background image

http://www.easy-soft.tsnet.pl

Aktualizacja: 2004-12-29

Magistrala 1-Wire: 

Opis warstwy fizycznej interfejsu.

Oryginalnie,   skonstruowany   przez   firmę   DALLAS   SEMICONDUCTOR,   interfejs   1-Wire   (One   Wire) 

przeznaczony   był   do   komunikacji   na   bardzo   małe   odległości.   Został   opracowany   w   celu   podłączenia 

układu peryferyjnego do mikrokontrolera z użyciem tylko jednego wyprowadzenia. Miał być odpowiedzią 

na pytanie: co zrobić, gdy pamięć RAM mikrokontrolera jest za mała aby pomieścić wszystkie zmienne i 

jednocześnie zbyt trudno jest zmienić mikrokontroler na inny albo też brak w linii produkcyjnej takiego, 

który spełniałby wymagania?

Podstawy protokołu komunikacyjnego 1-Wire

Początkowo protokół komunikacyjny opracowany z tą myślą, był bardzo podatny na zakłócenia transmisji 

i w związku z tym układy mogły być podłączane wyłączenie lokalnie. Wkrótce jednak klienci, używający 

produktów z interfejsem 1-Wire, zaczęli domagać się rozwiązań umożliwiających wydłużenie połączenia. 

Wówczas   to   opracowano   zupełnie   nowe   protokoły   transmisji   danych   uwzględniające   większe   długości 

połączeń, pracę w sieci i mechanizmy kontroli przesyłanych danych.

Podobnie   jak   w   większości   interfejsów   szeregowych,   również   i   w   1-Wire   transmisja   przebiega   w 

konfiguracji master – slave. Układ master wyszukuje i adresuje układ slave, steruje przepływem danych, 

wysyła sygnał zegarowy. Dane przesyłane są synchronicznie z prędkością od bliskiej 0 do 16,3 kbps w 

trybie   standard   oraz   do   115   kbps   w   trybie   overdrive.   Każde   opadające   zbocze   sygnału   inicjuje   i 

synchronizuje przesyłany bit. Czas trwania bitu jest ściśle określony i wynosi 60 µs + 1 µs na tak zwany 

recovery time. Wyznacza on maksymalną prędkość transmisji w trybie standard (1 / 61 µs = 16,3 kbps). 

Po   opadającym   zboczu   sygnału   musi   upłynąć   czas   potrzebny   na   „upewnienie   się”,   że   nie   jest   to 

zakłócenie pojawiające się na linii. Później następuje już właściwa dla przesyłanego bitu zmiana stanu linii 

interfejsu.   Na   rysunkach   1   i   2   przedstawiają   sposób   przesłania   bitu   o   wartości   logicznej   „0”   i   „1”. 

Praktycznie różnią się one od siebie czasem trwania stanu niskiego. Przesyłane są słowa jednobajtowe. 

Jako pierwszy transmitowany jest bit mniej znaczący.

Pewną   trudność   w   implementacji,   jak   również   podstawową   zaletę,   stanowi   fakt,   że   dane   i   zasilanie 

przesyłane są z wykorzystaniem wspólnego przewodu, toteż do połączenia nawet skomplikowanych sieci 

układów z interfejsem 1-Wire wymagana jest tylko jedna para przewodów, z których jeden wiedzie masę 

a drugi napięcie zasilania i dane. Typowo linia interfejsu 1-Wire znajduje się w stanie wysokim a układy 

zasilanie są przez rezystor pull-up. Zbyt długie utrzymywanie stanu niskiego powoduje brak zasilania i 

może być przyczyną wadliwej pracy. Tak więc stan niski na linii powinien się pojawiać tylko wtedy, gdy 

jest on niezbędny do przesłania bitu informacji. 

