Tek veri yolu EEPROM yongası DS2431'i simüle etmek için STC15W204S tek yongalı mikrobilgisayarı temel alır
Zhang Jie 1, Yang Bifeng 1, Yan Xueyang 1, Liu Yuyan 1
(1. Elektronik Mühendisliği Okulu, Chengdu Bilgi Teknolojisi Üniversitesi, Chengdu 610225, Sichuan; 2. Temel Atmosferik Gözlem Laboratuvarı, Çin Meteoroloji İdaresi, Chengdu 610225, Sichuan)
: STC15W204S tek yongalı mikrobilgisayar temel alınarak, tek yollu EEPROM yongası DS2431 simüle edilmiştir. SOP-8 paketindeki STC15W204S tek çipli mikrobilgisayar, daha az pin, düşük fiyat, harici kristal osilatör olmaması avantajlarına sahiptir ve dahili saat 5 MHz'den 35 MHz'e ayarlanabilir. DS2431, 1024 bitlik bir 1 Wire EEPROM çipidir. 4 sayfa × 256 bitlik bir hafıza alanına ve 64 bitlik tek değiştirilemez litografiye sahiptir. 64-bit litografinin benzersizliği, DS2431'in donanım devrelerinin şifrelenmesinde, benzersiz kimlik seri numaralarının depolanmasında ve donanım devrelerinin anahtar bilgilerinde vb. Yaygın olarak kullanılmasını sağlar. Temel olarak 1-Wire iletişim protokolünü, tek çipli mikrobilgisayar analog çipinin donanım devresini, DS2431'i simüle etmek için tek çipli mikro bilgisayarın program tasarım akışını, DS2431 ve EEPROM'u simüle etmek için tek çipli bilgisayarın 64 bit litografisini sunar.
: TP368.1 Belge tanımlama kodu: ADII: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.08.011
Alıntı biçimi : Zhang Jie, Yang Bifeng, Yan Xueyang, vb STC15W204S tek yongalı mikrobilgisayar analog tek yollu EEPROM yongası DS2431 [J]. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017, 36 (8): 31-33, 38.
0 Önsöz
* Fon Projesi: Ulusal Büyük Bilimsel Enstrüman ve Ekipman Geliştirme Özel Projesi (2012YQ110205) DS2431, 64-bit benzersiz litografiye sahip 1.024 bitlik bir EEPROM çipidir. DS2431'in simülasyonu, DS2431'in 64-bit litografisini ve veri depolamasını simüle etmektir, böylece DS2431 ve tek çipli bilgisayar tarafından simüle edilen orijinal DS2431, aynı 64-bit litografi ve veri depolama işlevlerine sahiptir. 64 bit litografinin değişmez özelliklerini kullanan DS2431, donanım devre şifrelemesinde, cihaza özel kimlik seri numaralarında, anahtar bilgi depolamada, fikri mülkiyet korumasında, güvenlik işlevi kontrolünde vb. Yaygın olarak kullanılmaktadır. Tek veri yollu aygıtlar, veri yolu genişletme ve bakımı için uygun olan basit hatlar, daha az donanım ek yükü ve düşük maliyet avantajlarına sahiptir [1-2]. Basit bir sinyal iletim devresi olarak, 1-Wire veri yolu, bir veya daha fazla bağımlı cihaz ve ana kontrolör arasında yarı çift yönlü iletişim uygulamak için bir veri hattı kullanır. Tek-veri yolu iletişimi üç adımda gerçekleştirilebilir: 1-Kablolu cihazların başlatılması, 1-Kablolu cihazların tanımlanması ve master ile slave [3-4] arasındaki veri alışverişi. Bu bir master-slave yapısıdır, host slave cihazı aradığında slave cihaz cevap verir [5]. Bu nedenle, ana bilgisayar 1 Hatlı aygıta yalnızca katı bir tek veri yolu komut dizisi aracılığıyla, yani bağımlı aygıtı, ROM'u ve işlev komutlarını [6-7] başlatmak için erişebilir. Sıra düzensizse, 1-Wire cihazı ana bilgisayardan [8-9] gelen komuta yanıt vermeyecektir. 1-Wire cihazların simülasyonu, tek çipli mikrobilgisayarın, tek-yollu komut dizisi ve komut zaman aralığı ile sıkı bir şekilde ilgilenmesini gerektirir ve tek-çipli mikrobilgisayarın, ana bilgisayar tarafından verilen komutlara cevap vermesini gerektirir [10]. DS2431'in yanıt simülasyonu sayesinde, DS2431'i tek çipli mikrobilgisayar ile simüle etme amacına ulaşılır.Bu yöntem aynı zamanda diğer 1-Wire cihazları simüle etmek için de kullanılabilir.
