iButton的工作原理及其特點(diǎn)論文
摘要：在介紹1-Wire總線(xiàn)的基礎上，對1-Wire器件iButton及其工作原理進(jìn)行了介紹，并概括了它的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：1-Wire總線(xiàn) 信息鈕扣 通信協(xié)議
包括達拉斯半導體公司現在生產(chǎn)的信息鈕扣iButtion（information Button）在內，已有30多種1-Wire器件，它們采用一種特殊的通信協(xié)議，通過(guò)單條連接線(xiàn)解決了控制、通信和供電等問(wèn)題，降低了系統成本并簡(jiǎn)化了設計，正越來(lái)越廣泛地應用于日常生活中。例如iButton已用于金融、電信、商業(yè)以及軍事領(lǐng)域等。
1 1-Wire總線(xiàn)
1-Wire總線(xiàn)是一種簡(jiǎn)單的信號電路，它僅用一根數據線(xiàn)即可與外界進(jìn)行信息交換。1-Wire總線(xiàn)器件的共性是：每個(gè)器件都有一個(gè)不會(huì )與其它任何器件重復的出廠(chǎng)時(shí)應已固化的序列號，也就是說(shuō)，每一個(gè)器件都是唯一的。一旦器件的序列號已知，通過(guò)這個(gè)序列號，任意一個(gè)器件都可以從眾多連到同一1-Wire總線(xiàn)的器件中被選出用于通信。
(收集整理)
通信時(shí)，總線(xiàn)控制器先發(fā)出一個(gè)“復位”信號以使總線(xiàn)同步，然后選擇受控制器件進(jìn)行隨后的通信。這可以通過(guò)選擇一個(gè)特定的受控器件（利用該設備的系列號進(jìn)行選擇）或者通過(guò)對半檢索法找到總線(xiàn)上的下一個(gè)受控器件來(lái)實(shí)現，當然，也可以選擇所有的受控器件。一旦一個(gè)特定的器件被選中，那么在總線(xiàn)控制器發(fā)出下一次“復位”信號之前，所有其它器件都被掛起而忽略隨后的通信。
主機能向用于總線(xiàn)通信的所有器件發(fā)布指令，對它（或者它們）進(jìn)行數據的讀寫(xiě)。這是因為每類(lèi)器件運行不同的`函數，有不同的用途，而且一旦器件被選定，它所用的協(xié)議也就固定下來(lái)。即使每類(lèi)器件有不同的協(xié)議和特征，它們也都有著(zhù)同樣的選擇過(guò)程并且都遵循如圖1所示的流程。
2 iButton簡(jiǎn)介
iButton是一個(gè)封裝在鈕扣型不銹鋼外殼里的微型計算機芯片，它的直徑為16mm，厚3～6mm�？梢詫�(shí)現雙工通信，數據傳輸使用單總線(xiàn)協(xié)議，使得引腳數目降至最少：一根數據線(xiàn)，一根地線(xiàn)。不銹鋼封裝的內圈圓面作為數據線(xiàn)，外圈圓面作為地線(xiàn)。見(jiàn)圖2。
iButton的外形如圖3。
Ibutton種類(lèi)繁多，根據使用芯片的不同，可以分為三類(lèi)：①Memory iButton具有64KB的存儲空間，可以存儲文字、數字化的圖像，有些還具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘（如DS1904）、溫度傳感器（如DS1921）；②Java-powered crypto iButton采用高速處理器和算法加速器來(lái)處理加密和解密算法中的數據，它可以與Internet應用程序進(jìn)行交互，可以作為一種遠程身份驗證解決方案；③Thermochron iButton包含了溫度探測器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可以保留熱交換的歷史記錄，還有512字節的附加存儲器用來(lái)存儲輸出的歷史記錄。
IButton也可以通過(guò)并口或串口與計算機進(jìn)行通信，其傳輸速率可達142kbps。其主機可以是PC機、掌上電腦或筆記本電腦，同時(shí)還需要有讀寫(xiě)設備（如Blue Dot）以及相應的軟件交接面，如iButton-TMEX。
3 iButton的工作原理
iButton芯片由多路復用器和存儲器兩部分構成，其功能模塊如圖4所示。
