iButton的工作原理及其特點論文
摘要：在介紹1-Wire總線的基礎(chǔ)上，對1-Wire器件iButton及其工作原理進行了介紹，并概括了它的特點。
關(guān)鍵詞：1-Wire總線 信息鈕扣 通信協(xié)議
包括達拉斯半導(dǎo)體公司現(xiàn)在生產(chǎn)的信息鈕扣iButtion（information Button）在內(nèi)，已有30多種1-Wire器件，它們采用一種特殊的通信協(xié)議，通過單條連接線解決了控制、通信和供電等問題，降低了系統(tǒng)成本并簡化了設(shè)計，正越來越廣泛地應(yīng)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
1-Wire總線是一種簡單的信號電路，它僅用一根數(shù)據(jù)線即可與外界進行信息交換。1-Wire總線器件的共性是：每個器件都有一個不會與其它任何器件重復(fù)的出廠時應(yīng)已固化的序列號，也就是說，每一個器件都是唯一的。一旦器件的序列號已知，通過這個序列號，任意一個器件都可以從眾多連到同一1-Wire總線的器件中被選出用于通信。
(收集整理)
通信時，總線控制器先發(fā)出一個“復(fù)位”信號以使總線同步，然后選擇受控制器件進行隨后的通信。這可以通過選擇一個特定的受控器件（利用該設(shè)備的系列號進行選擇）或者通過對半檢索法找到總線上的下一個受控器件來實現(xiàn)，當(dāng)然，也可以選擇所有的受控器件。一旦一個特定的器件被選中，那么在總線控制器發(fā)出下一次“復(fù)位”信號之前，所有其它器件都被掛起而忽略隨后的通信。
主機能向用于總線通信的所有器件發(fā)布指令，對它（或者它們）進行數(shù)據(jù)的讀寫。這是因為每類器件運行不同的`函數(shù)，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。即使每類器件有不同的協(xié)議和特征，它們也都有著同樣的選擇過程并且都遵循如圖1所示的流程。
2 iButton簡介
iButton是一個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�？梢詫崿F(xiàn)雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸使用單總線協(xié)議，使得引腳數(shù)目降至最少：一根數(shù)據(jù)線，一根地線。不銹鋼封裝的內(nèi)圈圓面作為數(shù)據(jù)線，外圈圓面作為地線。見圖2。
iButton的外形如圖3。
Ibutton種類繁多，根據(jù)使用芯片的不同，可以分為三類：①Memory iButton具有64KB的存儲空間，可以存儲文字、數(shù)字化的圖像，有些還具有實時時鐘（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處理加密和解密算法中的數(shù)據(jù)，它可以與Internet應(yīng)用程序進行交互，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時時鐘，可以保留熱交換的歷史記錄，還有512字節(jié)的附加存儲器用來存儲輸出的歷史記錄。
IButton也可以通過并口或串口與計算機進行通信，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，同時還需要有讀寫設(shè)備（如Blue Dot）以及相應(yīng)的軟件交接面，如iButton-TMEX。
3 iButton的工作原理
iButton芯片由多路復(fù)用器和存儲器兩部分構(gòu)成，其功能模塊如圖4所示。
由于iButton采用單總線傳輸協(xié)議，所以只需一根數(shù)據(jù)線和一根地線，結(jié)構(gòu)極其簡單。傳輸數(shù)據(jù)時，通過數(shù)據(jù)線供電。微機及有關(guān)讀寫設(shè)備處于主動（Master）地位；iButton處于從屬（Slave）地位。如果iButton與Master尚未建立連接，則不能進行數(shù)據(jù)的傳輸；一旦成功建立連接，只需幾微秒的時間，iButton便可將數(shù)據(jù)線置為低電平，以此通知Master已經(jīng)建立了連接，等待接收命令，這個脈沖稱為在線脈沖。Master也可通過發(fā)送“復(fù)位”信號使數(shù)據(jù)線變?yōu)榈碗娖�。�?dāng)iButton接收到“復(fù)位”信號時，通過檢測數(shù)據(jù)線的電平狀態(tài)，可在數(shù)據(jù)線變?yōu)楦唠娖胶罅⒓窗l(fā)出一個在線脈沖。復(fù)位脈沖/在線脈沖的時序見圖5。
IButton發(fā)出在線脈沖后，等待Master發(fā)出命令。收到命令后，便執(zhí)行相應(yīng)的操作。由于iButton處于從屬地位，因此每個幀從
何時開始就由Master來定義。為了做到這一點，Master從數(shù)據(jù)線讀取一位數(shù)據(jù)，根據(jù)狀態(tài)的不同做出相應(yīng)的判斷：如果iButton發(fā)出信號“1”，則下一個時隙即為幀的開始時刻；否則iButton將繼續(xù)保持數(shù)據(jù)線為低
電平直到霜一確定的時間�，F(xiàn)以從iButton讀取數(shù)據(jù)為例說明具體的執(zhí)行過程：確定了下一幀的開始時刻后，Master首先向iButton發(fā)一個讀數(shù)據(jù)指令，iButton接收讀指令后立即將被讀取位的內(nèi)容送至數(shù)據(jù)線上，微機從數(shù)據(jù)線上獲得數(shù)據(jù)。若數(shù)據(jù)線在iButton的采樣時區(qū)內(nèi)維持高電平，則讀取值為“1”；否則，為“0”。最后，iButton釋放數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線恢復(fù)為高電平，為Master繼續(xù)從iButton讀取數(shù)據(jù)作好準備。圖6示出了從在線脈沖開始到讀取數(shù)據(jù)結(jié)束的時序。其中，黑色粗線表示Master的動作，灰色粗線表示iButton的應(yīng)答，細線表示上拉電阻的作用。
4 iButton的特點
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，磨擦它或者戴著它游泳都沒關(guān)系。由于其內(nèi)部采用了先進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(shù)據(jù)安裝無恙。IButton的結(jié)構(gòu)決定了它具有防撞擊、防水、耐腐蝕、抗磁擾、防折疊等特點；工作溫度范圍也較寬，可以在-40℃～80℃的溫度范圍內(nèi)正常工作，適用于惡劣的環(huán)境；它可以嵌在戒指、鑰匙串、錢包或手表上，隨身攜帶方便。
另外，iButton的廣泛應(yīng)用還在于它具有磁卡、IC卡的不具有的突出特點，具體表現(xiàn)在：
（1）存儲量大：iButton的最大數(shù)據(jù)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：讀寫數(shù)據(jù)時，只需與觸點輕輕接觸，瞬間便可完成，而且其傳輸速率可達142kbps。
（3）安全性高：每個芯片都具有全球唯一的64位序列號，該序列號在出廠時通過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使CRC校驗過程出錯。
（4）成本低：iButton所用的讀寫器其成本只有一百多元，維修成本小于0.01%。iButton的穩(wěn)定性高，故障率低，性能價格比非常高。
（5）壽命長：iButton的不銹鋼外殼內(nèi)置有高性能鋰電池，而且其功耗很低，可以確保其數(shù)據(jù)的存儲長達10年以上。它的使用沒有次數(shù)的限制，可以無限次地使用。
IButton的種種優(yōu)勢，決定了它勢必具有廣闊的應(yīng)用前景。
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