1 cable

1-Wire es un bus serie semidúplex cableado diseñado por Dallas Semiconductor que proporciona comunicación de datos de baja velocidad (16,3 kbit/s) y tensión de alimentación a través de un solo conductor.

1-Wire es similar en concepto a I²C, pero con velocidades de datos más bajas y mayor alcance. Normalmente se utiliza para comunicarse con dispositivos pequeños y económicos, como termómetros digitales e instrumentos meteorológicos. Una red de dispositivos 1-Wire con un dispositivo maestro asociado se denomina MicroLAN. El protocolo también se utiliza en pequeñas llaves electrónicas conocidas como llave Dallas o iButton.

Una característica distintiva del autobús es la posibilidad de utilizar solo dos conductores: datos y tierra. Para lograr esto, los dispositivos 1-Wire integran un pequeño capacitor (~800 pF) para almacenar carga, que alimenta el dispositivo durante los períodos en que la línea de datos está activa.

Ejemplo de uso

Los dispositivos 1-Wire están disponibles en diferentes paquetes: circuitos integrados, un paquete estilo TO-92 (como el que se usa normalmente para los transistores) y una forma portátil llamada iButton o llave Dallas, que es un pequeño paquete de acero inoxidable que Se parece a la pila de un reloj. Los fabricantes también producen dispositivos más complejos que un solo componente que utilizan el bus 1-Wire para comunicarse.

Los dispositivos 1-Wire pueden caber en diferentes lugares de un sistema. Podría ser uno de los muchos componentes de una placa de circuito dentro de un producto. También podría ser un componente único dentro de un dispositivo, como una sonda de temperatura. Podría estar conectado a un dispositivo que se esté monitoreando. Algunos sistemas de laboratorio se conectan a dispositivos 1-Wire mediante cables con conectores modulares o cable CAT-5. En tales sistemas, los RJ11 (enchufes modulares 6P2C o 6P4C, comúnmente utilizados para teléfonos) son populares.

Se pueden construir sistemas de sensores y actuadores cableando muchos componentes 1-Wire. Cada componente de 1-Wire contiene toda la lógica necesaria para operar en el bus 1-Wire. Los ejemplos incluyen registradores de temperatura, temporizadores, sensores de voltaje y corriente, monitores de batería y memoria. Estos se pueden conectar a un PC mediante un convertidor de bus. Las interfaces de puerto serie USB, RS-232 y paralelo son soluciones populares para conectar un MicroLan a la PC host. Los dispositivos 1-Wire también se pueden conectar directamente a microcontroladores de varios proveedores.

Los iButtons se conectan a los sistemas de bus 1-Wire mediante enchufes con contactos que tocan la "tapa" y "base" del bote. Alternativamente, la conexión puede ser semipermanente con un enchufe en el que se engancha el iButton, pero del que se puede quitar fácilmente.

Cada chip 1-Wire tiene un código identificador único. Esta característica hace que los chips, especialmente los iButtons, sean llaves electrónicas adecuadas. Algunos usos incluyen cerraduras, alarmas antirrobo, sistemas informáticos, accesorios aprobados por el fabricante, relojes y llaves de mensajería y mantenimiento para cajas fuertes inteligentes. Los iButtons se han utilizado como billetes inteligentes Akbil para el transporte público de Estambul.

Fuentes de alimentación

Las fuentes de alimentación, pantallas y portátiles Mac equipados con conectores Apple MagSafe y MagSafe 2 utilizan el protocolo 1-Wire para enviar y recibir datos hacia y desde el portátil Mac conectado, a través del pin central del conector. Los datos incluyen modelo de fuente de alimentación, potencia y número de serie; y comandos de computadora portátil para enviar energía total e iluminar los diodos emisores de luz rojo o verde en el conector.

Las fuentes de alimentación originales para portátiles Dell utilizan el protocolo 1-Wire para enviar datos a través del tercer cable a la computadora portátil sobre potencia, corriente y voltaje. La computadora portátil rechazará la carga si el adaptador no cumple con los requisitos.

Protocolo de comunicación

En cualquier MicroLan, siempre hay un maestro a cargo general, que puede ser una computadora personal o un microcontrolador. El maestro inicia la actividad en el autobús, simplificando la prevención de colisiones en el autobús. Los protocolos están integrados en el software del maestro para detectar colisiones. Después de una colisión, el maestro vuelve a intentar la comunicación requerida.

Una red de 1 cable es un solo cable de drenaje abierto con una única resistencia pull-up. La resistencia pull-up tira del cable hasta 3 o 5 voltios. El dispositivo maestro y todos los esclavos tienen cada uno una única conexión de drenaje abierto para conducir el cable y una forma de detectar el estado del cable. A pesar del sistema "1-Wire" nombre, todos los dispositivos también deben tener un segundo conductor para una conexión a tierra para permitir que fluya una corriente de retorno a través del cable de datos. La comunicación ocurre cuando un maestro o esclavo baja brevemente el bus, es decir,, conecta la resistencia pull-up a tierra a través de su MOSFET de salida. El cable de datos tiene alta tensión cuando está inactivo y, por lo tanto, también puede alimentar una cantidad limitada de dispositivos esclavos. Se pueden alcanzar velocidades de datos de 16,3 kbit/s. También hay un modo overdrive que acelera la comunicación en un factor de 10.

