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簡述關于LPC2214和μC/OS-II的iButton接口

電子工程師 ? 來源:《單片機與嵌入式系統應 ? 作者:電子科技大學 曾非 ? 2021-03-23 13:55 ? 次閱讀

電力設備點檢管理是利用檢測設備和儀器,按照預先制訂的技術標準,定人、定點、定路線、定周期、定方法、定檢查記錄,施行全過程對運行設備進行動態檢查。點檢人員按要求將手持的個人點檢機與安置在設備現場的ID鈕扣相接觸后,該位置相應的若干作業指令應逐條顯示在個人點檢服務器上,指導各相關崗位人員完成點檢工作;

iButton(信息鈕扣)的物理結構是一個封裝在扁圓型不銹鋼外殼里的直徑為16 mm、厚度為3~6 mm的微型計算機芯片,是一種攜帶自動識別號的電子數據標簽。先進的設計理念及封裝形式賦予了iButton超強的抗沖擊、防靜電、防腐蝕、防水、防摩擦等性能,具有IC卡、磁卡等信息載體無法比擬的優勢;極大地滿足系統在可靠性、穩定性方面的要求,可確保十年以上的使用壽命。在以 LPC2214設計的點檢機中,iButton得到了充分的應用。下面以DS1990A為例,對其與LPC2214之間一線串行通信方式進行研究。

1 DS1990A的性能特點

堅固耐用的iButton具有優秀的環境適應能力,可防塵、防潮和防震。這種緊湊的鈕扣外形使其自動對準相應的探測器,易于人工操作使用。各種附件使DS1990A在巡檢、物流等現代化管理系統中具有不可替代的作用。其主要性能指標如下:

工廠刻入的64位ROM包括48位唯一序列碼、8位CRC校驗碼和8位家族碼(01H)。

通過單線與主機進行數據通信,傳輸速率可達16.3 kbps。

標準16 mm直徑和1Wire協議保證了與其他iButton產品的兼容性。

讀取時間可在5 ms 以內。

溫度范圍-40~+85℃

2 DS1990A與LPC2214硬件接口設計

1-Wire是在一條總線上連接1個主控器和多個從機設備的系統。在任何情況下,DS1990A都是從機設備,而總線控制器常由微控制器充任。1-Wire總線定義了1根信號線,所以讓總線上每個設備都在適當的時刻運行。DS1990A為漏級開路輸出,總線主控制器可以采用與其一致的等效電路。在主控制器端需加1個上拉電阻,在短距離傳輸情況下上拉電阻約為5 kΩ。1個多點系統由1個1-Wire總線和連接在上面的多個從機設備組成。

1-Wire單總線的閑置狀態為高電平。不管是何種原因,當傳輸操作過程需要暫停下來,且要求傳送過程還能繼續時,總線必須處于閑置狀態;如果情況不是這樣或者總線保持低電平超過120 μs,那總線上的所有器件將要復位。

DS1990A與LPC2214的接口電路。由于LPC2214 P0口都已被點檢機其他部分占用,P1口均有上拉電阻,并非開漏輸出,因此需有2個I/O口接iButton。LPC2214的P1.22口接Tx,用作輸出;P1.16口接Rx,用作輸入。

3 軟件設計

DS1990A內建ROM僅由單根數據線訪問。依據Dallas的1-Wire協議,可以從中提取48位序列碼,8位家族碼和8位CRC校驗碼。1-Wire通信協議規定,總線的收發按照特殊時隙下的總線狀態進行,由主機發出的同步脈沖下降沿初始化;所有數據讀寫都按照低位在前的原則。

DS1990A在1-Wire總線上的數據訪問命令流程依次為:初始化、ROM功能命令、讀取數據。

3.1 初始化及應答

1-Wire總線上所有的傳輸操作均由初始化序列開始。初始化序列由主機發出的復位脈沖(Reset Pulse)和從機發出的在線應答脈沖(Presence Pulse)組成。一個復位脈沖緊跟一個在線應答脈沖表明DS1990A就緒,可執行恰當的ROM命令進行數據收發。

復位和在線應答脈沖時序如圖2(a)所示,主機發送(Tx)一個復位脈沖(一個至少480 μs的低電平),然后釋放信號線進入接收模式(Rx)。此時,1-Wire總線被5 kΩ上拉電阻拉至高電平,當檢測到數據線上信號的上升沿后,DS1990A等待(tPDL,15~60 μs),然后發送在線應答脈沖(tPDL,15~60 μs)。

3.2 讀寫操作

一旦主機檢測到應答脈沖,就可以發出ROM功能命令。所有ROM操作命令的長度為8位。Read ROM的命令為[33H]或[0FH],此命令允許總線主控器讀取DS1990A的8位家族碼、唯一的48位序列碼和8位CRC校驗碼。此命令僅當總線上只有一個DS1990A設備時可以使用。若總線上的從機設備超過一個,當各設備同時發送時將會引發數據沖突。Search ROM的命令為[F0H],此命令允許總線主控器采用排除法來確認總線上所有設備的64位ROM碼。

讀/寫時隙的定義如圖2(b)、(c)所示,主機將數據線置低初始化所有時隙。在數據線的下降沿,通過觸發DS1990A中的延時電路使得DS1990A與主機同步;在寫時隙期間,延時電路決定何時DS1990A對數據線進行采樣。至于讀數據的時隙,如果傳輸的是“0”,延時電路將繼續被置低近15 μs,然后被置高;如果數據位是“1”,則iButton保持讀數據的時隙不變。

3.3 關鍵代碼及實現

主機和iButton的通信是通過初始化、寫數據時序、讀數據時序完成的,命令和數據的各個字節均由最低有效位開始逐位傳送。在程序中,先初始化LPC2214的Time1定時器,將其定時時間設定為10 μs,Delay子程序的作用是使其延遲time倍的10 μs。Reset、WriteByte、ReadByte分別是初始化、讀、寫1字節的子程序。在指針型函數*GetButtonID中,將iButton的64位序列碼保存在ButtonID數組中,最后返回指向這個數組的指針。(程序見本刊網站——編者注)

結語

為避免設備的維修不足或檢修過剩,當前電力設備管理正由定期檢修和計劃檢修管理體制,向預知性設備狀態檢修體制轉變,其根本目標是提高設備可靠性、經濟性、降低生產成本,提高設備的利用率。Dallas公司推出的智能信息載體iButton與其他類型的智能卡相比,能更好地解決電力現場環境比較惡劣,油污、灰塵、振動、電磁等不利因素對它的干擾問題。

本文提供的DS1990A與LPC2214在嵌入式實時操作系統μC/OSII中的接口的軟硬件設計,已在智能點檢機中推廣應用。隨著相關技術的發展,iButton信息識別技術在工業領域的應用會越來越廣泛,其經濟作用會越來越大。

編輯:jq

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