DS2430A在即插即用傳感器系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言
    隨著測(cè)控系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、復(fù)雜性、精度和可靠性要求的不斷提高，人們對(duì)傳感器性能的要求也越來(lái)越高。目前IEEE 1451．4為傳感器提供了新的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)建立了一個(gè)使傳感器具有即插即用功能的通用方法——為模擬接口傳感器附加自我描述的功能，以減少傳感器配置所用的時(shí)間，以及在此過(guò)程中面臨的風(fēng)險(xiǎn)。識(shí)別模塊作為即捅即用傳感器的重要組成部分，為傳感器提供自我描述信息。DS2430A是Maxim公司推出的256位一線式EE-PROM，具有3引腳TO-92小體積封裝形式或6引腳TSOC表面貼封裝形式，能安裝到印制電路板上或進(jìn)行引線，其典型應(yīng)用包括儲(chǔ)存校準(zhǔn)系數(shù)、板卡識(shí)別以及產(chǎn)品升級(jí)的狀態(tài)信息等，很適合應(yīng)用到即插即用傳感器系統(tǒng)的識(shí)別模塊中。它除了具有一般1-Wire器件的特性外，還有一些特殊的結(jié)構(gòu)和要求。

1 DS2430A的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)
    DS2430A內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。DS2430A有2個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：光刻ROM和存儲(chǔ)器。其存儲(chǔ)器由3個(gè)獨(dú)立部分組成，分別為256位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPROM、64位應(yīng)用寄存器和8位狀態(tài)寄存器。每個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和應(yīng)用寄存器都有其對(duì)應(yīng)的暫存單元，稱為暫存器，當(dāng)向該器件寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，暫存器可作為緩沖器使用。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可在需要時(shí)反復(fù)讀寫(xiě)，而應(yīng)用寄存器只能編程一次。一旦對(duì)應(yīng)用寄存器進(jìn)行編程，它將自動(dòng)進(jìn)入寫(xiě)保護(hù)狀態(tài)。狀態(tài)寄存器用于指示應(yīng)用寄存器是否已被鎖定或是否可用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在應(yīng)用寄存器被編程之前，讀出的狀態(tài)寄存器值是FFH。當(dāng)把暫存器的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到應(yīng)用寄存器時(shí)，狀態(tài)寄存器的兩個(gè)最低有效位將被清零，此后讀出的狀態(tài)寄存器結(jié)果是FCH。