由于iButton采用單總線(xiàn)傳輸協(xié)議，所以只需一根數據線(xiàn)和一根地線(xiàn)，結構極其簡(jiǎn)單。傳輸數據時(shí)，通過(guò)數據線(xiàn)供電。微機及有關(guān)讀寫(xiě)設備處于主動(dòng)（Master）地位；iButton處于從屬（Slave）地位。如果iButton與Master尚未建立連接，則不能進(jìn)行數據的傳輸；一旦成功建立連接，只需幾微秒的時(shí)間，iButton便可將數據線(xiàn)置為低電平，以此通知Master已經(jīng)建立了連接，等待接收命令，這個(gè)脈沖稱(chēng)為在線(xiàn)脈沖。Master也可通過(guò)發(fā)送“復位”信號使數據線(xiàn)變?yōu)榈碗娖�。當iButton接收到“復位”信號時(shí)，通過(guò)檢測數據線(xiàn)的電平狀態(tài)，可在數據線(xiàn)變?yōu)楦唠娖胶罅⒓窗l(fā)出一個(gè)在線(xiàn)脈沖。復位脈沖/在線(xiàn)脈沖的時(shí)序見(jiàn)圖5。
IButton發(fā)出在線(xiàn)脈沖后，等待Master發(fā)出命令。收到命令后，便執行相應的操作。由于iButton處于從屬地位，因此每個(gè)幀從
何時(shí)開(kāi)始就由Master來(lái)定義。為了做到這一點(diǎn)，Master從數據線(xiàn)讀取一位數據，根據狀態(tài)的不同做出相應的判斷：如果iButton發(fā)出信號“1”，則下一個(gè)時(shí)隙即為幀的開(kāi)始時(shí)刻；否則iButton將繼續保持數據線(xiàn)為低
電平直到霜一確定的時(shí)間�，F以從iButton讀取數據為例說(shuō)明具體的執行過(guò)程：確定了下一幀的開(kāi)始時(shí)刻后，Master首先向iButton發(fā)一個(gè)讀數據指令，iButton接收讀指令后立即將被讀取位的內容送至數據線(xiàn)上，微機從數據線(xiàn)上獲得數據。若數據線(xiàn)在iButton的采樣時(shí)區內維持高電平，則讀取值為“1”；否則，為“0”。最后，iButton釋放數據線(xiàn)，數據線(xiàn)恢復為高電平，為Master繼續從iButton讀取數據作好準備。圖6示出了從在線(xiàn)脈沖開(kāi)始到讀取數據結束的時(shí)序。其中，黑色粗線(xiàn)表示Master的動(dòng)作，灰色粗線(xiàn)表示iButton的應答，細線(xiàn)表示上拉電阻的作用。
4 iButton的特點(diǎn)
由于iButton的硅晶片被保護在堅固的不銹鋼外殼里，你可以把它扔在地上，踏上幾腳，磨擦它或者戴著(zhù)它游泳都沒(méi)關(guān)系。由于其內部采用了先進(jìn)的防靜電電路及芯片，確保了iButton能承受高達8kV的靜電而保證自身和存儲的數據安裝無(wú)恙。IButton的結構決定了它具有防撞擊、防水、耐腐蝕、抗磁擾、防折疊等特點(diǎn)；工作溫度范圍也較寬，可以在-40℃～80℃的溫度范圍內正常工作，適用于惡劣的環(huán)境；它可以嵌在戒指、鑰匙串、錢(qián)包或手表上，隨身攜帶方便。
另外，iButton的廣泛應用還在于它具有磁卡、IC卡的不具有的突出特點(diǎn)，具體表現在：
（1）存儲量大：iButton的最大數據存儲量可達64KB，如DS2506具有64KB的EPROM存儲器，DS1996具有64KB的NVRAM存儲器。
（2）速度快：讀寫(xiě)數據時(shí)，只需與觸點(diǎn)輕輕接觸，瞬間便可完成，而且其傳輸速率可達142kbps。
（3）安全性高：每個(gè)芯片都具有全球唯一的64位序列號，該序列號在出廠(chǎng)時(shí)通過(guò)激光工藝刻在芯片上，并增加了保護層，具有不可偽造性，任何企圖更改序列號的行為都會(huì )使CRC校驗過(guò)程出錯。
（4）成本低：iButton所用的讀寫(xiě)器其成本只有一百多元，維修成本小于0.01%。iButton的穩定性高，故障率低，性能價(jià)格比非常高。
（5）壽命長(cháng)：iButton的不銹鋼外殼內置有高性能鋰電池，而且其功耗很低，可以確保其數據的存儲長(cháng)達10年以上。它的使用沒(méi)有次數的限制，可以無(wú)限次地使用。
IButton的種種優(yōu)勢，決定了它勢必具有廣闊的應用前景。
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