DS28E18远程I2C和SPI传感器设置指南，内置DS2485

星星科技指导员 2023-06-13 1822

描述

众所周知，I2C 和 SPI 通信协议设计用于短距离板内通信。本应用笔记讨论I2DS28E18 1-Wire至I的C和SPI总线扩展能力®2带有命令序列器的 C/SPI 桥接器。具体来说，它涵盖了建立长线的重要措施，例如，与多个I的100m通信2C 和 SPI 传感器以及使用此设备的好处。

介绍

众所周知，I2C 和 SPI 通信协议的总线距离较短，不超过几米。尽管目前存在用于扩展这些范围的解决方案，但它们通常既复杂又昂贵。然而，DS28E18是一款高性价比的桥接芯片器件，展示了使用1-Wire接口在不影响简单性的情况下，充分利用环境传感器、模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）和显示控制器等复杂I2C和SPI器件的优势。本应用笔记首先讨论DS28E18相对于其他总线扩展方案的一些关键特性和优势。它还介绍了正确设置设备以与多个传感器进行长线通信的重要措施。

设备概述

DS28E18 1线转SPI和I2C 桥使连接板外外围设备更快、更容易。ADI公司的1-Wire互连技术使用单线加接地，将电源和数据传输到板上和板外的外设。1-Wire总线上的器件是可寻址的，并建立一条返回主机微控制器的双向通信路径。以下是DS28E18成为一款出色的产品的原因。2C 和 SPI 总线扩展解决方案。

远程操作

1-Wire接口设计为长距离稳健。虽然我2C和SPI总线长度限制在几米以内，1-Wire器件的通信距离远超过100米。DS28E18充分利用这一特性，在主机和主机之间建立远距离连接。2C 或 SPI 外设，基本上可实现 I 的远程操作2C 和 SPI 设备。

减少 I2C 和 SPI 布线
从微控制器控制外设需要相当多的布线。I2C 通常被视为仅由数据（串行数据访问 [SDA]）和时钟（串行时钟线 [SCL]）信号组成的双线连接。但实际上，当考虑到电源和接地时，该接口需要四根电线。SPI也是如此。然而，ADI公司的1-Wire技术仅通过一根线传输电源和数据。DS28E18直接从1-Wire电路获得电源，并在必要时提供给I2C或SPI外设。因此，外围设备不需要外部电源。因此，结合接地，与I2C或SPI外设接口所需的导线总数减少到仅来自主机的单对导线。

自主操作

在处理遥感应用时，功耗始终是一个问题。DS28E18通过减轻主机微控制器的部分工作负担来帮助降低功耗。该器件具有一个内部定序器，可用作 I 的缓冲器2C 或 SPI 命令。然后，主微控制器可以命令DS28E18执行其存储的序列。这样，主微控制器可以休眠，而DS28E18则自动向外设馈送命令，并根据需要收集数据。

抽象 I2C 地址

某些 I2C 应用中的另一个问题是设备地址争用。许多 I2C 设备无法修改其地址，或者可以选择仅更改几个地址位。这可能会导致同一总线上尝试响应同一地址的多个 I2C 从站之间出现争用问题。DS28E18解决了这个问题，因为每个器件都有一个唯一的ROM ID，带有48位序列号。而且，由于1-Wire总线可以承载多个1-Wire从器件，因此每个I2C器件可以连接到不同的DS28E18主机，并通过其主机的ROM ID进行区分，从而不必担心系统内的任何地址冲突。

降低成本和复杂性

通常，可以将总线延长到100m以上的系统可能需要在主机端和外设端安装多个芯片。这样的配置可能相当复杂和昂贵。DS28E18的配置正好相反。它只需要两个引脚，而 I 需要四个和六个引脚2分别为 C 和 SPI。此外，主机侧大多只是软件，只有少量接口硬件，而外设端仅由单个DS28E18器件组成。这使得DS28E18成为扩展I的简单且经济高效的方案。2C 或 SPI 总线。

设备设置

以下各节介绍为远程连接到主机处理器的多个DS28E18节点设置最佳配置的重要措施。

兼容的1-Wire主机

实现1-Wire主机非常简单，DS28E18有多种配置兼容。最基本的实现方式如图1所示，其中1-Wire主机由微控制器表示，微控制器使用通用端口引脚驱动1-Wire通信。

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图1.DS28E18主机配置采用微控制器作为1-Wire主机。

这种类型的主机配置提供了正确操作DS28E18及其所有功能所需的所有组件。它保持较低的硬件成本，因为它只需要一个备用的双向端口，以及程序内存中的一些备用空间。R 的典型值狗范围为300Ω –1000Ω，但最大值可能因连接的DS28E18节点数量和总线距离而异。

一些1-Wire从机执行某些需要额外电源的操作。这些操作称为强上拉（SPU）操作。DS28E18有多种情况下执行SPU操作，例如向连接的传感器提供外设电源时。为此，图1所示的主机微控制器可以使用PIOY引脚驱动逻辑“1”。虚线还表示可选的低阻抗旁路R。狗也可用于提供额外的电力。

