摘要:在沒有專用總線主機(如DS2480B、DS2490)的情況下,微處理器可以輕松地產生1-Wire時序信號。本應用筆記給出了一個采用‘C’語言編寫、支持標準速率的1-Wire主機通信基本子程序實例。1-Wire總線的四個基本操作是:復位、寫“1”、寫“0”和讀數據位。字節操作可以通過反復調用位操作實現,本文提供了通過各種傳輸線與1-Wire器件進行可靠通信的時間參數。
表1. 1-Wire操作
圖1. 1-Wire時序圖
表2. 1-Wire主機時序
有關表中這些值的詳細計算,可參考:http://files.dalsemi.com/auto_id/public/an126.zip
注釋:標準庫中。當應用于其它平臺時,可以采用合適的函數來替代它們。
代碼中的tickDelay函數是一個用戶編制的子程序,此函數用于產生一個1/4μs整數倍的延時。在不同的平臺下,該函數的實現也是不同的,故在此不做具體描述。以下是tickDelay函數聲明代碼,以及一個SetSpeed函數,用于設定標準速度和高速模式的延時時間。
這些函數和tickDelay函數一起構成了1-Wire總線進行位、字節和塊操作時所必需的全部函數。實例4給出了利用這些函數讀取DS2432的SHA-1認證頁的實例。
1-Wire公共開發包中含有大量針對特定器件編寫的代碼,由下列鏈接提供:
http://www.ibutton.com/software/1wire/wirekit.html
其它更詳細的資料請參閱應用筆記155:"1-Wire軟件資源指南"。
Maxim提供了采用Verilog和VHDL編寫的1-Wire主機。
DS1WM
如需獲取1-Wire主機的Verilog/VHDL代碼,請提交技術支持申請。
合成的1-Wire主機工作方式在應用筆記120:"利用1-Wire主機通訊"和應用筆記119:"嵌入1-Wire主機"中進行了說明。
有多種1-Wire主機芯片可以作為微處理器的外設。串行、1-Wire線驅動器DS2480B能夠很容易地與標準串行口連接。
關于DS2480B的操作,詳見應用筆記192:"DS2480B串行接口1-Wire線驅動器的使用")。
這是為遠距離1-Wire傳輸線專門設計的先進的1-Wire線驅動器,在應用筆記244:"性能優異的1-Wire網絡驅動器"中,描述了專門為長線設計、更為精細的1-Wire線驅動器。
修訂歷史記錄
07/06/00:1.0版—最初版本。
05/28/02:2.0版—糾正了1-Wire復位采樣時間。增加了波形圖、鏈接和更多的代碼實例。
02/02/04:2.1版—增加了對高速模式的支持,給出了時序的最小值、最大值,更新了代碼實例。
09/06/05:2.2版—修正代碼例程說明中的PIO極性。
引言
在沒有專用總線主機的情況下,微處理器可以輕松地產生1-Wire時序信號。本應用筆記給出了一個采用‘C’語言編寫、支持標準速率的1-Wire主機通信基本子程序實例。此外,本文也討論了高速通信模式。要使該實例中的代碼正常運行,系統必須滿足以下幾點要求:- 微處理器的通信端口必須是雙向的,其輸出為漏極開路,且線上具有弱上拉。這也是所有1-Wire總線的基本要求。關于簡單的1-Wire主機微處理器電路實例,請參見1-Wire網絡可靠設計指南(應用筆記148)的附錄A。
- 微處理器必須能產生標準速度1-Wire通信所需的精確1μs延時和高速通信所需要的0.25μs延時。
- 通信過程不能被中斷。
表1. 1-Wire操作
Operation | Description | Implementation |
Write 1 bit | Send a '1' bit to the 1-Wire slaves (Write 1 time slot) | Drive bus low, delay A Release bus, delay B |
Write 0 bit | send a '0' bit to the 1-Wire slaves (Write 0 time slot) | Drive bus low, delay C Release bus, delay D |
Read bit | Read a bit from the 1-Wire slaves (Read time slot) | Drive bus low, delay A Release bus, delay E Sample bus to read bit from slave Delay F |
Reset | Reset the 1-Wire bus slave devices and ready them for a command | Delay G Drive bus low, delay H Release bus, delay I Sample bus, 0 = device(s) present, 1 = no device present Delay J |
圖1. 1-Wire時序圖
表2. 1-Wire主機時序
Parameter | Speed | Min (μs) | Recommended (μs) | Max (μs) | Notes |
A | Standard | 5 | 6 | 15 | 1, 2 |
Overdrive | 1 | 1.5 | 1.85 | 1, 3 | |
B | Standard | 59 | 64 | N/A | 2, 4 |
Overdrive | 7.5 | 7.5 | N/A | 3, 4 | |
C | Standard | 60 | 60 | 120 | 2, 5 |
Overdrive | 7 | 7.5 | 14 | 3, 5 | |
D | Standard | 8 | 10 | N/A | 2, 6 |
Overdrive | 2.5 | 2.5 | N/A | 3, 6 | |
E | Standard | 5 | 9 | 12 | 2, 7, 8 |
Overdrive | 0.5 | 0.75 | 0.85 | 3, 7, 8 | |
F | Standard | 50 | 55 | N/A | 2, 9 |
Overdrive | 6.75 | 7 | N/A | 3, 9 | |
G | Standard | 0 | 0 | 0 | ? |
Overdrive | 2.5 | 2.5 | N/A | 3, 14 | |
H | Standard | 480 | 480 | 640 | 2, 10, 15 |
