Descubra a simplicidade da Comunicação 1-Wire

1-wire

Alimentação e controle de dispositivos

Simples é melhor. A simplicidade permite que menos coisas dêem errado. Ela fornece menos surpresas para descobrir do ponto de vista do design. Além disso, economiza custos. Este texto discute uma solução de comunicação I2C/SPI alternativa e simplificada ao trabalhar com sistemas com restrição de de energia e de entradas e saídas.

Tradicionalmente, comunicações I2C e SPI empregam vários fios. No entanto, é possível fornecer energia e dados para operar terminais I2C e SPI, como sensores de umidade ou temperatura, usando uma conexão de fio único e terra. Especificamente, a tecnologia 1-Wire® da Analog Devices oferece uma solução robusta ao trabalhar com sistemas com restrições de entradas e saídas onde pode haver apenas um ou alguns pinos disponíveis no host. O Analog Devices DS28E18 1-Wire® para I2C/SPI Bridge é um excelente exemplo de um dispositivo de ponte que aproveita o 1-Wire para lidar com um conjunto padrão de desafios do sistema, como limitações de fiação, distância de comunicação e conversão de protocolo (Figura 1).

Figura 1: O gráfico mostra os desafios associados às limitações de fiação, distâncias de comunicação e conversão de protocolo. (Fonte: Analog Devices)

Essa tecnologia de interface de um fio (1-wire) é oferecida pela analog Devices e existe desde a década de 1980. Uma única conexão dedicada fornece energia e dados, permitindo várias aplicações, como sensores médicos, identificação de acessórios e sensoriamento ambiental remoto ou local. A solução 1-wire oferece os benefícios de operar dispositivos SPI ou I2C com uma interface de contato único, eliminando a necessidade de uma fonte de alimentação externa e a flexibilidade dos modos operacionais mestre de 1 fio e I2C/SPI para essas aplicações.

Dois contatos operam esta interface. Com a conexão única 1-wire e uma conexão de terra, os projetistas podem se comunicar em duas velocidades diferentes, 11,7 kb/s e 62,5 kb/s, no modo overdrive. Um host microcontrolador se conecta a um sensor SPI remoto por meio de uma interface 1-wire à bridge DS28E18 usando apenas duas conexões, a E/S de 1 fio e o terra (Figura 2).

Figura 2: O diagrama ilustra a configuração em nível de sistema. (Fonte: Analog Devices)

1-Wire para I2C/SPI com Sequenciador de Comandos e Power Harvesting

Um dos recursos exclusivos da bridge de comunicação DS28E18 é que ela pode coletar até 10mAs de corrente para alimentar os terminais I2C/SPI conectados externamente. Este dispositivo também pode operar comunicações I2C e SPI até 1 MHz e 2,3 MHz. A bridge de comunicação DS28E18 vem em um pequeno encapsulamento TDFN de 2x3mm e opera a 3,3V (±10%) em condições ambientais de -40°C a +85°C.

Além da interface 1-Wire e dos recursos, o DS28E18 engloba três blocos principais (Figura 3) que são essenciais para a interface com os terminais I2C/SPI:

  • Um sequenciador de comandos que serve como uma ponte entre os comandos 1-Wire e os comandos I2C/SPI
  • Um bloco SRAM com dados para operar o dispositivo
  • Um controlador de interface I2C/SPI/GPIO
Figura 3

O Sequenciador de Comandos

O Sequenciador de Comandos processa os dados do buffer e os armazena no endereço especificado na SRAM (128 bytes por vez) e retorna um CRC16 para o processador host validar a transmissão de dados. O sequenciador minimiza a sobrecarga de comunicação do host por ter os comandos mais usados ​​armazenados na SRAM. O DS28E18 fornece um buffer de 512 bytes na SRAM que pode ser carregado com vários comandos I2C ou SPI. Uma vez carregado, o controlador host envia uma ordem para executar a sequência, fornecer energia e coletar dados de periféricos conectados via I2C ou SPI. Um comando 1-Wire subsequente lê os dados coletados do sensor.

Três tipos de comandos, que residem nos elementos destacados em azul (Figura 4), operam este dispositivo. Esses comandos são:

  • Comandos de função ROM 1-wire
  • Comandos de Função do Dispositivo DS28E18
  • Comandos do Sequenciador DS28E18

O host inicia a comunicação para identificar e selecionar o dispositivo bridge DS28E18 usando comandos 1-wire de função de nível ROM. Uma vez selecionados, os comandos de função do dispositivo interagem com o sequenciador. A Figura 4 lista o 1-Wire ROM e o comando de função do dispositivo disponível para o DS28E18. Consulte a Documentação Técnica do DS28E18 para obter informações detalhadas.

O DS28E18 possui um buffer de comando de 144 bytes que utiliza 16 bytes para operações de comando de função do dispositivo e 128 bytes para transferir pacotes formados com comandos sequenciais para um sequenciador SRAM de 512 bytes. Os pacotes formados no sequenciador SRAM podem ser chamados para escrever e ler dados I2C/SPI para slaves conectados. O comprimento máximo de uma sequência é 512 bytes. A resposta do slave I2C/SPI é recuperada usando um comando de leitura do sequenciador após a conclusão de uma sequência.

O byte retornado como resultado indica sucesso ou qualquer erro encontrado, como receber um NACK. Se o byte indicar um erro, dois bytes adicionais serão retornados indicando a posição do erro na sequência.

Os comandos utilitários do sequenciador fornecem várias funções, como atrasos e distribuição de energia para um dispositivo terminal através do pino SENS_VDD. O atraso pode ser empregado em uma sequência para permitir tempo adicional para um dispositivo terminal I2C/SPI realizar uma conversão ou permitir a estabilização após a alimentação ser aplicada ao terminal. O atraso varia de 1ms a 32s. A energia fornecida ao terminal é coletada da interface 1-Wire. Isso significa que o host deve habilitar um pullup forte para toda a sequência. O DS28E18 pode fornecer até 10mA de corrente.

Interface de Controle

As interfaces GPIO, I2C e SPI do DS28E18 multiplexam em quatro pinos (Figura 5). A interface I2C pode operar em 100kHz, 400kHz ou 1MHz, enquanto a SPI pode ser configurada para operar em 100kHz, 400kHz, 1MHz ou 2,3MHz. Os GPIOs não estão disponíveis quando configurados como SPI.

Figura 5: Multiplexação de pinos GPIO/I2C/SPI e interface de controle (Fonte: Analog Devices)

Conclusão

Para uma experiência hands-on, peça já o Analog Devices DS28E18EVKIT Evaluation System.

Artigo escrito por Marco Antonio Ramirez Castro e publicado no blog da Mouser Electronics: Doing One Better: A Look at 1-Wire Simplicity

Traduzido por Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados

(*) este post foi patrocinado pela Mouser Electronics

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Cirineu C Fernandes
Cirineu C Fernandes
28/07/2022 11:17

A tecnologia 1-Wire® da Analog Devices é extremamente importante para o envio de dados com leituras de sensores de temperatura, um caso de aplicação é na leitura de temperatura de Expositores Verticais Abertos de supermecardos, onde você poderá implantar um Sensor DS28E18 em cada setor e medir essa temperatura para controle monitoramento, podendo enviar esses dados para um central para fins de auditoria e controle de qualidade.

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