使用微控制器作为1-Wire主机的缺点是1-Wire时序是通过软件生成的，这会增加初始软件开发时间和成本。作为替代方案，ADI公司提供多种1-Wire主控产品，也可用于可靠驱动DS28E18。图2所示为采用DS1 I的2485-Wire主机的另一种兼容方案2C 转 1 线桥接器件。

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图2.DS28E18主机配置，采用DS2485 I2C-to-1-Wire桥接器作为1-Wire主控。

使用DS2485的优点是可以完成大部分繁重的工作。这是一个我2C-to-1-Wire桥接器件，可直接连接到I型2C 主站，通常是微控制器，速度高达 1MHz。它在 I 之间执行协议转换2C主机和任何下游1-Wire从器件，如DS28E18。该器件具有内部用户可调定时器，使系统主机处理器无需生成时间关键型1-Wire波形，支持标准和超速1-Wire通信速度。一旦提供命令和数据，DS2485的输入/输出控制器即可执行时间关键型1-Wire通信功能，如复位/存在检测周期、读字节、写字节、读块、写块、单位R/W、ROM搜索三元组和完整的命令序列，无需与主机处理器交互。1-Wire总线上的外部上拉可以避免，因为DS2485器件在内部提供所有必要的上拉功能。

长距离布线

DS28E18用作板外外设时效率最高。在设置设备进行长距离通信时，重要的是要注意较长的电缆线引入的总线电容。大量数据会阻碍1-Wire线路的上升时间，从而有效干扰数据传输。图3所示为DS28E18可行的长线配置示例。它包括DS2485 1-Wire主站和一根100米长的双绞线24 AWG CAT5E电缆，连接到DS28E18的IO和GND引脚。由于DS28E18的电源来自1-Wire线路，因此无需额外的电源线。

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图3.DS28E18 远程配置，采用 DS2485。

使用 APU

与DS1E10的典型板载100cm板载连接和28m处的板外连接相比，18-Wire上升时间有显著差异，分别如图4和图5所示。

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图4.板载DS1E28的18线上升沿，在10cm和1000Ω R处狗.

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图5.1-线线上升沿，28m和18Ω R时DS100E1000的板外上升沿狗.

对于上升时间过慢的剧烈情况，可以通过降低无源电阻（即R狗）值，1-Wire总线上的值到下端（例如，300Ω）。修改 R狗DS2485只需通过软件配置其内部无源上拉电阻值即可轻松实现值。

对于降低上拉电阻还不够的情况，DS2485还提供另一种上拉技术，称为有源上拉（APU）。使能后，APU在1-Wire信号从低到高的转换过程中，基本上在有限的时间内通过低阻抗路径旁路无源上拉电阻，从而更快地有效地达到高压状态。这种效应可以在图6中看到，尽管具有相同的5Ω无源上拉电阻，但图1000中的相同上升沿明显更清晰。因此，在通过长线路与DS28E18通信时，始终建议使用APU。

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图6.1-线线上升沿，28m和18Ω R时DS100E1000的板外上升沿狗启用 APU。

实现多个节点

考虑到每个DS28E18具有唯一的ROM ID，多个器件可以连接到同一1-Wire总线，而不会产生任何争用问题。从本质上讲，这使得系统能够将各种远程传感器与自己的DS28E18主机集成在一起。图7和图8所示为DS28E18典型节点配置，其I型2分别连接了 C 和 SPI 传感器。图 7 中的虚线表示 I 上的可选上拉2C总线，用于DS28E18的内部上拉被配置为禁用。

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图7.DS28E18节点配置，带I2C 传感器。

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图8.DS28E18节点配置，带SPI传感器。

功耗

单个1-Wire总线可连接的节点数量可达10个或更多。最大数量在很大程度上取决于SPU工作期间从1-Wire线路一次消耗的电流量。如果压降使IO处的电压电平小于最小值，则线路上的节点过多可能会妨碍设备的性能斯普乌SPU 操作期间的限制（即 2.0V）。

最显著的高电流消耗发生在多点ROM ID上电序列期间。具体说明一下，DS28E18在上电时始终以默认ROM ID值启动。为了完全工作，DS28E18必须首先从存储器中填充其唯一的ROM ID。为此，1-Wire主机必须发出1-Wire跳跃ROM （CCh）命令，然后发出DS28E18写入GPIO（83h）命令。因此，连接到同一28-Wire总线的每条DS18E1都会响应该ROM ID上电序列，从而有效地增加了从1-Wire线路汲取的电流，因为每个器件同时填充其唯一的ROM ID。

为了在使用DS2485时满足这种高电流需求，建议使用如图2所示的外部p沟道。该p沟道的上拉阻抗小于DS2485的内部SPU阻抗，从而有助于沿1-Wire线路驱动更多电流。注意，DS2485的1-Wire模块（ABh）命令是唯一可以访问外部p沟道的1-Wire主控命令，因此必须用于运行多点ROM ID上电序列。DS28E18节点成功上电后，DS2485可以恢复正常工作，外部p沟道可以忽略不计。

结论

DS28E18是扩展I的出色解决方案2C 或 SPI 通信。与其他扩展解决方案相比，这种简单且经济高效的设备具有许多优势，使系统能够在最远 100 米或更远的距离内控制多个传感器。按照此设备设置指南可以实现最佳硬件配置。

审核编辑：郭婷

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