2 DS2430A的存儲(chǔ)器功能命令及使用方法
    (1)Write Scratchpad[0Fh]寫(xiě)暫存器
    發(fā)出Write Scratchpad命令后，緊接著單片機(jī)必須發(fā)出1字節(jié)的地址，隨后將需要送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器。DS2430A每收到1字節(jié)后地址會(huì)自動(dòng)加1。當(dāng)?shù)刂窞?Fh的暫存器也收到了數(shù)據(jù)字節(jié)以后，地址計(jì)數(shù)器將返回到OOh，可繼續(xù)寫(xiě)入下一個(gè)字節(jié)，直到單片機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖。
    (2)Read Scratchpad[AAh]讀暫存器
    該命令用于在將暫存器數(shù)據(jù)復(fù)制到EEPROM存儲(chǔ)器之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。單片機(jī)發(fā)出Read Scratchpad命令后，要緊接著發(fā)出1字節(jié)的地址，表明讀取數(shù)據(jù)的起始地址。主機(jī)每讀取一個(gè)字節(jié)，DS2430A地址將自動(dòng)加1。讀取地址為1Fh的數(shù)據(jù)后，地址計(jì)數(shù)器將返回到OOh，可繼續(xù)讀取下一個(gè)字節(jié)，直到單片機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖。
    (3)Copy Scratchpad[55h]復(fù)制暫存器
    存入暫存器的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)確認(rèn)后，單片機(jī)便可發(fā)出Copy Scratchpad命令和確認(rèn)字節(jié)A5h，把數(shù)據(jù)從暫存器寫(xiě)入EEPROM存儲(chǔ)器。該命令總是把暫存器的全部數(shù)據(jù)復(fù)制到EEPROM。如果只想改變EEPROM中幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，在發(fā)出Write Scratchpad和Copy Scrlatchpad命令之前，暫存器中應(yīng)該包含了最新的EE-PROM數(shù)據(jù)。發(fā)出該命令后，數(shù)據(jù)線要保持邏輯高電平狀態(tài)至少10 ms。
    (4)Read Memory[F0h]讀存儲(chǔ)器
    Read Memory命令用于讀取EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的部分或全部數(shù)據(jù)，或把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的全部?jī)?nèi)容復(fù)制到暫存器，為僅改變EEPROM部分字節(jié)做準(zhǔn)備。當(dāng)把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器復(fù)制到暫存器并進(jìn)行讀取時(shí)，單片機(jī)必須發(fā)出Read Memory命令和1字節(jié)的數(shù)據(jù)讀取起始地址。單片機(jī)每讀取1字節(jié)的數(shù)據(jù)，DS2430A的地址自動(dòng)加1。讀取地址1Fh的數(shù)據(jù)后，地址計(jì)數(shù)器將返回到00h，以便繼續(xù)讀取下一個(gè)字節(jié)，直到主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖。如果只希望將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的全部數(shù)據(jù)復(fù)制到暫存器中，而不必讀取數(shù)據(jù)，單片機(jī)可以在發(fā)出命令字節(jié)后，立即發(fā)送復(fù)位脈沖。
    (5)Write Application Register[99h]寫(xiě)應(yīng)用寄存器
    該命令與Write Scratchpad命令基本相同，只是它是向64位應(yīng)用寄存器的暫存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)。在發(fā)出命令代碼后，主機(jī)必須提供1字節(jié)的地址，隨后發(fā)送要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。DS2430每收到1字節(jié)后地址會(huì)自動(dòng)加1。當(dāng)?shù)刂窞?7h的暫存器收到數(shù)據(jù)后，地址計(jì)數(shù)器將返回到00h，可繼續(xù)寫(xiě)入下一個(gè)字節(jié)，直到主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖。只要應(yīng)用寄存器未被鎖定，就可以使用Write Application Register命令。如果向已經(jīng)鎖定的應(yīng)用寄存器發(fā)出該命令，寫(xiě)入寄存器暫存器的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。
    (6)Read Status Register[66h]讀狀態(tài)寄存器
    狀態(tài)寄存器的主要作用是向主機(jī)指示應(yīng)用寄存器是否已編程并鎖定。在主機(jī)發(fā)出讀狀態(tài)寄存器命令后，在接收狀態(tài)信息之前必須發(fā)出確認(rèn)字節(jié)00h。如果應(yīng)用寄存器已被編程并鎖定，8位狀態(tài)寄存器中的2個(gè)最低有效位為O，而其余各位全部為1。單片機(jī)可以在任何時(shí)候通過(guò)發(fā)出復(fù)位脈沖結(jié)束。
    (7)Read Application Register[C3h]讀應(yīng)用寄存器
    該命令用來(lái)讀取應(yīng)用寄存器或寄存器暫存器。只要應(yīng)用寄存器未鎖定，將接收來(lái)自寄存器暫存器的數(shù)據(jù)。當(dāng)應(yīng)用寄存器鎖定時(shí)，DS2430A將從應(yīng)用寄存器傳送數(shù)據(jù)，使得寄存器暫存器的內(nèi)容無(wú)法讀取。狀態(tài)寄存器的內(nèi)容確定通過(guò)該命令接收到的數(shù)據(jù)來(lái)自何處。發(fā)出Read Appli-cation Register命令后，主機(jī)必須提供1字節(jié)的數(shù)據(jù)讀取起始地址。單片機(jī)每讀取1字節(jié)，DS2430A地址將自動(dòng)加1。讀取地址07h的數(shù)據(jù)后，地址計(jì)數(shù)器將返回到00h，以便繼續(xù)讀取下一個(gè)字節(jié)，直到主機(jī)發(fā)送復(fù)位脈沖。
    (8)Copy＆Lock Application Register[5Ah]復(fù)制并鎖存應(yīng)用寄存器
    當(dāng)存儲(chǔ)到寄存器暫存單元的數(shù)據(jù)確認(rèn)后，主機(jī)便可發(fā)出Copy＆Lock Application Register命令和確認(rèn)字節(jié)A5h，把數(shù)據(jù)從寄存器暫存器全部寫(xiě)入到應(yīng)用寄存器并對(duì)應(yīng)用寄存器進(jìn)行寫(xiě)保護(hù)。主機(jī)也可以通過(guò)發(fā)送復(fù)位脈沖(而不是確認(rèn)字節(jié))取消該命令。在確認(rèn)字節(jié)發(fā)出后，應(yīng)用寄存器中將包含寄存器暫存器的數(shù)據(jù)。隨后對(duì)應(yīng)用寄存器進(jìn)行的寫(xiě)訪問(wèn)將被拒絕。注意Copy＆Lock Application Register命令只能執(zhí)行1次。

