利用1-Wire?链路功能获取位置信息—一种确定器

摘要：本文介绍了一种基于寻址协议的低成本串行总线系统，用来识别丢失元件的物理位置。在测量或控制串行总线中可能存在这样的问题，例如：多点温度测量系统。本文详细介绍了在低成本串行总线中，如1-Wire，如何利用具有链路功能的DS28EA00获得位置信息。

本文还发表在Maxim工程期刊，第60期(PDF, 848kB)。

数字总线系统的共同特性即为共享。随着微处理器的推广，并行总线系统应用日益广泛，总线上挂接的所有元件共享数据线和地址线。片选信号可由地址线和控制信号解码得到。根据硬件设计和布线，连接在总线上的各个器件的物理地址总是已知的。随着技术向低成本串行总线系统的发展1，首先省去了地址线。但SPI?和MICROWIRE?串行总线仍具有片选功能。许多先进的串行总线系统引入了基于协议的寻址方式，将地址信息作为一个前导码传输给数据。该类总线的典型代表为I2C/SMBus?，此类通信接口缩减到只有数据线和时钟线。为了进一步降低成本，可以将时钟信息嵌入到数据流中。该类总线的典型代表为1-Wire、LIN和SensorPath?总线。

由于采用了基于协议的寻址方式，因此元件物理位置方面的信息将缺失。对于采用串行总线的仪表和控制应用(例如测量多点温度)，这将是一个问题。对于I2C总线而言，地址引脚与逻辑1、逻辑0、SCL或SDA相连，在某种程度上解决了这个问题。采用这一办法，单个引脚可被设定到4种不同的数字状态，相当于两个位。尽管这种方法简单、有效，但由于最初的I2C协议仅提供7个地址位，因此具有一定的局限性。1-Wire总线具有64位地址，在这一方面可提供更高的灵活性。无论如何，每个增加一个地址引脚将增加成本，因此增加地址引脚不是一个好的选择。

图1给出了一种简单的低成本方案，可重新获取串行总线上挂接的多个器件的物理位置，将网络的起始位置的器件标识为位置#1，并依次为网络上挂接的器件编号。该方案的电路连接如图中蓝色粗线所示。在位置1处，线路接地即可。


图1. 可进行位置检测的串行网络

除了图1中标有IN和OUT的两个引脚外，还需要通过片上逻辑读取IN引脚和写OUT引脚。如果协议支持多点网络功能，那么借助于上述这些方法，主机可首先识别出第一个器件，然后再识别下一个器件，以此类推，直到完成对所有器件的定位。1-Wire总线即可满足这一要求的串行总线系统。

1-Wire总线是一种简单的信令协议，可通过一条公共数据线实现主机/主控制器和一个或多个从机之间的半双工、双向通信(图2)。可以通过单根1-Wire总线实现供电以及与从机之间的数据通信。供电通过以下方式实现：在数据传输过程中，总线状态为高时从机的内部电容从总线上获取电荷，总线状态为低时利用该电荷为器件供电。典型的1-Wire主机包括一个开漏I/O引脚，并通过电阻上拉至3V至5V电源。采用这种智能通信技术，可以随时方便、高效地增加存储器、认证和混合信号功能。


图2. 不带链路功能的典型1-Wire网络

所有的1-Wire系统都有一个重要的基本特征：每个从机都具有一个唯一的、不能更改(ROM)的64位、工厂激光刻制序列号(ID)，这个序列号永远不会与其它器件重复。除了为终端产品提供唯一的电子ID外，64位ROM ID还允许主机从挂接在同一条总线上的许多从机设备中选择一个器件。64位ROM ID中包含有8位家族码，用于识别器件的类型和支持的功能。

通常，当系统启动初始化时，1-Wire主机可能并不知道总线上挂接的器件数量以及他们的ROM ID。利用总线的线与特性，主机可采用排除法确定总线上挂接的所有器件的ID。通过SearchROM*功能2，主机可确定总线上所挂接器件的ROM ID。然而，Search ROM结果无法提供单个器件的位置。例如，如图2所示的器件ROM ID，器件的ID按照表1所示的顺序获取。

表1. 器件搜索顺序

Sequence	ROM ID (Hexadecimal)	Position in Network
1	C7000000007AD242	Location #2
2	5A00000000853E42	Location #3
3	16000000008A8142	Location #1

链路功能的概念

采用链路功能确定1-Wire网络环境中器件的物理位置时，遵循以下几点：

1. 已知系统级1-Wire网络的物理分布，例如第一个、谁是第二个，等等，以及器件/节点的物理位置。
2. 获取器件(ROM ID)的物理连接顺序，哪个是第一个，哪个是最后一个。
其中a) 已知的系统信息，可从1-Wire网络的物理布局获得。b) 项通常是未知的，可以采用链路功能通信很容易获取这些信息。链路功能(图3)通过两个引脚，输入引脚(/EN)在搜索期间使能器件响应，而输出引脚(/DONE)通知链路中的下一个器件它之前的器件已完成搜索。/DONE信号连接至下一个器件的/EN输入。链路中第一个器件的/E