Sieciowa wersja interfejsu 1−Wire.pdf

N O W E P O D Z E S P O Ł Y

MicroLAN

Sieciowa wersja interfejsu 1−Wire

Sieci do przesy³ania danych

cyfrowych s¹ zazwyczaj

organizmami bardzo

skomplikowanymi, wymagaj¹cymi

stosowania zaawansowanych

podzespo³Ûw i†specjalnych

rozwi¹zaÒ systemowych. Znaczny

wy³om w†takim rozumieniu sieci

spowodowa³ standard CANBus

(pochodny I 2 C), a†teraz MicroLAN

opracowany na bazie interfejsu

1-Wire firmy Dallas.

MASTER Tx IMPULS "RESET"

MASTER Rx IMPULS "OBECNOŒCI"

t RSTH

PULLUP

PULLUP MIN

IH MIN

IL MAX

t RSTL

PDL

PHD

REZYSTOR

MASTER

Uk³ad

do³¹czony do

linii1-Wire

480µs

t RSTL

15µs < 60µs

t RSTH

60µs < 240µs

t PHD

t PDL

Rys. 1.

Standard 1-Wire opisywaliúmy na ³amach

EP wielokrotnie w†zwi¹zku z†wykorzystywa-

nymi przez nas w†projektach uk³adami:

DS1990 (ìpastylkiî do immobilizerÛw),

DS1991/92 (ìpastylkiî z†dodatkow¹ pamiÍ-

ci¹), DS1820/21 (scalone termometry/termo-

staty) i†DS2405 (programowane prze³¹czni-

ki). Wymiana informacji pomiÍdzy uk³adami

wyposaøonymi w†interfejs 1-Wire przebiega

w†oparciu o†jedn¹ parÍ przewodÛw (dane

i†masa). Wiele uk³adÛw z†interfejsem 1-Wire

jest ponadto zasilanych bezpoúrednio z†linii

danych, dziÍki czemu ich stosowanie w†prak-

tycznych aplikacjach jest nad wyraz kom-

fortowe.

Slot czasowy wpisu stanu "1"

t SLOT

t REC

KrÛtkie przypomnienie:

jak to siÍ dzieje w†1-Wire?

Ze wzglÍdu na tylko jedn¹ liniÍ magistrali

danych ³¹cz¹cej uk³ady 1-Wire, twÛrcy in-

terfejsu opracowali specjalny protokÛ³ za-

pewniaj¹cy doúÊ szybk¹, a†przede wszystkim

pewn¹ wymianÍ danych pomiÍdzy uk³ada-

mi.

Kaøda transmisja rozpoczyna siÍ od wy-

s³ania przez sterownik Master impulsu ze-

ruj¹cego ( rys. 1 ), ktÛry jest dla uk³adÛw

Slave sygna³em o†prÛbie nawi¹zania komu-

nikacji. W†odpowiedzi na pytanie Mastera ,

uk³ady Slave wysy³aj¹ impuls potwierdzaj¹-

cy (druga czÍúÊ przebiegu z†rys. 1). Czasowe

przebiegi procedur zapisu bitÛw o†wartoú-

ciach ì1î i†ì0î przedstawiono na rys. 2 i† rys.

3 . Jak ³atwo zauwaøyÊ, obydwie operacje

inicjowane s¹ wygenerowaniem przez Mas-

tera impulsu startowego o†niskim poziomie,

po czym linia danych przyjmuje stan logicz-

ny o†wartoúci przewidzianej do przes³ania

od Mastera do Slave'a .

Takøe odczyt kaødego bitu danych jest

inicjowany przez Mastera i†polega na wy-

s³aniu krÛtkiego impulsu synchronizuj¹cego

na pocz¹tku kaødego slotu transmisyjnego,

po czym odczytuje on stan linii, ktÛrej

PULLUP

PULLUP MIN

IH MIN

DS1990A

OKNO PRÓBKOWANIA

IL MAX

LOW1

15µs

60µs

REZYSTOR

MASTER

Uk³ad

do³¹czony do

linii1-Wire

60µs

t SLOT

< 120µ

1µs <

t LOW1

< 15µs

t REC

Rys. 2.