Overdrive | 68 | 70 | 80 | 3, 10 | |
I | Standard | 63 | 70 | 78 | 2, 11 |
Overdrive | 7.2 | 8.5 | 8.8 | 3, 11 | |
J | Standard | 410 | 410 | N/A | 2, 12, 13 |
Overdrive | 39.5 | 40 | N/A | 3, 12 |
有關表中這些值的詳細計算,可參考:http://files.dalsemi.com/auto_id/public/an126.zip
注釋:
- 在產品數據資料中,表示為tW1L (寫1低)減去ε (上升至VTH的時間)加上tF (下降至VTL的時間)。
- 假定網絡為標準速度的中等距離網絡,且上升和下降時間不超過3μs。
- 假定網絡為高速的小型網絡,且上升和下降時間不超過0.5μs。
- 數據資料中,表示為tSLOT (時隙時間)減去‘A’所代表的時間。
- 數據資料中,表示為tW0L (寫0低)減去δ (上升至VIHMASTER的時間)加上tF (下降至VTL的時間)。
- 數據資料中,表示為tREC (恢復時間)加上δ (上升至VIHMASTER的時間)。
- 數據資料中,表示為tMSR (主機采樣讀時間)加上tF (下降至VTL的時間),再減去‘A’。
- 在該范圍內,采樣要盡可能晚,以便獲得最長的恢復時間。
- 數據資料中,表示為tSLOT (時隙時間)減去‘A’,再減去‘E’。
- 數據資料中,表示為tRSTL (復位為低的時間)減去ε (上升至VTH的時間)加上tF (下降至VTL的時間)。
- 數據資料中,表示為tMSP (主機采樣應答時間)加上ε (上升至VTH的時間)。
- 數據資料中,其最小值表示為tRSTL (復位低電平時間)減去‘I’所用的時間。
- 這里所提到的1-Wire復位操作沒有把DS2404和DS1994使用的擴展應答(報警)脈沖序列考慮進去,關于這種特殊情況,請查看產品的數據資料。在1-Wire復位序列的未尾進行采樣,可以驗證1-Wire總線是否已返回到上拉電平。如果電平仍為0,則可能是1-Wire總線與地之間短路,或DS2404/DS1994發出了報警信號。
- 表示為tREC (恢復時間)減去‘D’所用的時間。在高速應用時,一些器件在tRSTL (低電平復位時間)之前要求額外的延時,以保證器件的寄生電源被完全充滿。
- 對于低電壓工作方式,有些器件可能需要更長的延時。關于合適的參數值,請參閱器件數據資料。
代碼實例
下面代碼實例都依賴于兩個通用的‘C’函數outp和inp,從IO端口讀寫字節數據。他們通常位于// send 'databyte' to 'port' int outp(unsigned port, int databyte); // read byte from 'port' int inp(unsigned port);代碼中的常量PORTADDRESS (圖3)用來定義通信端口的地址。這里我們假定使用通信端口的第0位控制1-Wire總線。設定該位為1,將使1-Wire總線變為低電平;設定該位為0,1-Wire總線將被釋放,此時1-Wire總線被電阻上拉,或被1-Wire從器件下拉。
代碼中的tickDelay函數是一個用戶編制的子程序,此函數用于產生一個1/4μs整數倍的延時。在不同的平臺下,該函數的實現也是不同的,故在此不做具體描述。以下是tickDelay函數聲明代碼,以及一個SetSpeed函數,用于設定標準速度和高速模式的延時時間。
實例1. 1-Wire時序的生成
// Pause for exactly 'tick' number of ticks = 0.25us void tickDelay(int tick); // Implementation is platform specific // 'tick' values int A,B,C,D,E,F,G,H,I,J; //----------------------------------------------------------------------------- // Set the 1-Wire timing to 'standard' (standard=1) or 'overdrive' (standard=0). // void SetSpeed(int standard) { // Adjust tick values depending on speed if (standard) { // Standard Speed A = 6 * 4; B = 64 * 4; C = 60 * 4; D = 10 * 4; E = 9 * 4; F = 55 * 4; G = 0; H = 480 * 4; I = 70 * 4; J = 410 * 4; } else { // Overdrive Speed A = 1.5 * 4; B = 7.5 * 4; C = 7.5 * 4; D = 2.5 * 4; E = 0.75 * 4; F = 7 * 4; G = 2.5 * 4; H = 70 * 4; I = 8.5 * 4; J = 40 * 4; } }1-Wire基本操作的代碼程序如實例2所示。
實例2. 基本的1-Wire函數
//----------------------------------------------------------------------------- // Generate a 1-Wire reset, return 1 if no presence detect was found, // return 0 otherwise. // (NOTE: Does not handle alarm presence from DS2404/DS1994) // int OWTouchReset(void) { int result; tickDelay(G); outp(PORTADDRESS,0x00); // Drives DQ low tickDelay(H); outp(PORTADDRESS,0x01); // Releases the bus tickDelay(I); result = inp(PORTADDRESS) & 0x01; // Sample for presence pulse