Se puede controlar un bus corto de 1 cable desde un único pin de E/S digital en un microcontrolador. También se puede utilizar un receptor-transmisor asíncrono universal (UART). Hay disponibles controladores de 1 cable y chips de puente específicos. Bus serie universal "puente" También hay chips disponibles. Los chips puente son especialmente útiles para conducir cables de más de 100 m. El fabricante ha probado pares trenzados de hasta 300 metros, es decir, cables telefónicos. Estas longitudes extremas requieren ajustes en las resistencias de pull-up de 5 a 1 kΩ.

El maestro inicia una transmisión con un pulso de reinicio, que tira del cable a 0 voltios durante al menos 480 μs. Esto reinicia todos los dispositivos esclavos en el bus. Después de eso, cualquier dispositivo esclavo, si está presente, muestra que existe con una "presencia" pulso: mantiene el bus bajo durante al menos 60 μs después de que el maestro libera el bus.

Para enviar un número binario "1", el bus maestro envía un pulso bajo muy breve (1–15 μs). Para enviar un número binario "0", el maestro envía un pulso bajo de 60 μs. El flanco descendente (negativo) del pulso se utiliza para iniciar un multivibrador monoestable en el dispositivo esclavo. El multivibrador del esclavo lee la línea de datos unos 30 μs después del flanco descendente. El temporizador interno del esclavo es un temporizador analógico económico. Tiene tolerancias analógicas que afectan su precisión de sincronización. Por lo tanto, se calcula que los pulsos están dentro de los márgenes. Por lo tanto, el "0" Los pulsos deben tener una longitud de 60 μs y el "1" los pulsos no pueden tener más de 15 μs.

Al recibir datos, el maestro envía un pulso de 0 voltios de 1 a 15 μs para iniciar cada bit. Si la unidad esclava transmisora quiere enviar un "1", no hace nada y el bus pasa al voltaje elevado. Si el esclavo transmisor quiere enviar un "0", tira la línea de datos a tierra durante 60 μs.

La secuencia básica es un pulso de reinicio seguido de un comando de 8 bits, y luego los datos se envían o reciben en grupos de 8 bits.

Cuando se transfiere una secuencia de datos, se pueden detectar errores con un CRC de 8 bits (protección de datos débil).

Muchos dispositivos pueden compartir el mismo bus. Cada dispositivo en el bus tiene un número de serie de 64 bits, de los cuales 8 bits se utilizan como suma de verificación, lo que permite crear un "universo" de 2⁵⁶ (más de 7,2 × 10¹⁶) identidades de dispositivos únicas. El byte menos significativo del número de serie es un número de 8 bits que indica el tipo de dispositivo. El byte más significativo es un CRC de 8 bits estándar (para el bus 1-Wire).

Existen varios comandos de transmisión estándar, así como comandos utilizados para dirigirse a un dispositivo en particular. El maestro puede enviar un comando de selección y luego la dirección de un dispositivo en particular. El siguiente comando lo ejecuta únicamente el dispositivo direccionado.

El protocolo de enumeración de bus 1-Wire, al igual que otros protocolos de singularización, es un algoritmo que el maestro utiliza para leer la dirección de cada dispositivo en el bus. Dado que la dirección incluye el tipo de dispositivo y un CRC, la recuperación de la lista de direcciones también produce un inventario confiable de los dispositivos en el bus. Para encontrar los dispositivos, el maestro transmite un comando de enumeración y luego una dirección, "escuchando" después de cada bit de una dirección. Si la dirección de un esclavo coincide con todos los bits de dirección enviados hasta el momento, devuelve un 0. El maestro utiliza este comportamiento simple para buscar sistemáticamente secuencias válidas de bits de dirección. El proceso es mucho más rápido que una búsqueda por fuerza bruta de todos los números posibles de 56 bits, porque tan pronto como se detecta un bit no válido, se sabe que todos los bits de dirección posteriores no son válidos. El espacio de direcciones de 56 bits se busca como un árbol binario, lo que permite encontrar hasta 75 dispositivos por segundo. El orden en el que este protocolo de enumeración descubre las direcciones de los dispositivos es determinista y depende únicamente del tipo de dispositivo y del número de serie. La inversión de bits de estos 56 bits produce el orden de descubrimiento de los dispositivos que utilizan el algoritmo publicado de Maxim (algoritmo definido en la Nota de aplicación 187). El algoritmo de búsqueda se puede implementar de una forma alternativa, buscando inicialmente rutas con bits de dirección iguales a 1, en lugar de 0. En este caso, invertir los 56 bits de dirección y luego invertirlos produce el orden de descubrimiento.

La ubicación de los dispositivos en el autobús a veces es importante. Para estas situaciones, un microcontrolador puede usar varios pines, o el fabricante tiene un dispositivo 1-Wire que puede apagar o pasar el bus. Por lo tanto, el software puede explorar dominios de bus secuenciales.

Ejemplo de comunicación con un dispositivo

Las siguientes señales fueron generadas por una FPGA, que era el maestro para la comunicación con un chip DS2432 (EEPROM), y se midieron con un analizador lógico. Una lógica alta en la salida de 1 cable significa que la salida del FPGA está en modo de tres estados y el dispositivo de 1 cable puede bajar el bus. Un nivel bajo significa que la FPGA baja el autobús. La entrada de 1 cable es la señal de bus medida. Cuando el tiempo de muestreo de entrada es alto, la FPGA muestrea la entrada para detectar la respuesta del dispositivo y recibir bits.

Herramientas de desarrollo

Al desarrollar o solucionar problemas del bus 1-Wire, el examen de las señales del hardware puede ser muy importante. Los analizadores lógicos y analizadores de bus son herramientas que recopilan, analizan, decodifican y almacenan señales para simplificar la visualización de formas de onda de alta velocidad.