Slot czasowy wpisu stanu "0"

SLOT

t REC

PULLUP

PULLUP MIN

IH MIN

DS1990A

OKNO PRÓBKOWANIA

IL MAX

15µs

60µs

LOW0

REZYSTOR

MASTER

Uk³ad

do³¹czony do

linii1-Wire

1µs <

LOW0

t REC

< <120µs

SLOT

Rys. 3.

Slot czasowy odczytu bitu danej

t SLOT

t REC

PULLUP

PULLUP MIN

IH MIN

DS1990A

OKNO PRÓBKOWANIA

IL MAX

LOWR

RELEASE

RDV

REZYSTOR

MASTER

Uk³ad

do³¹czony do

linii1-Wire

60µs

t SLOT

< 120µ

1µs

LOWR

RELEASE

< 15µs

1µs <

< 45µs

= 15µs

Rys. 4.

RDV

Elektronika Praktyczna 2/2000

480µs

1µs

60µs

REC

N O W E P O D Z E S P O Ł Y

poziom okreúla uk³ad Slave ( rys. 4 ). Na rys.

5 znajduje siÍ schemat po³¹czenia uk³adu

Master 1-Wire z†uk³adem Slave . Na wyjúciu

uk³adÛw Master i † Slave znajduj¹ siÍ tran-

zystory unipolarne z†otwartym drenem,

dziÍki czemu moøliwe jest do³¹czenie do

jednej linii danych wielu uk³adÛw rÛwno-

legle. Ich wyjúcia tworz¹ funkcjÍ logiczn¹

AND, ktÛrej stan wysoki wymusza zewnÍt-

rzny rezystor pull-up . Rezystor pull-up na-

leøy montowaÊ w†bezpoúrednim otoczeniu

Mastera , co pozwala wykorzystaÊ zasilacz

Mastera do dostarczania pr¹du niezbÍdnego

do pracy uk³adÛw scalonych zasilanych bez-

poúrednio z†linii danych. Na rys. 6 znajduje

siÍ uproszczony schemat obwodu wejúcia/

wyjúcia uk³adu zasilanego z†linii danych

(np. uk³ad DS1990A). PojemnoúÊ wewnÍt-

rznego kondensatora magazynuj¹cego ³adu-

nek niezbÍdny do pracy uk³adu wynosi ok.

800pF.

Tab. 1.

Oznacze− Nie wymaga NVRAM/

EEPROM

EPROM

Termometr/ Przetwornik Programo−

Licznik− Elektroniczny

RTC

Tylko

nie

zewnętrz.

RAM

[B]

termostat/

A/C

wane

timer

potencjometr

numer

układu

zasilania

[B]

alarm temp.

