带VCC输入引脚的硅序列码芯片DS2411及其应用

    摘要：DS2411是Dallas Semiconductor公司推出的一种典型的一线式低成本电子识别码芯片。该器件带有外部电源输入引脚，可直接连接到微处理器的一个信号端口来进行高于15.４kbps速率的数据通信。文中介绍了DS2411的主要特点和引脚排列，重点给出了DS2411的应用设计方法。

    关键词：一线器件；序列码；电子识别；DS2411

１ 主要特点

ＤＳ２４１１硅序列码器件是ＭＡＸＩＭ属下的Ｄａｌｌａｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ公司推出的一种可使用外部电源的低成本电子识别码芯片。它能用最少的电子接口提供绝对唯一的电子身份标识（例如某种微控制器的一个信号端口引脚）。ＤＳ２４１１的注册码已经在工厂光刻进了６４ Ｂｉｔ ＲＯＭ，其中包括一个唯一的４８ Ｂｉｔ序列号、一个８ Ｂｉｔ循环冗余校验码ＣＲＣ和一个８ Ｂｉｔ家族码。数据可以通过Ｄａｌｌａｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ公司的一线协议来进行连续传输。

在典型的一线设备中，要对器件的工作电压范围进行扩展，一般必须采用外部电源。而ＤＳ２４１１正是这样一种带有电源输出引脚的硅序列码芯片。该器件的主要特点如下：

● 唯一的、经过工厂激光刻制和检测的６４ Ｂｉｔ注册码芯片(８ Ｂｉｔ家族码加４８ Ｂｉｔ序列码加８ Ｂｉｔ ＣＲＣ校验码)；保证无重码；

● 待机电流＜１μＡ；

● 内置多点控制器，可在一个一线网络中使用多个ＤＳ２４１１；

● 可与其它一线产品多点兼容；

● 一线主机可通过８ Ｂｉｔ家族码来识别连接到总线上的ＤＳ２４１１器件；

● 可直接连接到微处理器的一个信号端口，并以高于１５．４ｋｂｐｓ的速率进行通信?

● 在高速（Ｏｖｅｒｒｉｄｅ）模式时通信速率可提升到１２５ｋｂｐｓ?

● 工作范围：１．５Ｖ～５．２５Ｖ；－４０℃～＋８５℃。

２ 引脚功能和主要参数

ＤＳ２４１１采用ＴＳＯＣ、ＳＯＴ２３－３和Ｆｌｉｐ－Ｃｈｉｐ表面贴等封装形式。图１是其采用６脚ＴＳＯＣ封装的引脚排列图。

ＤＳ２４１１芯片的Ｉ／Ｏ和ＶＣＣ端口到地之间的电压范围为－０．５Ｖ～＋６Ｖ，Ｉ／Ｏ和ＶＣＣ的电流最大值均为±２０ｍＡ。芯片的工作温度范围为－４０°Ｃ～＋８５°Ｃ，最高结温为１５０°Ｃ。

３ DS2411的应用设计

ＤＳ２４１１的注册码可通过单数据线进行访问。利用Ｄａｌｌａｓ的一线协议可以获得这４８ Ｂｉｔ序列码、８ Ｂｉｔ家族码和８ Ｂｉｔ ＣＲＣ码。１－Ｗｉｒｅ协议根据特定时隙中总线的状态来工作，这些特定时隙始于总线主机发出的同步脉冲的下降沿。所有数据的读写均从最低位开始。从电源ＶＣＣ上电到一线通信开始大约需要１２００μｓ的延时，设备可以利用这段延时来发送检测脉冲。



    一线总线一般有一个单总线主机以及一个或多个从器件组成。ＤＳ２４１１在任何情况下都是从器件。通常总线主机件既可选用一个微控制器，也可选用Ｄａｌｌａｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ公司的专用芯片（如ＤＳ２４８０、 ＤＳ２４９０或ＤＳ１４８１等）。一个一线总线系统一般需要考虑硬件配置、传输顺序和一线信令（包括信号类型和信号时序）等。

　　一线总线只有一根Ｉ／Ｏ数据线。总线上的每一个设备均会在需要的时间来驱动 Ｉ／Ｏ。正是由于这一点，接到１－Ｗｉｒｅ总线上的每个从器件的输出必须为漏极开路或三态输出。使用时，如果总线主机没有双向引脚，可把两个单独的输出和输入引脚连在一起来使用。同时在总线的主机端通常需要在总线上接一个上拉电阻，其连接方法如图２所示。一个多节点总线一般由一个一线总线和多个附属从器件组成。一线总线的标准数据速率可以达到１５.４ｋｂｐｓ，高速网络中则可达到１２５ｋｂｐｓ。

一线总线的空闲状态为高电平。如果因为某种原因需要使传输暂时停止，并在其后使传输再次恢复，那么Ｉ／Ｏ应保持高电平。而如果总线电平被拉低，那么总线上的从器件会根据低电平的持续时间不同来把低电平当作一个时隙，或当作一个复位脉冲。

（１） 传输顺序

通过一线总线访问ＤＳ２４１１时，首先应当进行初始化，然后确定ＲＯＭ功能命令，之后才能读数据。

一线总线上的所有传输操作均以初始化序列开始。初始化序列由总线主机发送的复位脉冲和随后从器件发送的一个在线应答脉冲组成。从器件发出的在线应答脉冲的作用主要是使总线主机能够知道ＤＳ２４１１已在总线上并已经作好操作准备。一旦总线主机检测到从器件的在线应答脉冲，它将发出一个读ＲＯＭ、查询ＲＯＭ或者过驱动跳跃ＲＯＭ功能命令。所有功能命令码的长度均为１ ｂｙｔｅ。