from slave tickDelay(J); // Complete the reset sequence recovery return result; // Return sample presence pulse result } //----------------------------------------------------------------------------- // Send a 1-Wire write bit. Provide 10us recovery time. // void OWWriteBit(int bit) { if (bit) { // Write '1' bit outp(PORTADDRESS,0x00); // Drives DQ low tickDelay(A); outp(PORTADDRESS,0x01); // Releases the bus tickDelay(B); // Complete the time slot and 10us recovery } else { // Write '0' bit outp(PORTADDRESS,0x00); // Drives DQ low tickDelay(C); outp(PORTADDRESS,0x01); // Releases the bus tickDelay(D); } } //----------------------------------------------------------------------------- // Read a bit from the 1-Wire bus and return it. Provide 10us recovery time. // int OWReadBit(void) { int result; outp(PORTADDRESS,0x00); // Drives DQ low tickDelay(A); outp(PORTADDRESS,0x01); // Releases the bus tickDelay(E); result = inp(PORTADDRESS) & 0x01; // Sample the bit value from the slave tickDelay(F); // Complete the time slot and 10us recovery return result; }該程序包括了1-Wire總線的所有位操作,通過調用該程序可以構成以字節為處理對象的函數,見實例3。
實例3. 派生的1-Wire函數
//----------------------------------------------------------------------------- // Write 1-Wire data byte // void OWWriteByte(int data) { int loop; // Loop to write each bit in the byte, LS-bit first for (loop = 0; loop < 8; loop++) { OWWriteBit(data & 0x01); // shift the data byte for the next bit data >>= 1; } } //----------------------------------------------------------------------------- // Read 1-Wire data byte and return it // int OWReadByte(void) { int loop, result=0; for (loop = 0; loop < 8; loop++) { // shift the result to get it ready for the next bit result >>= 1; // if result is one, then set MS bit if (OWReadBit()) result |= 0x80; } return result; } //----------------------------------------------------------------------------- // Write a 1-Wire data byte and return the sampled result. // int OWTouchByte(int data) { int loop, result=0; for (loop = 0; loop < 8; loop++) { // shift the result to get it ready for the next bit result >>= 1; // If sending a '1' then read a bit else write a '0' if (data & 0x01) { if (OWReadBit()) result |= 0x80; } else OWWriteBit(0); // shift the data byte for the next bit data >>= 1; } return result; } //----------------------------------------------------------------------------- // Write a block 1-Wire data bytes and return the sampled result in the same // buffer. // void OWBlock(unsigned char *data, int data_len) { int loop; for (loop = 0; loop < data_len; loop++) { data[loop] = OWTouchByte(data[loop]); } } //----------------------------------------------------------------------------- // Set all devices on 1-Wire to overdrive speed. Return '1' if at least