1 Tek veri yolu protokolü
1.11-Kablolu Tek Veriyolu Zamanlaması
1-Wire cihazlar veri aktarımı sırasında sıkı iletişim protokollerini takip eder Tek-veri yolu iletişim protokolleri sıfırlama darbesi, yanıt darbesi, yazma 1, yazma 0, okuma 1 ve okuma 0 [11] içerir.
Tek bir veriyolunun başlatma adımları Şekil 1'de gösterilmektedir.
(1) Ana bilgisayar, veri yolunu 480 s ~ 960 s için aşağı çeker ve ardından ana bilgisayar, veriyolunu serbest bırakır ve alıcı durumuna girer [12].
(2) Slave, 480 s'den az olmayan ana sıfırlama sinyalini izledikten sonra, 15 s ila 60 s arasında bekler ve ardından bir yanıt sinyali oluşturur (veriyolunu 60 s ila 240 s için aşağı çekin) [13].
(3) Slave, veriyolunu en az 2 s kurtarma süresi için serbest bırakır.
1 yazma ve 0 yazma sıra adımları Şekil 2'de gösterilmektedir.
(1) Ana bilgisayar veri yolunu 5 s ~ 15 s boyunca düşük çeker ve ardından ana bilgisayar veri yolunu 45 s boyunca yüksek veya düşük çeker.
(2) Bağımlı, 15 s sonra örneklemeye başlar.
(3) Ana bilgisayar veri yolunu serbest bırakır ve en az 2 s kurtarma süresine sahiptir (standart 5 s'dir).
(4) Tüm yazma 1 zaman aralığı en az 60 s'dir.
Veri okuma sırası Şekil 3'te gösterilmektedir.
(1) Ana bilgisayar, veri yolunu en az 1 s aşağı çeker.
(2) Slave, otobüsü düşen kenardan sonra aşağı veya yukarı çekecek ve 15 s boyunca tutacaktır.
(3) Ana bilgisayar veriyolunu bırakır ve ana bilgisayar veriyolunu düşük seviyeye çektikten sonra 15 s içinde örnekler.
(4) 15 s sonra, veri yolu direnç tarafından yukarı çekilir.
(5) Tüm zaman 60 saniyeden az değildir ve her zaman diliminden sonra en az 2 s'lik bir toparlanma süresi vardır.
1.2 Tek veri yolu arabirimi
Şekil 4 Tek veri yolu arabirimi Tek veri yolu arabirim devresi çok basittir ve DS2431'in okuma ve yazma voltaj aralığı 2,8 V ~ 5,25 V'tur. I / O portuna bir kaldırma direnci bağlayın DS2431 veri sayfasına göre, kaldırma direncinin aralığı 0,3 k ~ 2,2 k'dur. Tek veri yolu arayüzü Şekil 4'te gösterilmektedir.
2 Analog tek veri yolu cihaz zamanlaması ve arabirimi
2.1 Analog tek veri yolu cihazının zamanlaması
Tek veriyolu bir aygıtın zamanlamasını simüle etmek için en önemli şey, ana birim tarafından başlatılan sinyale, tek veriyolu iletişim protokolünün belirtilen süresi içinde yanıt vermektir.Gecikmenin doğru bir şekilde kavranması gerekir.Zamanlama kaçırılırsa, ana birim bağımlıyı yanıt yok ve iletişim hatası olarak görebilir . Zamanlama sırasını simüle ederken, zamanlama sırasını analiz etmek ve analiz sonuçları aracılığıyla simülasyon zamanlamasını ince ayarlamak için bir mantık analizörü kullanılabilir.
Analog tek veriyolu başlatma adımları Şekil 5'te gösterilmektedir.
(1) Tek yongalı bilgisayar, ana bilgisayar sıfırlama sinyalini bekler, ana bilgisayarı veri yolunu aşağı çekmek için izler ve ana bilgisayarın veri yolunu 480 s içinde düşük çektiğini doğrular.
(2) MCU, sıfırlama sinyalini onayladıktan sonra veri yolunun yükseğe çekilmesini bekler.