图3

    （２） 工作时序

ＤＳ２４１１需要遵循严格的协议，这样才能保证数据的完整。该协议中包含了四种类型的１－ｗｉｒｅ信号：由复位脉冲和应答脉冲组成的复位序列、写０、写１和读数据信号。除了应答脉冲之外，所有其它信号都由总线主机发出。ＤＳ２４１１可以采用两种速率进行通信：标准速率和高速模式。如果没有明确采用高速模式，ＤＳ２４１１将按照标准速率进行通信。

要把系统从空闲状态激活，１－ｗｉｒｅ总线上的线电压应当从ＶＰＵＰ降至阀值电压ＶＴＬ以下。而要使系统从激活状态转换到空闲状态，其１－ｗｉｒｅ总线上的线电压则应从ＶＩＬＭＡＸ 升至阀值电压ＶＴＨ以上。系统逻辑电平的确定与ＤＳ２４１１的ＶＩＬＭＡＸ电压有关，但该电压并不触发任何事件。

图３给出了启动一次通信所需要的初始化时序。复位脉冲之后的应答脉冲表示ＤＳ２４１１已经准备好接收数据，可以发送正确的ＲＯＭ码和存储功能命令。在由多种从器件组成的多点网络中，复位脉冲为低的时间ｔＲＳＴＬ应足够长，以保证最慢的１－ｗｉｒｅ从器件能够确认复位脉冲。如果总线主机在下降沿采用ｓｌｅｗ－ｒａｔｅ控制方式，那么它必须将总线电压下拉并持续ｔＲＳＴＬ＋ｔＦ，以对该下降沿进行补偿。如果ｔＲＳＴＬ的持续时间为４８０μｓ或更长，器件将从高速模式恢复为标准速率。如果ＤＳ２４１１处于高速模式且ｔＲＳＴＬ小于８０μｓ，那么器件将继续保持高速模式。

总线主机释放数据线并进入接收模式(ＲＸ)后, １－ｗｉｒｅ总线将由上拉电阻拉至ＶＰＵＰ，采用ＤＳ２４８０Ｂ时电平的上拉是由其有源电路来实现的。当总线电压超过阀值ＶＴＨ以后，ＤＳ２４１１会在等待ｔＰＤＨ之后，通过将总线拉低ｔＰＤＬ来发出一个应答脉冲。为检测应答脉冲，主机应在ｔＭＳＰ时刻对１－ｗｉｒｅ总线的逻辑状态进行检测。

ｔＲＳＴＨ 的持续时间至少应该是ｔＰＤＨＭＡＸ、 ｔＰＤＬＭＡＸ和ｔＲＥＣＭＩＮ之和。一过ｔＲＳＴＨ，ＤＳ２４１１马上就做好了接收数据的准备。在多种从器件组成的多点网络中，标准速率下ｔＲＳＴＨ的持续时间至少应为４８０μｓ，高速模式下，ｔＲＳＴＨ的持续时间至少应为４８μｓ才能适应其它１－ｗｉｒｅ器件 。

与ＤＳ２４１１的数据通信是通过一个个时隙完成的，每个时隙只能传送一位数据。图４所示是其读写时隙图。通过写时隙可把数据从主机传送给从机，通过读时隙可把数据由从器件传送给主机。所有通信均以主机拉低数据线开始。当１－ｗｉｒｅ数据线上的电压降到阀值ＶＴＬ以下时，ＤＳ２４１１将启动它内部的定时信号发生器，以决定在写时隙期间何时对数据线进行采样，同时确定读时隙期间数据保持有效所持续的时间。

图4

    （３） 主机到从机的数据传输

对于写１时隙来说，当写１为低的时间ｔＷ１ＬＭＡＸ结束以后，数据线上的电压必须超过阀值ＶＴＨＭＡＸ；对于写０时隙来说，当写０为低的时间ｔＷ０ＬＭＩＮ结束以前，数据线上的电压则必须保持在阀值ＶＴＨＭＩＮ以下；为了最大限度地保证通信的可靠性，数据线上的电压在整个ｔＷ０Ｌ持续时间内不能超过 ＶＩＬＭＡＸ。当数据线上电压超过阀值ＶＴＨＭＡＸ后，ＤＳ２４１１需要一个恢复时间ｔＲＥＣ以便准备下一个时隙。

（４） 从机到主机的数据传输

读数据时隙的起始部分与写１时隙类似。在读信号为低的时间ｔＲＬ结束以前，数据线上的电压必须保持在 ＶＴＬＭＩＮ 电压以下。在ｔＲＬ期间，如果应答信号为０，ＤＳ２４１１便开始将数据线拉低；终止该下拉和使电压再次升高的时间可由内部定时信号发生器来确定。而如果应答信号为１，则ＤＳ２４１１就不再需要将数据线拉低，总线电压会在ｔＲＬ结束后立即开始上升。

主机在数据线上执行一次读数采样所需的时间（ｔＭＳＲＭＡＸ到ｔＭＳＲＭＩＮ）一方面可由时序中的ｔＲＬ＋（上升时间）决定，另一方面可由ＤＳ２４１１内部的定时信号发生器决定。为了最大限度地保证通信的可靠性，ｔＲＬ的持续时间在允许的范围内应当尽可能的短一些，同时主机的读取时间也应尽量靠近ｔＭＳＲＭＡＸ但不能迟于ｔＭＳＲＭＡ。在从数据线上读数之后，主机还应当等到ｔＳＬＯＴ结束后才开始下一个动作，以保证ＤＳ２４１１有足够的恢复时间ｔＲＥＣ来准备下一个时隙。