I/O

seryjny

DS1420

−

DS1422

−

1024

−

DS1425

3x384/0

−

DS1427

4096

−

DS1481 Konwerter Centronics/1−Wire

DS1820

−

+/−/+

−

DS1821

−

+/+/−

−

DS1822

−

+/−/+

−

DS18B20

−

+/−/+

−

DS18S20

−

+/−/+

−

DS1920

−

+/−/+

−

DS1921 (6

2048

4096

−

+/−/+

−

DS1963

4096

−

DS1971

−

256

−

DS1973

−

4096

−

DS1982

−

1024

−

DS1982

−

1024

−

DS1985

−

16k

−

DS1986

−

64k

−

DS1990

−

DS1991

3x384

−

DS1992

1024

−

DS1993

4096

−

DS1994

4096

−

DS1995

16k

−

DS1996

65536/0

−

DS2223

−

0/256

−

DS2224

−

0/224

−

DS2401

−

DS2404

−

4096

−

DS2405

−

DS2406

+/−

−

1024+5

−

2 (2

−

DS2407 (4

+/−

−

1024+7

−

1/2 (5

−

DS2409 Sprzęgacz MicroLAN

DS2415

−

DS2417

−

DS2422

−

0/1024

−

+ (1

−

DS2430A

−

256

−

DS2433

−

4096

−

DS2450

−

1 (7

−

DS2480B Konwerter RS232<−>1−Wire

DS2490 Konwerter USB<−>1−Wire

DS2502

−

1024

−

DS2505

−

16k

−

DS2506

−

64k

−

DS2890

−

+ (3

−

DS9502 Dioda zabezpieczająca linię danych

DS9503 Dioda z rezystorami zabezpieczające linię danych

1 − sterowany z zewnątrz przy pomocy specjalnych wyprowadzeń

2 − przetwornik o programowanym zakresie napięciowym i rozdzielczości, zintegrowany z 4−wejściowym multiplekserem analogowym

3 − programowana rezystancja (256 pozycji)

4 −wycofywany z produkcji − zastępuje go DS2406

5 − dwa wyprowadzenia w wersji obudowy TSOC6 (DS2406P)

6 − rejestrator temperatury z własnym zasilaniem

7 − efektywna rozdzielczość 8 bitów

Elektronika Praktyczna 2/2000

N O W E P O D Z E S P O Ł Y

Rys. 5.

czy na odleg³oúci powyøej kilku metrÛw

powoduje powstawanie w†liniach przesy-

³owych silnych sygna³Ûw zak³Ûcaj¹cych.

Problem ten jest szczegÛlnie istotny pod-

czas generowania przez Slave'a impulsu

potwierdzenia obecnoúci Presence Pulse

(rys. 1), poniewaø oddalony od wyjúcia

Mastera obwÛd wyjúciowy Slave'a zwiera

liniÍ o†doúÊ duøej indukcyjnoúci ( rys. 7 ).

CzÍúciowo moøna zapobiec powstawaniu

takich zak³ÛceÒ poprzez zakoÒczenie linii

przesy³owej szeregowym terminatorem RC

o†impedancji ok. 100

SzybkoúÊ i†zasiÍg transmisji

Wszystkie uk³ady pracuj¹ce w†standardzie

1-Wire mog¹ przesy³aÊ dane z†maksymaln¹

szybkoúci¹ 16,3kb/s. Ze wzglÍdu na warunki

propagacji sygna³u w†skrÍtce stanowi¹cej me-

dium transmisyjne, specyfikacja MicroLAN

zaleca ograniczenie maksymalnej przep³yw-

noúci do 14,4kb/s.

Na szybkoúÊ przesy³ania danych maj¹ tak-

øe wp³yw:

, lecz ze wzglÍdu na

powstawanie duøego jittera krÛtkich im-

pulsÛw, stosowanie takiego úrodka zapo-

biegawczego nie zawsze daje dobry efekt

koÒcowy. Znacznie lepszym i†w†zwi¹zku

z†tym zalecanym przez firmÍ Dallas roz-

wi¹zaniem jest zastosowanie w† Masterze

drivera linii, ktÛry ograniczy szybkoúÊ na-

rastania sygna³u do ok. 1,1V/

Maksymalna d³ugoúÊ skrÍtki. Kaøde 100

metrÛw powoduje obci¹øenie linii danych

kondensatorem o†pojemnoúci 5nF, co

wzi¹wszy pod uwagÍ wymagania narzu-

cone rezystorowi pull-up (rezystancja nie

mniejsza niø 1,5k

) wymusza ogranicze-

nie maksymalnej d³ugoúci kabla do 240

metrÛw.

s dla przy-

jÍtej d³ugoúci linii transmisyjnej 100 met-

rÛw. Przyk³adowe rozwi¹zanie takiego dri-

vera przedstawiamy na rys. 8 .

Liczba do³¹czonych do linii uk³adÛw. Bio-

r¹c po uwagÍ warunki najgorsze z†moø-

liwych, nie powinno byÊ ich wiÍcej niø

100. W†warunkach optymalnych (dotyczy

to zw³aszcza temperatury otoczenia) moøe

ich byÊ nawet 500.