(3) Tek çipli mikrobilgisayar, ana bilgisayarın veriyolunu bıraktığını ve veri yolunu 60 ~ 240 s için düşük çektiğini (bağımlı yanıt verir) algılar.
(4) MCU, veriyolunu serbest bırakır (yanıtın tamamlandığını belirtmek için veri yolunu yükseğe çekin).
Analog ana bilgisayarın sıralama adımları 1 yazın ve 0 yazın:
(1) Mikrodenetleyici, ana bilgisayarın iletişimi başlatmak için veri yolunu aşağı çekmesini bekler.
(2) Ana bilgisayarın veri yolunu aşağı çektiğini izledikten sonra, mikrodenetleyici birkaç mikrosaniye gecikmeden sonra örneklemeye başlar.
(3) Tek çipli mikro bilgisayar, örneklemeden sonra gecikmeye başlar ve ana bilgisayar veri yazıldıktan sonra veriyoluna devam eder.
(4) Tüm süre 60 s'dir.
Zamanlama diyagramı, örnekleme süresinin ince ayarlanabildiği ve zamanlamanın bir mantık analizörü yardımıyla analiz edilebildiği Şekil 5'te gösterilmektedir. Ev sahibi 55h komutunu yazar ve eşleşir.
ROM simülasyon dizisi Şekil 6'daki gibi gösterilmektedir.
Analog ana bilgisayar okuma verilerinin sıra adımları:
(1) Ana bilgisayar, veri yolunu en az 1 s aşağı çeker.
(2) Mikrodenetleyici, ana bilgisayarın veri yolunu 1 s için düşük çektiğini ve ana bilgisayarın örnekleme yapabilmesini sağlamak için hemen veri yolunu yukarı veya aşağı çektiğini algılar.
(3) Ana bilgisayar örnekleri aldıktan sonra, mikro denetleyici veri yolunu geri yükler.
(4) Tüm zaman 60 s'den az değildir ve her bir zaman diliminden sonra en az 2 s'lik bir toparlanma süresi vardır.
Zamanlama diyagramı, tek çipli mikrobilgisayarın veriyolunun çalışma süresini ince ayarlayabildiği ve zamanlamanın bir mantık analizörü yardımıyla analiz edilebildiği Şekil 3'te gösterilmiştir. Ana bilgisayarın FOh yazma komutu ve ROM arama simülasyon dizisi Şekil 7'de gösterilmektedir.
2.2 Analog tek veri yolu cihazının donanım devre arayüz tasarımı
STC15W204S MCU'nun çalışma voltajı aralığı 2,5 V ~ 5,5 V, dahili saat ISP programlaması sırasında 5 MHz ~ 35 MHz aralığında ayarlanabilir, ±% 1 sıcaklık kayması (-40 ~ + 85 ) normal sıcaklıkta sıcaklık kayması ±% 0,6 (-20 ~ + 65 ), donanım indeksi gereksinimlerini karşılayabilir. STC15W204S, 8 pin ve 6 I / O bağlantı noktasına sahiptir. Hata ayıklama sırasında, P3.0 ve P3.1 programlama için seri arabirimler olarak kullanılır ve P3.3, P5.4 ve P5.5, hata ayıklama ve tek çipli mikro bilgisayarın durumunu gözlemlemek için bir LED ışığına bağlanabilir. Programlanmış programa sahip tek çipli mikrobilgisayarın çalışması için yalnızca 3 pin gerekir. Devre arayüz tasarımı Şekil 8'deki gibi gösterilmektedir.
DS2431 simülasyonunun 3 program tasarımı
3.1 Programlama süreci
Ana bilgisayar, Şekil 9'daki program tasarım akışının başlangıcında bir sıfırlama sinyali gönderecektir, bir bağımlı cihaz olduğunu tespit ettiğinde, bir ROM çalıştırma komutu [14] verebilir. ROM komutları arasında "ROM [33h] okuma", "eşleştirme" ROM [55h], "atlama" ROM [CCh], "arama" ROM [F0h], vb. Bulunur. Ana bilgisayar bir ROM komutu gönderirse, mikro denetleyici ROM komutunu aldığında uygun şekilde yanıt verecektir. Benzer şekilde, ana bilgisayar okuma ve yazma işlemlerini gönderecek ve mikrodenetleyici buna göre yanıt verecektir. Programlama süreci Şekil 9'da gösterilmektedir.