3 DS2430A的基本操作流程
    DS2430A的基本操作流程：初始化→ROM功能命令→存儲(chǔ)器功能命令→數(shù)據(jù)傳輸。與一般的1-Wire器件類(lèi)似，所有數(shù)據(jù)處理均從初始化開(kāi)始，數(shù)據(jù)傳輸都是從低位開(kāi)始。初始化過(guò)程由單片機(jī)發(fā)送的復(fù)位脈沖和DS2430A發(fā)送的在線應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖用于通知單片機(jī)DS2430A已掛接在總線上，并已準(zhǔn)備就緒。一旦單片機(jī)檢測(cè)到在線應(yīng)答脈沖，就可以發(fā)出4條ROM功能命令中的1個(gè)。所有ROM功能命令的字長(zhǎng)均是8位，表1是這些ROM命令的簡(jiǎn)要介紹。

4 DS2430在即插即用傳感器系統(tǒng)中的應(yīng)用
    即插即用傳感器測(cè)量系統(tǒng)在硬件方面，主要由以下幾個(gè)部分組成：傳感器單元(包括傳統(tǒng)模擬傳感器和識(shí)別模塊)、供電單元、信號(hào)調(diào)理單元、A／D轉(zhuǎn)換單元，如圖2所示。

    系統(tǒng)工作過(guò)程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)讀取識(shí)別模塊的信息，用以辨識(shí)當(dāng)前與系統(tǒng)連接的傳感器，然后根據(jù)識(shí)別模塊的信息對(duì)調(diào)理電路進(jìn)行適當(dāng)配置；傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。若有必要，單片機(jī)可以通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞綄?shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)。如果要更換不同的傳感器，只需將單片機(jī)復(fù)位，系統(tǒng)即可再次根據(jù)當(dāng)前傳感器單元的需要對(duì)電路進(jìn)行配置，毋需人工干涉，從而實(shí)現(xiàn)了傳感器的即插即用。為實(shí)現(xiàn)這些目的，IEEE 1451．4標(biāo)準(zhǔn)定義了一種混合模式的接口，在保留了傳統(tǒng)傳感器模擬信號(hào)的同時(shí)，又附加了一個(gè)低成本的數(shù)字接口，用以傳送嵌入在傳感器中的傳感器電子數(shù)據(jù)表(TEDS)，以實(shí)現(xiàn)自我身份識(shí)別和自我描述的功能。采用DS2430A構(gòu)成的識(shí)別模塊主要存儲(chǔ)用于配置傳感器的TEDS信息。利用單片機(jī)AT89S51的P1．0腳向DS2430A數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元00H和1FH寫(xiě)入32字節(jié)TEDS數(shù)據(jù)，然后讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的全部TEDS數(shù)據(jù)。單片機(jī)控制識(shí)別模塊的工作過(guò)程如圖3所示。

5 實(shí)例仿真
    根據(jù)DS2430在即插即用傳感器系統(tǒng)中的應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)了DS2430與單片機(jī)AT89S51連接的Proteus仿真電路，如圖4所示。

    該電路實(shí)現(xiàn)了32字節(jié)的數(shù)據(jù)讀／寫(xiě)、校驗(yàn)，完全滿足即插即用傳感器系統(tǒng)中對(duì)識(shí)別模塊的要求。