Protokół transmisyjny oraz wymagania układów pracujących pod kontrolą magistrali 1-Wire są na tyle 

skromne, że obsługą transmisji może się zajmować typowy mikrokontroler wyposażony w typową linię 

portu   wejścia   /   wyjścia.   Zazwyczaj   jednak   wartość   rezystorów   pull-up   podłączonych   wewnątrz 

mikrokontrolera sięga 100 k

  i dlatego też prąd płynący przez ten rezystor jest zbyt mały, aby zasilić 

urządzenia   podłączone   do   linii   interfejsu.   Podłącza   się   więc,   równolegle   z   wewnętrznym   rezystorem 

mikrokontrolera albo też wówczas, gdy port jest typu otwarty kolektor lub otwarty dren, rezystor pull-up 

o wartości około 5 k

 pomiędzy linię 1-Wire i dodatnie napięcie zasilania. Jednak dla niektórych układów i 

ten prąd jest za mały. Stosuje się wówczas zwieranie rezystora pull-up na przykład przez równolegle 

połączony z nim tranzystor na czas konwersji przesłanej próbki, czy też zewnętrznych danych. 

Czasami   układy   pamięci   EEPROM   wymagają   wyższego   niż   5V   napięcia   programującego.   W   takich 

sytuacjach   przeważnie   stosowane   jest   napięcie   12V   załączane   na   czas   programowania   bitu   danych. 

Należy   jednak   uważać,   aby   w   czasie   zapisu   pamięci  EEPROM   nie  uszkodzić   innych,   podłączonych   do 

wspólnego przewodu układów.

 

start następnego 

cyklu 

Rysunek 1. 1-Wire, przesłanie „1”

J.Bogusz „Magistrala 1-Wire”, Strona 1 z 9

background image

http://www.easy-soft.tsnet.pl

 

start następnego 

cyklu 

Rysunek 2. 1-Wire, przesłanie „0”

 

sygnał reset wysłany przez master 

zgłoszenie obecności 

przez układ slave 

Rysunek 3. 1-Wire, sekwencja „reset” wysłana przez układ master oraz następujące po niej zgłoszenie 

układu slave

Opis

Symbol

Wartość

minimalna maksymalna

Jednostka

Czas trwania pojedynczego bitu

t

SPON

60

120

µs

Czas odtwarzania warunków zasilania

t

REC

1

µs

Czas trwania przesyłanego bitu „0”

t

LOW0

60

120

µs

Czas trwania przysyłanego bitu „1”

t

LOW1

1

15

µs

Czas trwania ważnego bitu danych

t

RDV

15

µs

Czas trwania stanu wysokiego sekwencji „reset”

t

RSTH

480

µs

Czas trwania stanu niskiego sekwencji „reset”

t

RSTL

480

µs

Czas trwania stanu wysokiego do zgłoszenia 

układu slave po „reset”

t

PDHIGH

15

60

µs

Czas trwania stanu niskiego – zgłoszenie 

obecności przez slave

t

PDLOW

60

240

µs

Tabela 1. Zestawienie czasów charakterystycznych dla transmisji w standardzie 1-Wire.

Jedną z cech urządzeń z interfejsem 1-Wire jest unikatowy, ośmiobajtowy kod zapisany w pamięci ROM. 

Producent   gwarantuje,   że   kod   ten   jest   niepowtarzalny   i   właściwy   tylko   i   wyłącznie   pojedynczemu 

układowi   scalonemu.   Trzeba   przyznać,   że   liczba   dostępnych   kombinacji   jest   bardzo   duża.   Najmniej 

znaczący bajt zawiera kod grupy układów. W związku z tym, że więcej niż jeden układ może należeć do 

danej grupy, młodsza część identyfikatora może być taka sama dla różnych układów. Następne 6 bajtów 

zawiera unikatowy kod, ustalany w czasie produkcji. Ten unikatowy numer stanowi rodzaj adresu dla 

każdego  z układów z  interfejsem  1-Wire – będzie się  nim  posługiwał  układ  master  odwołując  się  do 

konkretnego układu slave. Najbardziej znaczący  bajt zawiera sumę kontrolną, tak zwane CRC (Cyclic 

Redundancy Check). Jest ona wyliczana na podstawie poprzednich siedmiu bajtów i została ustalona w 

czasie produkcji układu oraz na stałe zapisana w pamięci ROM. Podobnie przesyłane są wszystkie dane 

odbierane czy też wysyłane przez układ master. Dla upewnienia się, że dane są prawdziwe, musi on 

porównać wyliczoną sumę kontrolną CRC z otrzymaną od slave. Jeśli obie te wartości są identyczne, 

oznacza to poprawność transmisji.