one // overdrive capable device is detected. // int OWOverdriveSkip(unsigned char *data, int data_len) { // set the speed to 'standard' SetSpeed(1); // reset all devices if (OWTouchReset()) // Reset the 1-Wire bus return 0; // Return if no devices found // overdrive skip command OWWriteByte(0x3C); // set the speed to 'overdrive' SetSpeed(0); // do a 1-Wire reset in 'overdrive' and return presence result return OWTouchReset(); }OWTouchByte函數可以同時完成讀寫1-Wire總線數據,通過該函數可以實現數據塊的讀寫。在一些平臺上執行效率更高, Maxim提供的API就采用了這種函數。通過OWTouchByte函數,OWBlock函數簡化了1-Wire總線的數據塊發送和接收。注意:OWTouchByte(0xFF)與OWReadByte()等效,OWTouchByte(data)與OWWriteByte(data)等效。
這些函數和tickDelay函數一起構成了1-Wire總線進行位、字節和塊操作時所必需的全部函數。實例4給出了利用這些函數讀取DS2432的SHA-1認證頁的實例。
實例4. 讀DS2432實例
//----------------------------------------------------------------------------- // Read and return the page data and SHA-1 message authentication code (MAC) // from a DS2432. // int ReadPageMAC(int page, unsigned char *page_data, unsigned char *mac) { int i; unsigned short data_crc16, mac_crc16; // set the speed to 'standard' SetSpeed(1); // select the device if (OWTouchReset()) // Reset the 1-Wire bus return 0; // Return if no devices found OWWriteByte(0xCC); // Send Skip ROM command to select single device // read the page OWWriteByte(0xA5); // Read Authentication command OWWriteByte((page << 5) & 0xFF); // TA1 OWWriteByte(0); // TA2 (always zero for DS2432) // read the page data for (i = 0; i < 32; i++) page_data[i] = OWReadByte(); OWWriteByte(0xFF); // read the CRC16 of command, address, and data data_crc16 = OWReadByte(); data_crc16 |= (OWReadByte() << 8); // delay 2ms for the device MAC computation // read the MAC for (i = 0; i < 20; i++) mac[i] = OWReadByte(); // read CRC16 of the MAC mac_crc16 = OWReadByte(); mac_crc16 |= (OWReadByte() << 8); // check CRC16... return 1; }
附加軟件
本應用筆記給出了1-Wire總線操作的基本函數,這些基本函數都是構建復雜的1-Wire應用的基礎。本文忽略的一個重要操作是1-Wire搜索。通過1-Wire搜索可以搜索到掛接在總線上的多個1-Wire從機器件的唯一ID號。在應用筆記187:"1-Wire搜索算法"一文中詳細介紹了這種搜索方法,同時也給出了實現這些1-Wire基本函數的C程序代碼。1-Wire公共開發包中含有大量針對特定器件編寫的代碼,由下列鏈接提供:
http://www.ibutton.com/software/1wire/wirekit.html
其它更詳細的資料請參閱應用筆記155:"1-Wire軟件資源指南"。
替換方案
如果對于某一特定應用,通過軟件實現1-Wire主機方案不可行,則作為替換方案,可以采用1-Wire主機芯片或合成的1-Wire主機單元。Maxim提供了采用Verilog和VHDL編寫的1-Wire主機。
DS1WM
如需獲取1-Wire主機的Verilog/VHDL代碼,請提交技術支持申請。
合成的1-Wire主機工作方式在應用筆記120:"利用1-Wire主機通訊"和應用筆記119:"嵌入1-Wire主機"中進行了說明。
有多種1-Wire主機芯片可以作為微處理器的外設。串行、1-Wire線驅動器DS2480B能夠很容易地與標準串行口連接。
關于DS2480B的操作,詳見應用筆記192:"DS2480B串行接口1-Wire線驅動器的使用")。
這是為遠距離1-Wire傳輸線專門設計的先進的1-Wire線驅動器,在應用筆記244:"性能優異的1-Wire網絡驅動器"中,描述了專門為長線設計、更為精細的1-Wire線驅動器。
修訂歷史記錄
07/06/00:1.0版—最初版本。
05/28/02:2.0版—糾正了1-Wire復位采樣時間。增加了波形圖、鏈接和更多的代碼實例。
02/02/04:2.1版—增加了對高速模式的支持,給出了時序的最小值、最大值,更新了代碼實例。
09/06/05:2.2版—修正代碼例程說明中的PIO極性。
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