引言

    隨著測控系統(tǒng)的自動化程度、復雜性、精度和可靠性要求的不斷提高，人們對傳感器性能的要求也越來越高。目前IEEE 1451．4為傳感器提供了新的標準。該標準建立了一個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間，以及在此過程中面臨的風險。識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行引線，其典型應(yīng)用包括儲存校準系數(shù)、板卡識別以及產(chǎn)品升級的狀態(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個主要的數(shù)據(jù)部件：光刻ROM和存儲器。其存儲器由3個獨立部分組成，分別為256位數(shù)據(jù)存儲器EEPROM、64位應(yīng)用寄存器和8位狀態(tài)寄存器。每個數(shù)據(jù)存儲器和應(yīng)用寄存器都有其對應(yīng)的暫存單元，稱為暫存器，當向該器件寫入數(shù)據(jù)時，暫存器可作為緩沖器使用。數(shù)據(jù)存儲器可在需要時反復讀寫，而應(yīng)用寄存器只能編程一次。一旦對應(yīng)用寄存器進行編程，它將自動進入寫保護狀態(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。當把暫存器的數(shù)據(jù)寫入到應(yīng)用寄存器時，狀態(tài)寄存器的兩個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。

圖1  DS2430A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

2 DS2430A的存儲器功能命令及使用方法

(1)Write Scratchpad[0Fh]寫暫存器

     發(fā)出Write Scratchpad命令后，緊接著單片機必須發(fā)出1字節(jié)的地址，隨后將需要送入數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)寫入暫存器。DS2430A每收到1字節(jié)后地址會自動加1。當?shù)刂窞?Fh的暫存器也收到了數(shù)據(jù)字節(jié)以后，地址計數(shù)器將返回到00h，可繼續(xù)寫入下一個字節(jié)，直到單片機發(fā)出復位脈沖。

(2)Read Scratchpad[AAh]讀暫存器

    該命令用于在將暫存器數(shù)據(jù)復制到EEPROM存儲器之前對數(shù)據(jù)進行驗證。單片機發(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。主機每讀取一個字節(jié)，DS2430A地址將自動加1。讀取地址為1Fh的數(shù)據(jù)后，地址計數(shù)器將返回到00h，可繼續(xù)讀取下一個字節(jié)，直到單片機發(fā)出復位脈沖。

(3)Copy Scratchpad[55h]復制暫存器

    存入暫存器的數(shù)據(jù)經(jīng)過確認后，單片機便可發(fā)出Copy Scratchpad命令和確認字節(jié)A5h，把數(shù)據(jù)從暫存器寫入EEPROM存儲器。該命令總是把暫存器的全部數(shù)據(jù)復制到EEPROM。如果只想改變EEPROM中幾個字節(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]讀存儲器

    Read Memory命令用于讀取EEPROM數(shù)據(jù)存儲器中的部分或全部數(shù)據(jù)，或把數(shù)據(jù)存儲器中的全部內(nèi)容復制到暫存器，為僅改變EEPROM部分字節(jié)做準備。當把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲器復制到暫存器并進行讀取時，單片機必須發(fā)出Read Memory命令和1字節(jié)的數(shù)據(jù)讀取起始地址。單片機每讀取1字節(jié)的數(shù)據(jù)，DS2430A的地址自動加1。讀取地址1Fh的數(shù)據(jù)后，地址計數(shù)器將返回到00h，以便繼續(xù)讀取下一個字節(jié)，直到主機發(fā)出復位脈沖。如果只希望將數(shù)據(jù)存儲器中的全部數(shù)據(jù)復制到暫存器中，而不必讀取數(shù)據(jù)，單片機可以在發(fā)出命令字節(jié)后，立即發(fā)送復位脈沖。

(5)Write Application Register[99h]寫應(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入數(shù)據(jù)。在發(fā)出命令代碼后，主機必須提供1字節(jié)的地址，隨后發(fā)送要寫入的數(shù)據(jù)。DS2430每收到1字節(jié)后地址會自動加1。當?shù)刂窞?7h的暫存器收到數(shù)據(jù)后，地址計數(shù)器將返回到00h，可繼續(xù)寫入下一個字節(jié)，直到主機發(fā)出復位脈沖。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，寫入寄存器暫存器的數(shù)據(jù)將會丟失。