Typowo,   układy   wyposażone   w   interfejs   1-Wire,   wyliczają   sumę   kontrolną   na   podstawie   słowa 

jednobajtowego – oznacza się ją jako CRC8. Produkowane są jednak również układy pamięci wyliczające 

J.Bogusz „Magistrala 1-Wire”, Strona 2 z 9

background image

http://www.easy-soft.tsnet.pl

sumę kontrolną na podstawie słowa dwubajtowego – oznacza się ją jako CRC16. Metoda wyliczenia jest 

bardzo podobna, chociaż przeprowadzana jest dla różnej liczby bitów. 

Konstrukcja portów interfejsu

Linią interfejsu 1-Wire może być typowy port mikrokontrolera. Najlepiej jest aby był on typu otwarty 

dren, jednak nie jest to warunek konieczny. Typowo używa się rezystora pull-up o wartości około 5 k

ustalającego poziom logiczny linii oraz zasilającego układy 1-Wire.

Pojemność montażowa przewodów ma bezpośredni wpływ na kształt zboczy sygnałów sterujących. Może 

się jednak zdarzyć, że układy peryferyjne 1-Wire znajdują się w dosyć dużej odległości od urządzenia 

master.   Wówczas   zaleca   się   albo   stosowanie   przełączanej   rezystancji   pull-up   (może   ona   wręcz   być 

zwierana przez tranzystor), albo też poprowadzenie zasilania przy pomocy osobnego przewodu, co jest 

możliwe dla wielu układów z tej rodziny, na przykład czujników temperatury.

Rysunek 3. Wygląd portów układu master (najczęściej jest nim mikrokontroler) oraz slave

Zarówno port układu master jak i układu slave, są liniami dwukierunkowymi. Dodatkowo linia portu slave 

spełnia jeszcze funkcję doprowadzenia napięcia zasilania. Warto tutaj wspomnieć, że stan niski linii 1-

Wire przez okres dłuższy niż 480 µs powoduje faktyczne wyłączenie układu slave a ponowne pojawienie 

się stanu wysokiego, powoduje wywołanie funkcji reset po załączeniu napięcia zasilania (power on reset).

Rysunek 4. Przykład rozwiązania dynamicznego przełączania rezystancji pull-up

J.Bogusz „Magistrala 1-Wire”, Strona 3 z 9

background image

http://www.easy-soft.tsnet.pl

Rysunek 5. Sterowanie przełączeniem zasilania linii 1-Wire przez „ominięcie” rezystora pull-up przy 

pomocy tranzystora MOS

Jakkolwiek wielokrotnie już wspomniałem o wartości rezystora pull-up rzędu 5 k

  nie należy się zbyt 

mocno   tym   sugerować.   Wartość   ta   jest   poprawna   dla   małych   pojemności   połączeń   prowadzonych 

lokalnie. W praktyce bardzo często, zwłaszcza dla długich połączeń, stosuje się dużo mniejsze wartości 

rezystancji pull-up, nawet rzędu 1 k

.

1-Wire a budowa sieci.

Szeroka gama produktów – zwłaszcza wszelkiego rodzaju układów pomiaru temperatury, wilgotności, czy 

innych   wielkości   fizycznych   -   wyposażonych   w   interfejs   1-Wire   oraz   prostota   ich   łączenia   przy 

jednocześnie bardzo małej liczbie przewodów interfejsu, zachęcają wielu konstruktorów do budowy sieci 

różnorodnych czujników. Można w ten sposób mierzyć na przykład temperaturę w pomieszczeniach aby 

sterować   układami   klimatyzacji   i   ogrzewania.   Można   budować   stacje   pogodowe   z   niewielką   liczbą 

połączeń. Zastosowań   jest   bardzo  dużo.   Sieć  układów  1-Wire   jest   bardzo  często   mieszaniną   różnych 

czujników i układów funkcjonalnych, różnego rodzaju przewodów i topologii ich połączeń. Rzadko kiedy 

spotyka się dwie identyczne sieci – każda z nich jest inna, składa się z innych urządzeń, inaczej i innymi 

przewodami   poprowadzone   są   połączenia.   Jak   w   takich   warunkach   zapewnić   poprawne   przesyłanie 

sygnału?

