Кіріспе

Құрылғылық байланыс шина жүйесі. 1 Wire – Dallas Semiconductor компаниясы жасаған, бір сым арқылы төмен жылдамдықты (16,3 кбит/с) деректерді жіберу және қуат беруді қамтамасыз ететін сымдық, жартылай дуплекстік, тізбекті шина. 1 Wire түсінігі жағынан I2C-ге ұқсас, бірақ деректерді беру жылдамдығы төмендеу және қашықтығы ұзақ. Ол көбінесе сандық термометрлер және ауа райы өлшегіштер сияқты арзан құрылғылармен байланыс үшін қолданылады. 1 Wire құрылғылардың бас құрылғысымен байланысқан желісі MicroLAN деп аталады. Бұл протокол сондай-ақ шағын электрондық кілттерде, «Даллас кілті» немесе «One Wire кілті» ретінде де қолданылады. Шинаның ерекше ерекшелігі – дерек және жер сымы сияқты тек екі сымды пайдалану мүмкіндігі. Мұны іске асыру үшін 1 Wire құрылғылары шағын конденсаторды (~800 пФ) зарядты сақтау үшін кіріктіреді, ол дерек желісі активті болған кезде құрылғыны қуатпен қамтамасыз етеді.

Пайдалану үлгісі

1 Сымдық құрылғылар әртүрлі топтамаларда қол жетімді: интегралды схемалар, TO 92 стиліндегі топтама (әдетте транзисторлар үшін қолданылады) және «Даллас кілті» деп аталатын портативті формасы – ол сағат батареясына ұқсайтын кішкентай тот баспайтын болаттан жасалған топтама. Өндірушілер бір компоненттен гөрі күрделі құрылғыларды да шығарады, олар 1 сым шинасын байланыс үшін пайдаланады. 1 Сымдық құрылғыларды жүйеде әртүрлі жерлерге орнатуға болады. Олар өнімдегі схемалық тақтадағы көптеген компоненттердің бірі болуы мүмкін. Сондай-ақ, температуралық зонд сияқты құрылғыдағы жалғыз компонент ретінде де кездеседі. Оны бақыланатын құрылғыға бекітуге болады. Кейбір зертханалық жүйелер модульдік жалғауыштармен немесе CAT 5 кабельдерімен 1 сымдық құрылғыларға қосылады. Мұндай жүйелерде RJ11 (6P2C немесе 6P4C модульдік штепсельдер, көбінесе телефондар үшін қолданылады) жиі қолданылады. Сенсорлар мен атқарушылар жүйелерін көптеген 1 сымдық компоненттерді сым арқылы біріктіру арқылы құруға болады. Әрбір 1 сымдық компонент 1 сым шинасында жұмыс істеуге қажетті барлық логиканы қамтиды. Мысалдарға температура тіркегіштері, таймерлер, кернеу және ток сенсорлары, батарея мониторлары және жад жатады. Бұларды шиналық түрлендіргіш арқылы компьютерге қосуға болады. USB, RS 232 тізбектік және параллель порт интерфейстері MicroLan-ды хост-компьютерге қосу үшін танымал шешімдер болып табылады. 1 сымдық құрылғыларды әртүрлі өндірушілердің микробасқарушыларына тікелей қосуға болады. 1 сым шина жүйелеріне контейнердің «қақпағы» мен «табанына» жанасатын контактілері бар ұялар арқылы қосылады. Балама ретінде, жалғау жартылай тұрақты болуы мүмкін, онда ұяға бекітіледі, бірақ оны оңай алып тастауға болады. Әрбір 1 сымдық чипте бірегей идентификациялық код болады. Бұл мүмкіндік чиптерді, әсіресе, электрондық кілттер ретінде пайдалануға қолайлы етеді. Олардың қолданылуына кілттер, ұрлық сигнализациясы, компьютерлік жүйелер, өндіруші бекіткен аксессуарлар, уақыт сағаттары және ақылды сейфтерге арналған курьерлік және техникалық қызмет көрсету кілттері жатады. Стамбулдағы қоғамдық көлікте «Ақбил» смарт-билеттері ретінде де қолданылды.