Producent uk³adÛw 1-Wire przewidzia³

moøliwoúÊ stosowania zamiast rezystora

pull-up uk³adÛw aktywnych, ktÛre znacz-

nie lepiej radz¹ sobie z†zapewnieniem za-

silania uk³adom do³¹czonym do linii da-

nych i†jednoczeúnie zapewniaj¹ znacznie

sprawniejsze ìpodci¹ganieî linii o†duøej

pojemnoúci.

Reasumuj¹c moøna stwierdziÊ, øe zmniej-

szaj¹c szybkoúÊ transmisji do ok. 5kb/s, bez

trudu moøna uzyskaÊ poprawn¹ transmisjÍ

na odleg³oúÊ do ok. 400 metrÛw, przy ob-

ci¹øeniu linii jednoczeúnie 30 uk³adami 1-

Wire (prÛby przeprowadzone w†laborato-

rium EP).

Rys. 6.

MASTER

Rpullup

Układ 1−Wire

Dane

Ldata

Rdata

Ccable

Cload

800pF

Cin

30pF

Idisc

5µA

*Iop

10µA

Klucz

"pull−down"

Lreturn

Rreturn

Masa

Rys. 7.

+5V

Pomimo stosunkowo ma³ej wydajnoúci ta-

kiego ürÛd³a zasilania, Dallas oferuje ca³¹

gamÍ uk³adÛw scalonych, ktÛre mog¹ pra-

cowaÊ bez koniecznoúci stosowania osobne-

go zasilacza. S¹ wúrÛd nich np. pamiÍci

EEPROM (np. DS2433), cyfrowy potencjo-

metr (DS2890), numery seryjne (np. DS1420,

DS1990A), pamiÍci RAM (np. DS2422), pa-

miÍci EPROM (DS1986), programowane prze-

³¹czniki (np. DS2405), zegary czasu rzeczy-

wistego (np. DS1427) i†kilka innych modu-

³Ûw funkcjonalnych.

Innym rozwi¹zaniem zapewniaj¹cym

stabiln¹ transmisjÍ danych jest maskowa-

nie przez Mastera moøliwych zak³ÛceÒ,

poprzez generacjÍ impulsu ìwidmaî (ang.

Phantom Presence Pulse), ktÛry wymusza

logiczne ì0î w†linii danych w†chwili, kie-

dy zgodnie z†czasow¹ specyfikacj¹ stan-

dardu mog¹ pojawiÊ siÍ impulsy obecnoú-

ci od uk³adÛw do³¹czonych do linii da-

nych ( rys. 9 ). Rozwi¹zanie to doskonale

siÍ sprawdza w†systemach o†sta³ej konfi-

guracji. W†przypadku do³¹czenia do linii

nowych uk³adÛw mog¹ one byÊ nie wy-

kryte przez Mastera .

Rpullup

CR1

330pF

1−WIRE

BUS

5k1

2N7000

MicroLAN a†1-Wire

Interfejs okreúlany przez firmÍ Dallas

ìMicroLANî jest bardzo bliskim odpowied-

nikiem 1-Wire, przy czym w†jego specyfika-

cji uwzglÍdniono moøliwoúÊ dynamicznego

do³¹czania i†od³¹czania dowolnych uk³adÛw

do/od linii danych oraz zapewnienie takich

parametrÛw przekazywanych sygna³Ûw, aby

maksymalnie zwiÍkszyÊ zasiÍg transmisji.

WiÍkszoúÊ produkowanych przez firmÍ Dal-

las uk³adÛw 1-Wire moøe bez øadnej mody-

fikacji pracowaÊ w†systemach MicroLAN.

Tak wiÍc w†wiÍkszoúci typowych przypad-

kÛw MicroLAN i†1-Wire moøna traktowaÊ

jako rozwi¹zania toøsame.

MicroLAN operuje sygna³ami o†pozio-

mach zgodnych ze standardem TTL. Prze-

sy³anie cyfrowych sygna³Ûw o†tak duøej

amplitudzie i†bardzo duøej stromoúci zbo-

220pF

Rys. 8.

Rys. 9.