Budowę   należy   rozpocząć   od   warstwy   fizycznej,   od   połączeń.   Tak   samo,   jak   każdy   sygnał   zmienny 

przesyłany przez przewody, również sygnały interfejsu 1-Wire podlegają prawom fizyki i chociaż jest to 

sygnał raczej o niewielkiej szybkości zmian, również i tutaj bardzo ważnym jest aby zwrócić szczególną 

uwagę   na   jakość   połączeń  elektrycznych,   doprowadzeń   i   rozgałęzień   sygnału   i   także,   co   jest   bardzo 

ważne, na jednorodność kabla przesyłowego. Najlepiej jeśli jest nim kabel telekomunikacyjny - skrętka 

kategorii 5. Lepiej do tego celu nie używać kabli energetycznych. Mają one zbyt dużą pojemność, co 

może mieć negatywny wpływ na transmisję danych.

Jakkolwiek połączenia pomiędzy układami 1-Wire mogą być poprowadzone w formie zupełnie dowolnej, to 

zazwyczaj   mieszczą   się   one   w   jednej   z   trzech   przedstawionych   niżej   typowych   topologii,  właściwych 

również innego rodzaju połączeniom:

1) topologia linearna: linia interfejsu 1-Wire to skręcona para przewodów, zaczynająca się od układu 

master i prowadzone od niego do układu slave a następnie od układu slave do układu slave; połączenie 

kończy się na ostatnim w szeregu układzie slave,

J.Bogusz „Magistrala 1-Wire”, Strona 4 z 9

background image

http://www.easy-soft.tsnet.pl

2) topologia pnia: linia interfejsu prowadzona przy pomocy pojedynczego przewodu głównego od 

układu master do najdalej położonego układu slave; poszczególne układy slave dołączane są w formie 

„gałęzi” o długości przekraczającej 3 m do „pnia” głównego,

3) topologia gwiazdy: połączenia poszczególnych układów slave zbiegają się w jednym wspólnym 

punkcie w pobliżu układu master, albo też bezpośrednio na jego zaciskach połączeniowych.

Każde urządzenie slave podłączone do sieci, powoduje wzrost jej długości. Dzieje się tak nie tylko ze 

względu   na   konieczność   wykonania   pewnych   połączeń,   ale   również   przez   wnoszoną   w   ten   sposób 

pojemność, co odpowiada sytuacji właściwej przedłużaniu połączenia. Upraszczając można powiedzieć, że 

każde urządzenie w obudowie metalowej typu iButton, tak jakby dodatkowy 1 metr przewodu, natomiast 

w innej obudowie (plastykowej typu DIP, czy też TO) to 0,5 metra. Stąd też można wyciągnąć wniosek, 

że na przykład dwadzieścia czujników temperatury typu DS1820 w obudowie TO-92, to dodatkowe 10 

metrów przewodu połączeniowego. Wartość tę należy dodać do ogólnej długości połączeń. Jakkolwiek 

długość połączeń jest bardzo ważna ze względu na wiele czynników, to jednak na transmisję danych 

bezpośredni wpływ ma ich pojemność.

Często   w   celu   ograniczenia   rozmiaru   sieci   stosuje   się   topologie   mieszane   z   przełącznikiem 

elektronicznym.   Przykład   takiego   rozwiązania   znajduje   się   na   rysunku   4.   Twórcy   interfejsu   1-Wire 

przewidzieli,   że   czasami   może   być   konieczne   rozgałęzienie   już   istniejącej   linii   sygnałowej.   Do   takich 

J.Bogusz „Magistrala 1-Wire”, Strona 5 z 9

background image

http://www.easy-soft.tsnet.pl

zastosowań skonstruowany został elektroniczny przełącznik, układ o nazwie DS2409. Posiada on jedno 

wejście   interfejsu   1-Wire   i   dwa     wyjścia.   Sterowany   przez   rozkazy   pojawiające   się   na   linii,   może 

całkowicie zmienić strukturę połączeń w którymś z punktów sieci.

Rysunek 6. Schematyczny przykład użycia przełączników elektronicznych do ograniczenie długości

 

 połączeń.

Można też próbować przełączać sieci w inny sposób, na przykład wykorzystując przekaźnik. Nie uzyska 

się  w   ten   sposób   tak   dużej   niezawodności,   ale  również   jest   to   pewna  metoda.   Układ   DS2409,   obok 

przełączanego portu interfejsu 1-Wire, posiada również wyjście sygnalizacyjne, przyjmujące stan wysoki 

lub niski w zależności od załączonej konfiguracji. Może tego wyjścia użyć również do innych celów, na 

przykład sterowania przekaźnikiem, czy też kluczami analogowymi. Uzyskujemy w ten sposób również 

rodzaj przełącznika sterowanego przy pomocy sygnałów wysyłanych przez układ master.