Электрмен жабдықтау

Apple MagSafe және MagSafe 2 қосқышы бар қуат көздері, дисплейлер және Mac ноутбуктері 1 Wire протоколын пайдаланып, қосқыштың ортаңғы тірегі арқылы қосылған Mac ноутбугіне деректерді жіберіп, қабылдайды. Деректерге қуат көзінің моделі, қуаты және сериялық нөмірі, сондай-ақ ноутбук командалары – толық қуатты жіберу және қосқыштағы қызыл немесе жасыл жарықдиодтарды жандыру кіреді. Түпнұсқа Dell ноутбуктерінің қуат көздері 1 Wire протоколын қолданады, қуат, ток және кернеу туралы деректерді үшінші сым арқылы ноутбукке жібереді. Егер адаптер талаптарға сай келмесе, ноутбук зарядталудан бас тартады.

Байланыс протоколы

Кез келген MicroLan желісінде әрдайым жалпы басқаруды бір шебер құрылғы жүзеге асырады, ол дербес компьютер немесе микроконтроллер болуы мүмкін. Шебер құрылғы шинадағы әрекеттерді бастайды, шинадағы соқтығысуларды болдырмауды жеңілдетеді. Шебер құрылғының бағдарламалық қамтамасыз етіліміне соқтығысуларды анықтауға арналған протоколдар енгізілген. Соқтығысқаннан кейін шебер құрылғы қажетті байланысты қайтадан орнатуға тырысады. 1 сымдық желі – бұл жалғыз кері тартым резисторы бар жалғыз ашық коллекторлық сым. Кері тартым резисторы сымды 3 немесе 5 вольтқа дейін көтереді. Шебер құрылғы мен барлық бағынышты құрылғылардың әрқайсысы сымды басқару үшін жалғыз ашық коллекторлық қосылымына және сымның күйін сезіну мүмкіндігіне ие. "1 сымдық" атауына қарамастан, барлық құрылғыларда дерек сымы арқылы кері ток ағынын қамтамасыз ету үшін жерге қосылу үшін екінші өткізгіш болуы керек. Байланыс шебер немесе бағынышты құрылғы шинаны қысқа мерзімге төмен тартқанда, яғни, шығыс MOSFET арқылы кері тартым резисторын жерге қосса, жүзеге асырылады. Дерек сымы бос тұрғанда жоғары деңгейде болады, сондықтан ол шектеулі сандағы бағынышты құрылғыларды қуаттауға қабілетті. 16,3 кбит/с деректерді беру жылдамдығына қол жеткізуге болады. Сонымен қатар, үдемелі режим байланыс жылдамдығын 10 есе арттырады. Ұзын емес 1 сымдық шинаны микроконтроллердегі бір цифрлық I/O тірегінен басқаруға болады. әмбебап асинхронды қабылдағыш-таратушы (UART) да қолданылуы мүмкін. 1 сымдық драйверлер мен көпірлік микросхемалары бар. Universal Serial Bus "көпір" микросхемалары да қол жетімді. Көпірлік микросхемалар 100 метрден ұзын кабельдерді басқару үшін өте пайдалы. Өндіруші 300 метрге дейін бұралған жұп кабельдерді, яғни телефон кабельдерін сынаған. Бұл өте үлкен ұзындықта кері тартым резисторының кедергісін 5-тен 1 кОм-ға дейін реттеуді қажет етеді. Шебер құрылғы берілісті қайта орнату импульсімен бастайды, ол сымды кем дегенде 480 мкс бойы 0 вольтқа дейін төмендетеді. Бұл шинадағы барлық бағынышты құрылғыларды қайта орнатады. Осыдан кейін, егер шинада бағынышты құрылғы болса, ол "болғандығын" хабарлайтын импульс жібереді: шебер құрылғы шинаны босатқаннан кейін кем дегенде 60 мкс бойы төмен ұстайды. Бинарлық "1" санын жіберу үшін шина шебері өте қысқа (1–15 мкс) төмен импульс