(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指示應(yīng)用寄存器是否已編程并鎖定。在主機發(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個最低有效位為0，而其余各位全部為1。單片機可以在任何時候通過發(fā)出復位脈沖結(jié)束。

(7)Read Application Register[C3h]讀應(yīng)用寄存器

    該命令用來讀取應(yīng)用寄存器或寄存器暫存器。只要應(yīng)用寄存器未鎖定，將接收來自寄存器暫存器的數(shù)據(jù)。當應(yīng)用寄存器鎖定時，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)容無法讀取。狀態(tài)寄存器的內(nèi)容確定通過該命令接收到的數(shù)據(jù)來自何處。發(fā)出Read Appli-cation Register命令后，主機必須提供1字節(jié)的數(shù)據(jù)讀取起始地址。單片機每讀取1字節(jié)，DS2430A地址將自動加1。讀取地址07h的數(shù)據(jù)后，地址計數(shù)器將返回到00h，以便繼續(xù)讀取下一個字節(jié)，直到主機發(fā)送復位脈沖。

(8)Copy＆Lock Application Register[5Ah]復制并鎖存應(yīng)用寄存器

    當存儲到寄存器暫存單元的數(shù)據(jù)確認后，主機便可發(fā)出Copy＆Lock Application Register命令和確認字節(jié)A5h，把數(shù)據(jù)從寄存器暫存器全部寫入到應(yīng)用寄存器并對應(yīng)用寄存器進行寫保護。主機也可以通過發(fā)送復位脈沖(而不是確認字節(jié))取消該命令。在確認字節(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)。隨后對應(yīng)用寄存器進行的寫訪問將被拒絕。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→存儲器功能命令→數(shù)據(jù)傳輸。與一般的1-Wire器件類似，所有數(shù)據(jù)處理均從初始化開始，數(shù)據(jù)傳輸都是從低位開始。初始化過程由單片機發(fā)送的復位脈沖和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DS2430A已掛接在總線上，并已準備就緒。一旦單片機檢測到在線應(yīng)答脈沖，就可以發(fā)出4條ROM功能命令中的1個。所有ROM功能命令的字長均是8位，表1是這些ROM命令的簡要介紹。

4 DS2430在即插即用傳感器系統(tǒng)中的應(yīng)用

    即插即用傳感器測量系統(tǒng)在硬件方面，主要由以下幾個部分組成：傳感器單元(包括傳統(tǒng)模擬傳感器和識別模塊)、供電單元、信號調(diào)理單元、A／D轉(zhuǎn)換單元，如圖2所示。

圖2 即插即用傳感器系統(tǒng)框圖

    系統(tǒng)工作過程如下：單片機讀取識別模塊的信息，用以辨識當前與系統(tǒng)連接的傳感器，然后根據(jù)識別模塊的信息對調(diào)理電路進行適當配置；傳感器輸出的信號經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換后送入單片機。若有必要，單片機可以通過適當?shù)姆绞綄��?shù)據(jù)傳輸至上位機。如果要更換不同的傳感器，只需將單片機復位，系統(tǒng)即可再次根據(jù)當前傳感器單元的需要對電路進行配置，毋需人工干涉，從而實現(xiàn)了傳感器的即插即用。為實現(xiàn)這些目的，IEEE 1451．4標準定義了一種混合模式的接口，在保留了傳統(tǒng)傳感器模擬信號的同時，又附加了一個低成本的數(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)，以實現(xiàn)自我身份識別和自我描述的功能。采用DS2430A構(gòu)成的識別模塊主要存儲用于配置傳感器的TEDS信息。利用單片機AT89S51的P1．0腳向DS2430A數(shù)據(jù)存儲器單元00H和1FH寫入32字節(jié)TEDS數(shù)據(jù)，然后讀取數(shù)據(jù)存儲器的全部TEDS數(shù)據(jù)。單片機控制識別模塊的工作過程如圖3所示。

圖3 單片機控制識別模塊的流程圖

5 實例仿真

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

圖4  DS2430與單片機AT89S51連接的Proteus仿真電路

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