Elektronika Praktyczna 2/2000

N O W E P O D Z E S P O Ł Y

Komputer

lub dowolny

inny Master

Uk³ady pracuj¹ce w sieci

Aplikacje

System sieciowy MicroLAN nadaje siÍ do

stosowania we wszelkiego typu lokalnych

systemach kontroli dostÍpu, sterowania pra-

c¹ klimatyzacji i†ogrzewania, zdalnego ste-

rowania i†nadzoru, w systemach alarmowych,

przeciwpoøarowych itp. Jednym z†najbardziej

spektakularnych zastosowaÒ jest stacja po-

godowa, ktÛr¹ opisaliúmy w†EP6/99.

Jednym z†najszybciej rozwijaj¹cych siÍ

obecnie rynkÛw jest rynek systemÛw alar-

mowych, w†ktÛrych MicroLAN wykorzysty-

wany jest m.in. do ³¹czenia czujnikÛw z†cen-

tral¹ alarmow¹, gdzie w†miejsce 4..6 prze-

wodÛw wystarcz¹ tylko 3. MicroLAN w†ta-

kim zastosowaniu zapobiega moøliwoúci

ìoszukaniaî systemu alarmowego przez

zwarcie lub przeciÍcie linii i†jednoczeúnie

zapewnia ³atwoúÊ automatycznej konfigura-

cji i†rekonfiguracji systemu alarmowego

podczas pracy. Znacznie ³atwiejsze niø

w†rozwi¹zaniach standardowych jest takøe

prowadzenie procedur testowych, ktÛre po-

magaj¹ wyeliminowaÊ niesprawne elementy

systemu.

W†jednym z†kolejnych numerÛw EP poka-

øemy, jak ³atwo moøna wykonaÊ kompletny

system alarmowy w†oparciu o†MicroLAN.

Piotr Zbysiñski, AVT

piotr.zbysinski@ep.com.pl

Cezary Subda

csubda@wg.com.pl

Port

szeregowy

iButton

Konwerter

RS232

<->

1-Wire

Wêz³y

sieciowe

z DS2409

MAIN

DS2409

CNT

AUX

PAMIÊÆ

EEPROM

GND

1-WIRE

Rys. 10.

Wszystkie przedstawione dotychczas za-

strzeøenia co do zasiÍgu i†liczby urz¹dzeÒ,

ktÛre moøna jednoczeúnie zastosowaÊ

w†systemie sieciowym, wywo³uj¹ pytanie:

po co Dallas promuje sieÊ o†tak istotnych

ograniczeniach? OtÛø, aby z³agodziÊ te

ograniczenia, Dallas proponuje uk³ad

DS2409, ktÛry spe³nia rolÍ sprzÍtowego

i†logicznego separatora sieci lokalnych, ktÛ-

re moøna do³¹czyÊ do linii danych obs³u-

giwanej bezpoúrednio przez Mastera lub

zapewniÊ dostÍp do systemu sieciowego

kilku Masterom .

Na rys. 10 pokazano przyk³ad duøego sys-

temu sieciowego, ktÛry zosta³ podzielony na

niezaleøne ga³Ízie, z†ktÛrych kaøda ma w³as-

ny adres przechowywany w†pamiÍci EPROM

do³¹czonej do linii AUX. Kaøda z†ga³Ízi sieci

podlega ograniczeniom, o†ktÛrych wczeúniej

wspominaliúmy, ale dziÍki zastosowaniu uk³a-

dÛw sprzÍgaj¹cych DS2409 ich liczba moøe

byÊ bardzo duøa, co u³atwia niemal nieogra-

niczon¹ (w mikroskali) rozbudowÍ sieci.

Inne, bardzo oryginale zastosowanie uk³a-

dÛw DS2409 przedstawiamy na rys. 11 . Jest

to system sieciowy z†dwoma Masterami . Ze

wzglÍdu na konstrukcjÍ sieci, tylko jeden

z† MasterÛw moøe mieÊ dostÍp do linii da-

nych w†danej chwili, co wymaga zastosowa-

nia procedur arbitraøu dostÍpu.

woczeúniejszym interfejsem szeregowym

stosowanym we wspÛ³czesnych kompute-

rach. tj. USB. Uk³ad DS2490 ma moøliwoúÊ

regulowania szybkoúci narastania sygna³u

na wyjúciu i†jest wyposaøony w†aktywne

pull-up , dziÍki ktÛremu moøe samodzielnie

obs³ugiwaÊ stosunkowo rozleg³e sieci. Za-

let¹ tego uk³adu jest takøe zintegrowany

w†jego wnÍtrzu modu³ programowania pa-

miÍci EPROM.