жібереді. Бинарлық "0" санын жіберу үшін шебер құрылғы 60 мкс төмен импульс жібереді. Импульстің түсетін (теріс) жиегі бағынышты құрылғыдағы моностабильді мультивибраторды іске қосу үшін қолданылады. Бағынышты құрылғыдағы мультивибратор импульстің түсетін жиегінен кейін шамамен 30 мкс өткен соң дерек желісін оқиды. Бағынышты құрылғының ішкі таймері – арзан аналогты таймер. Оның уақыттық дәлдігіне әсер ететін аналогтық толеранттылықтары бар. Сондықтан импульстар белгілі бір шекте есептеледі. Сондықтан "0" импульстары 60 мкс ұзақтықта болуы керек, ал "1" импульстары 15 мкс-тан аспауы керек. Деректерді қабылдағанда, шебер құрылғы әр битті бастау үшін 1–15 мкс 0 вольт импульсін жібереді. Егер бағынышты құрылғы "1" жібергісі келсе, ол ештеңе жасамайды және шина кері тартым вольтына көтеріледі. Егер бағынышты құрылғы "0" жібергісі келсе, ол дерек желісін 60 мкс бойы жерге төмендетеді. Негізгі реттілік – қайта орнату импульсі, содан кейін сегіз биттік команда, содан кейін деректер сегіз биттік топтарда жіберіледі немесе қабылданады. Деректер тізбегін беру кезінде қателерді сегіз биттік CRC (деректерді әлсіз қорғау) арқылы анықтауға болады. Бір шинада көптеген құрылғылар жұмыс істей алады. Шинадағы әрбір құрылғыда 64 биттік сериялық нөмір бар, оның сегіз биті тексеру сомасы ретінде қолданылады, осылайша 256 (7,2 × 1016-дан астам) бірегей құрылғы идентификаторларының "әмбебаптығы" қамтамасыз етіледі. Сериялық нөмірдің ең кіші маңызды байты – құрылғының түрін анықтайтын сегіз биттік сан. Ең маңызды байт – 1 сымдық шина үшін стандартты сегіз биттік CRC. Іздеу алгоритмін баламалы түрде жүзеге асыруға болады, бастапқыда 0-ге емес, 1-ге тең адрестік биттері бар жолдарды іздеу арқылы. Бұл жағдайда 56 адрестік битті инверсиялап, содан кейін оларды кері қайтару табу реттілігін береді. Шинадағы құрылғылардың орналасуы кейде маңызды. Мұндай жағдайларда микроконтроллер бірнеше тіректерін пайдалана алады немесе өндірушіде шинаны өшіретін немесе оны өткізетін 1 сымдық құрылғы бар. Сондықтан бағдарламалық қамтамасыз ету жүйелі шина домендерін зерттей алады.

Құрылғымен байланыс үлгісі

Келесі сигналдар DS2432 (EEPROM) чипімен байланыс үшін басқарушы болып табылатын FPGA-дан жасалды және логикалық анализатормен өлшенді. 1 сымдық шығыстағы жоғары деңгей FPGA шығысы үш күйлі режимде екенін және 1 сымдық құрылғы шинаны төменге тарта алатынын білдіреді. Төмен деңгей FPGA шинаны төменге тартатынын білдіреді. 1 сымдық кіріс – өлшенген шина сигналы. Кіріс үлгісінің жоғары уақытында FPGA құрылғының жауабын анықтау және биттерді қабылдау үшін кіріс сигналын үлгілейді.

Даму құралдары

1 Wire шинасын әзірлеу және/немесе жұмыс істемейтін жағдайларды анықтау кезінде аппараттық сигналдарды қарастыру өте маңызды. Логикалық анализаторлар мен шина анализаторлары – бұл сигналдарды жинап, талдап, түсіндіріп, сақтайтын және жоғары жылдамдықтық толқын формаларын қарауды жеңілдетуге арналған құралдар.