發(fā)出。DS2411可以采用兩種速率進(jìn)行通信：標準速率和高速模式。如果沒(méi)有明確采用高速模式，DS2411將按照標準速率進(jìn)行通信。 要把系統從空閑狀態(tài)激活，1-wire總線(xiàn)上的線(xiàn)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(tài)轉換到空閑狀態(tài)，其1-wire總線(xiàn)上的線(xiàn)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(guān)，但該電壓并不觸發(fā)任何事件。 圖3給出了啟動(dòng)一次通信所需要的初始化時(shí)序。復位脈沖之后的應答脈沖表示DS2411已經(jīng)準備好接收數據，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，復位脈沖為低的時(shí)間tRSTL應足夠長(cháng)，以保證最慢的1-wire從器件能夠確認復位脈沖。如果總線(xiàn)主機在下降沿采用slew-rate控制方式，那么它必須將總線(xiàn)電壓下拉并持續tRSTL+tF，以對該下降沿進(jìn)行補償。如果tRSTL的持續時(shí)間為480μs或更長(cháng)，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(xiàn)主機釋放數據線(xiàn)并進(jìn)入接收模式(RX)后, 1-wire總線(xiàn)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(lái)實(shí)現的。當總線(xiàn)電壓超過(guò)閥值VTH以后，DS2411會(huì )在等待tPDH之后，通過(guò)將總線(xiàn)拉低tPDL來(lái)發(fā)出一個(gè)應答脈沖。為檢測應答脈沖，主機應在tMSP時(shí)刻對1-wire總線(xiàn)的邏輯狀態(tài)進(jìn)行檢測。 tRSTH 的持續時(shí)間至少應該是tPDHMAX、 tPDLMAX和tRECMIN之和。一過(guò)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(diǎn)網(wǎng)絡(luò )中，標準速率下tRSTH的持續時(shí)間至少應為480μs，高速模式下，tRSTH的持續時(shí)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(guò)一個(gè)個(gè)時(shí)隙完成的，每個(gè)時(shí)隙只能傳送一位數據。圖4所示是其讀寫(xiě)時(shí)隙圖。通過(guò)寫(xiě)時(shí)隙可把數據從主機傳送給從機，通過(guò)讀時(shí)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(xiàn)開(kāi)始。當1-wire數據線(xiàn)上的電壓降到閥值VTL以下時(shí)，DS2411將啟動(dòng)它內部的定時(shí)信號發(fā)生器，以決定在寫(xiě)時(shí)隙期間何時(shí)對數據線(xiàn)進(jìn)行采樣，同時(shí)確定讀時(shí)隙期間數據保持有效所持續的時(shí)間。 圖4 (3) 主機到從機的數據傳輸 對于寫(xiě)1時(shí)隙來(lái)說(shuō)，當寫(xiě)1為低的時(shí)間tW1LMAX結束以后，數據線(xiàn)上的電壓必須超過(guò)閥值VTHMAX;對于寫(xiě)0時(shí)隙來(lái)說(shuō)，當寫(xiě)0為低的時(shí)間tW0LMIN結束以前，數據線(xiàn)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(xiàn)上的電壓在整個(gè)tW0L持續時(shí)間內不能超過(guò) VILMAX。當數據線(xiàn)上電壓超過(guò)閥值VTHMAX后，DS2411需要一個(gè)恢復時(shí)間tREC以便準備下一個(gè)時(shí)隙。 (4) 從機到主機的數據傳輸 讀數據時(shí)隙的起始部分與寫(xiě)1時(shí)隙類(lèi)似。在讀信號為低的時(shí)間tRL結束以前，數據線(xiàn)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(kāi)始將數據線(xiàn)拉低;終止該下拉和使電壓再次升高的時(shí)間可由內部定時(shí)信號發(fā)生器來(lái)確定。而如果應答信號為1，則DS2411就不再需要將數據線(xiàn)拉低，總線(xiàn)電壓會(huì )在tRL結束后立即開(kāi)始上升。 主機在數據線(xiàn)上執行一次讀數采樣所需的時(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的持續時(shí)間在允許的范圍內應當盡可能的短一些，同時(shí)主機的讀取時(shí)間也應盡量靠近tMSRMAX但不能遲于tMSRMA。在從數據線(xiàn)上讀數之后，主機還應當等到tSLOT結束后才開(kāi)始下一個(gè)動(dòng)作，以保證DS2411有足夠的恢復時(shí)間tREC來(lái)準備下一個(gè)時(shí)隙。