Na schemacie, znajduj¹cym siÍ na rys. 12,

na wyjúciach konwertera DS2480 widoczne

s¹ diody zabezpieczaj¹ce przed przepiÍciami

Sieæ

Komputer

lub dowolny

inny Master

Komputer

lub dowolny

inny Master

MAIN

CNT

CNT.

Port

szeregowy

DS2409

AUX

DS2409

Port

szeregowy

Konwerter

RS232

<->

1-Wire

GND

1-WIRE

GND

1-WIRE

Konwerter

RS232

<->

1-Wire

Rys. 11.

powstaj¹cymi w†linii danych. S¹ to specjal-

ne diody o†charakterystyce zaporowej zbli-

øonej do diod Zenera, o†znacznie wiÍkszej

zdolnoúci do ograniczania szybkich skokÛw

napiÍcia. W†laboratoriach firmy Dallas op-

racowano dwa typy diod zabezpieczaj¹cych,

ktÛre s¹ idealnie dostosowane do systemu

MicroLAN. Element DS9502 to samodzielna

dioda o†napiÍciu progowym 8,2V, natomiast

DS9503 to dioda zintegrowana z†rezystorami

ograniczaj¹cymi pr¹d.

Materia³y katalogowe wszystkich uk³adÛw

przedstawionych w†tab. 1†znajduj¹ siÍ na

p³ycie CD-EP02/2000 oraz w†Internecie pod

adresem: http://www.dalsemi.com/DocCon-

trol/PDFs/pdfindex.html.

Elementy sieci

Jak wczeúniej wspomniano, praktycznie

kaødy uk³ad 1-Wire moøna wykorzystywaÊ

w†sieci MicroLAN. Dallas nieustannie roz-

wija gamÍ dostÍpnych uk³adÛw z†tej rodzi-

ny, co zaowocowa³o wprowadzeniem w†1999

roku 18 nowych, bardzo oryginalnych op-

racowaÒ. Zestawienie dostÍpnych w†stycz-

niu 2000 uk³adÛw wraz z†ich krÛtk¹ charak-

terystyk¹ przedstawiamy w† tab. 1 .

OprÛcz wielu uk³adÛw peryferyjnych, Dal-

las w†ramach serii 1-Wire opracowa³ takøe

specjalizowane uk³ady interfejsowe, ktÛre

u³atwiaj¹ stosowanie uk³adÛw 1-Wire w†stan-

dardowych aplikacjach.

Uk³ad DS1481 jest konwerterem danych,

ktÛry pozwala na dostÍp do interfejsu 1-

Wire z†poziomu standardowego portu rÛw-

noleg³ego. Uk³ad DS2480 u³atwia dostÍp do

1-Wire z†poziomu portu szeregowego RS232

( rys. 12 ). Najbardziej zaawansowanym in-

terfejsem jest uk³ad DS2490 - spe³nia on

rolÍ konwertera pomiÍdzy 1-Wire a†najno-

NarzÍdzia programowe do obs³ugi sieci

MicroLAN i†uk³adÛw 1-Wire dostÍpne s¹

w†Internecie pod adresem: http://www.ibut-

ton.com/software/index.html.

12V

Regulator

Uk³ad z mo¿liwoœci¹

programowania

pamiêci EPROM

Uk³ad bez mo¿liwoœci

programowania

pamiêci EPROM

VDD

VPP

POL

VPP

POL

UART

or C

SIN (RXD)

RXD

1-W

1-Wire

RXD

1-W

1-Wire

DS2480

SOUT (TXD)

TXD

GND

Start

Stop

Rys. 12.

Elektronika Praktyczna 2/2000

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: