iButton的工作原理及其特點論文
摘要：在介紹1-Wire總線的基礎上，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。
關鍵詞：1-Wire總線 信息鈕扣 通信協(xié)議
包括達拉斯半導體公司現(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)成本并簡化了設計，正越來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的出廠時應已固化的序列號，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。
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通信時，總線控制器先發(fā)出一個“復位”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(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。微機及有關讀寫設備處于主動（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“復位”信號使數(shù)據(jù)線變?yōu)榈碗娖健．攊Button接收到“復位”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用前景。
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