Opis   tworzenia   sieci   nie   byłby   pełny,   gdyby   nie   wspomnieć   o   ograniczeniach,   którym   podlegają. 

Podstawowym prawem fizyki, które zawsze należy uwzględniać budując tego rodzaju połączenia (nie tylko 

w   przypadku   1-Wire)   jest   prawo   Ohma.   Mówi   ono,   że   prąd   płynący   przez   przewód   wywoła   spadek 

napięcia proporcjonalny do wartości prądu i rezystancji przewodu. Układy z interfejsem 1-Wire zazwyczaj 

zasilane   są   napięciem   od   3   do   5V,   czyli   spadek   napięcia   pomiędzy   układem   master   (do   którego 

najczęściej   podłączony   jest   rezystor   pull-up)   a   najbardziej   oddalonym   układem   slave,   nie   może   być 

większy niż 2V. Zgodnie z prawem Ohma, zależy on od płynącego prądu – czyli liczby podłączonych 

układów   1-Wire   oraz   rezystancji   przewodu,   czyli   jego   przekroju,   rodzaju   materiału   przewodzącego   i 

długości.

Innym   czynnikiem   jest   wydajność   prądowa   interfejsu   układu   master   w   odniesieniu   do   pojemności 

montażowych. Przy  budowie rozległych sieci, prądu wyjściowy jest bardzo ważny, ponieważ nie tylko 

służy do zasilania układów slave, lecz również jest bezpośrednio odpowiedzialny za ładowanie szkodliwej 

pojemności   połączeń   a   co   za   tym   idzie   czasy   narostów   zboczy   sygnałów   sterujących.   Przy   dużej 

pojemności   montażowej   bardzo   istotnym   będzie   również   rezystancja   stopnia   wyjściowego   master   w 

stanie niskim – będzie od niej zależał czas rozładowania szkodliwej pojemności a co za tym idzie – kształt 

opadającego zbocza sygnału. Typowo używany rezystor pull-up pozwala na poprawne przesyłanie sygnału 

kablem o długości do 200 metrów. W przypadku dłuższych połączeń, musi być używany aktywny rezystor 

pull-up o wartości zmieniającej się wraz ze zboczem sygnału. Pozwala on na podniesienie długości kabla 

do około 500 metrów.

Długość   kabla   połączeniowego   jest   zawsze   pewnym   kompromisem   pomiędzy   ilością   podłączonych 

układów z interfejsem 1-Wire (pamiętajmy, że pojedynczy układ dołączony do linii interfejsu to tak jakby 

0,5 .. 1 metra przewodu), długością połączeń a wydajnością stopnia wyjściowego master. 

Tak  samo   jak  dla  wszystkich  transmisji  sygnałów, również   i  w  przypadku  1-Wire  bardzo  istotną   jest 

impedancja połączenia. Używanie różnych rodzajów kabli, budowanie rozgałęzień połączenia – wszystkie 

zabiegi zakłócające ciągłość kabla – mogą być powodem powstawania tak zwanych fal odbitych. Jest to 

rodzaj szkodliwego sygnału, docierającego do układu master, który w tym przypadku może powodować 

zakłócenia transmisji. Gdy sieci są względnie małe, może być używany prosty rodzaj bufora wyjściowego. 

Energia docierającej fali odbitej jest zbyt mała, aby powodować problemy, straty w kablu są również 

niewielkie. Ale wraz z rozmiarem sieci, rośnie liczba problemów, którym musi sprostać stopień wyjściowy 

układu master. Nie tylko rośnie znaczenie wcześniej omówionych czynników ale również pojawiają się 

nowe. Jednym z nich jest opóźnienie sygnału wprowadzane przez kabel połączeniowy. Dla kabla typu 

skrętka telekomunikacyjna kategorii 5, odpowiedź przesyłana przez układ slave znajdujący się na końcu 

przewodu o długości 750 metrów, jest na granicy limitów czasowych wprowadzanych przez specyfikację 

protokołu komunikacyjnego.

Najtrudniejszą do praktycznej realizacji, jest topologia gwiazdy, której linie nie są przełączane. Dzieje się 

tak   dlatego,   ponieważ   każdy   z   przewodów   pracuje   w   innych   warunkach.   Różna   jest   długość,   różne 

J.Bogusz „Magistrala 1-Wire”, Strona 6 z 9

background image

http://www.easy-soft.tsnet.pl

rozmieszczenie i sposób połączenia układów slave. Różne też będą powstawały fale odbite, które później 

zbiegną się w jednym punkcie – na przykład na zaciskach wyjściowych master. To, co może się wydarzyć 

jest   nieprzewidywalne.   Producent   nie   daje   żadnej   gwarancji,   że   topologia   gwiazdy   będzie   pracować 

poprawnie. Jeśli więc decydujemy się na tego rodzaju układ sieci, każda z gałęzi musi być przełączana 

tak, aby w danym momencie aktywna była tylko jedna z nich.

Zasilanie układów 1-Wire.

Układy z interfejsem 1-Wire pobierają zarówno zasilanie jak i sygnały sterujące wykorzystując ten sam 

przewód. Powoduje to, że połączenia pomiędzy układami a tym samym budowa nawet bardzo rozległych 

sieci, są bardzo tanie. Jednak wspólne przesyłanie obu tych sygnałów wiąże się z pewnymi utrudnieniami 

dla   projektanta.   Z   jednej   strony   należy   bowiem   sprostać   wymaganiom   warunków   zasilania   z   drugiej 

natomiast wzrost prądu zasilającego wiąże się z koniecznością budowy specjalnych buforów wyjściowych 

układów master. Zasilaniu przesyłanemu przez przewody zupełnie nie przeszkadza  wzrost pojemności 

połączeń – mało tego może być pewnym czynnikiem eliminacji zakłóceń. Z drugiej strony jest to główny 

czynnik   kształtujący   zbocza   sygnałów   cyfrowych.   Tak   więc   stosowane   rozwiązania   są   poszukiwaniem 

pewnego kompromisu. Generalnie stosowane rozwiązania można podzielić na trzy podstawowe techniki: 

przesyłanie prądu zasilania gdy napięcie przekracza 3,5V,

przesyłanie zasilania, gdy linia jest w stanie wysokim z wykorzystaniem pojemności oraz diody 
blokującej,

przesyłanie prądu zasilającego, poprzez załączenie małej rezystancji zasilającej w momencie, gdy 
nie jest aktywna transmisja danych.

Dla układów wykorzystujących interfejs 1-Wire przyjęto jako zasadę działania, że stan logiczny wysoki 

reprezentowany jest przez napięcie z zakresu od 3 do 5V (wykluczając napięcie programujące EEPROM). 

W związku z tym przedział napięć powyżej 3V może być wykorzystany do transmisji zasilania również dla 

układów innych niż wyposażonych w interfejs 1-Wire. W tym celu do linii 1-Wire podłącza się układy 

komparatorów   napięcia   dokonujące   swego   rodzaju   rozdziału   energii   zasilania.   Rozdział   może   być 

kontrolowany również przez układ master. W takiej sytuacji komunikacja przebiega w zakresie napięć do 

3V, natomiast energia  przesyłana  w przedziale  napięć  wyższych  może  być   przeznaczona   do zasilania 

różnorodnych obwodów. Spójrzmy na rysunek 5 ukazujący poglądowe zastosowanie układu DS2406 do 

zasilania diody LED pod kontrolą układu master. Układ wymaga zastosowania aktywnego obwodu pull-up. 

Rezystor włączony pomiędzy linię danych a diodę LED ogranicza prąd płynący przez diodę do wartości 

około 15 mA. W związku z wydajnością źródła prądowego master, napięcie całej magistrali w momencie 

gdy świeci dioda LED, spada do poziomu około 3,5V. Komunikacja nadal jest możliwa, dioda LED również 

może świecić wykorzystując „nadwyżkę” energii. Po jej wyłączeniu, napięcie wraca do wartości 5V. Nie 

przeszkadza to w funkcjonowaniu układów z interfejsem 1-Wire.

Rysunek 7. Dioda LED zasilana energią dostępną w przedziale napięć od 3,5 do 5V.

J.Bogusz „Magistrala 1-Wire”, Strona 7 z 9

background image

http://www.easy-soft.tsnet.pl

Dla   niektórych   aplikacji   możliwe   do   zaakceptowania   jest   włączenie   szeregowej   diody   Schottky   oraz 

kondensatora   wytwarzających   lokalnie   potrzebne   napięcie   zasilania.   Schemat   takiego   rozwiązania 

przedstawia  rysunek   6. W  stanie  wysokim  linii  1-Wire prąd  płynie  przez  diodę ładując  kondensator  i 

zasilając   podłączony   układ.   Po   zaniku   napięcia   na   magistrali   1-Wire,   dioda   Schottky   nie   pozwala   na 

rozładowanie się kondensatora inną drogą niż przez zasilany układ. Stała czasowa rozładowania musi być 

tak   dobrana,   aby   do   momentu   pojawienia   się   następnego   dodatniego   impulsu   napięcia   mogącego 

doładować kondensator, układ mógł być zasilany zgromadzoną w pojemności energią. Jej wartość zależeć 

więc będzie od pobieranego przez zasilany obwód prądu, jednak w praktyce waha się w okolicach 100 nF. 

Jest   to   technika   stosowana   również   przez   wielu   producentów   układów   z   interfejsem   1-Wire   do   ich 

zasilania.   Podstawową   wadą   tego   rozwiązania   jest   fakt,   że   w   przypadku   obniżenia   się   napięcia   na 

kondensatorze   poniżej   3V,   komunikacja   z   wykorzystaniem   interfejsu   1-Wire   nie   jest   możliwa.

Rysunek 8.Tak można użyć diodę Schottky i kondensator do zasilania obwodu podłączonego do 

magistrali 1-Wire.

Jednopołówkowy   prostownik   napięcia   z   rysunku   6   można   wyizolować   przy   pomocy   układu   dwóch 

przełączników oraz zwiększyć pojemność dołączonego kondensatora do wartości większej niż 2000 µF 

tak,   jak   to   przedstawiono   na   rysunku   7.   Przełączniki   (dla   przykładu   -   zbudowane   z   wykorzystaniem 

DS2406)   sterowane   są   przez   układ   master.   Gdy   zamknięty   jest   przełącznik   oznaczony   jako   SW1 

kondensator pobiera energię z magistrali 1-Wire w ten sam sposób, jak poprzednio. Podstawową zaletą i 

różnicą tego rozwiązania jest fakt, że gdy przełącznik SW1 jest otwarty to faktycznie pojemność jest 

odizolowana od wpływu magistrali 1-Wire i komunikacja może zostać wznowiona bez żadnych przeszkód. 

Główną przesłanką do skonstruowania takiego układu jest podniesienie wydajności prądowej magistrali 1-

Wire   kosztem   nie   tyle   bufora   wyjściowego   układu   master   ile   dołączonej   pojemności.   Prąd   ładujący 

kondensator może być bowiem wielokrotnie mniejszy od tego wymaganego jako maksimum warunków 

zasilania. Gdy konieczna jest zgromadzona w pojemności energia, wówczas zamknięcie przełącznika SW2 

umożliwi   jej   wykorzystanie.   Dodatkowo   SW2   izoluje   magistralę   1-Wire   od   wpływu   dołączonej  bardzo 

dużej pojemności szkodliwej dla transmisji danych.

J.Bogusz „Magistrala 1-Wire”, Strona 8 z 9

background image

http://www.easy-soft.tsnet.pl

Rysunek 9. Tak można poprawić wydajność prądową magistrali 1-Wire.

Kończąc   już   rozważania   na   temat   zasilania   układów   1-Wire,   należy   tylko   przypomnieć   o   jednym   z 

podstawowych praw fizyki – prawie Ohma. Nigdy nie wolno lekceważyć go budując układy dystrybucji 

napięcia.   Proste   zależności   wynikające   z   płynącego   prądu   oraz   rezystancji   przewodów   są   łatwe   do 

wyliczenia a konsekwencje z nich wynikające dają się w prosty sposób przewidzieć. 

Jacek Bogusz

jacek.bogusz@easy-soft.tsnet.pl

J.Bogusz „Magistrala 1-Wire”, Strona 9 z 9