3.264 bit litografi ve EEPROM'u simüle edin
Her tek yollu yonganın 64 bit litografisi benzersiz ve değiştirilemez olduğundan, DS2431 litografisi donanım kimliği seri numaraları yapmak için kullanılabilir ve ayrıca donanımı şifrelemek için kullanılabilir ve EEPROM anahtar bilgilerini depolamak için kullanılabilir.
Litografiyi simüle etmek için, önce bir DS2431 litografi okuyun ve ardından bu litografiyi depolamak için bir 8 B dizisi açmak için tek çipli bir mikro bilgisayar kullanın. Ana bilgisayar 33h komutunu gönderdiğinde, tek çipli mikro bilgisayar litografiyi bayta göre tükürür ve ana bilgisayar F0h komutunu gönderdiğinde, tek çip litografiyi bit ile tükürür. Ana bilgisayar 55h komutunu gönderdiğinde, mikrodenetleyici varsayılan olarak karşılık gelen verileri kabul eder [15]. Ana bilgisayar tarafından gönderilen komutun yüksek biti sonra düşük biti yazması olduğuna dikkat edilmelidir.Komutu alırken, aynı zamanda yüksek biti ve ardından düşük biti de alır.
Öykünülmüş EEPROM, verileri depolamak için bir dizi açmak için tek çipli mikro bilgisayarı kullanabilir.Başlangıçta bu dizilere bazı sabit değerler yazabilirsiniz ve ana bilgisayar, okuma geldiğinde ona sayılar tükürür. Ayrıca, ana bilgisayar tarafından yazılan verileri depolamak için bir bellek parçası da açabilirsiniz ve mikro denetleyici bu verileri yonga üzerindeki EEPROM'da depolayabilir. Bu diziyi tasarlarken, simülasyon hedefinin EEPROM yapısına başvurmalısınız.MCU, adres komutunu ve sayfa numarası komutunu alırken karşılık gelen dizi yapısını kullanır.
4. Sonuç
DS2431'i simüle etmek için STC15W204S tek çipli mikrobilgisayarın kullanılması, iyi bir geliştirme beklentisi ve kullanım değerine sahiptir STC15W204S tek çipli mikrobilgisayar, daha az pin, düşük güç tüketimi, harici kristal osilatör olmaması ve düşük fiyat gibi avantajlara sahiptir. Bu araştırma, DS2431'in tek çipli mikrobilgisayar ile simülasyonunu gerçekleştirmiş ve DS2431'in fotolitografi ile kopyalanamaması sorununu çözmüştür. Bu araştırmada, tek yongalı mikrobilgisayar, tek yollu bir slave'in yanıt zamanlamasını simüle etmek için kullanılır.Bu yöntem, diğer tek yollu aygıtları simüle etmek için de kullanılabilir. DS2431, baskı ekipmanı, tıbbi ekipman ve donanım devrelerinin şifrelenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. DS2431'in işlevlerinin bir kısmını simüle etmek için STC15W204S tek yongalı mikrobilgisayar kullanmak, bazı şifreleme aygıtlarını kırabilir ve donanım devrelerini kopyalayabilir. STC15W204S mikro denetleyicide sıcaklık kayması vardır, bu nedenle kopyalama sırasında sıcaklık sapması aralığı dikkate alınmalıdır. Tek çipli mikrobilgisayarın çalışma aralığı, çoklu indirme programı testleri için farklı frekanslara ayarlanmalı ve sıcaklık kayması sorununun üstesinden gelmek için programı indirirken normal çalışma aralığının orta değerini belirlemek için gecikme fonksiyonunun modifikasyonu ile birleştirilmelidir. Programın ve simüle edilen mikro denetleyicinin güvenilirliğini doğrulamak için yüksek ve düşük sıcaklık deneyleri kullanılabilir.
Referanslar
[1] Chen Hao. Akıllı sensörler ve tek çipli mikrobilgisayar tabanlı sıcaklık izleme sistemi D. Pekin: Kuzey Çin Elektrik Enerjisi Üniversitesi, 2005.
2 Chen Zhiying, Li Guanghui Tek veri yolu teknolojisi ve uygulaması J. Electrical Times, 2015 (8): 74-75.
[3] Yang Zhangli. IC kartlı gaz sayacı akıllı kontrol ve algılama sistemi üzerinde araştırma D. Chongqing: Chongqing Üniversitesi, 2007
[4] Hu Hao, Lei Jinli, Zhou Nina 1-Wire bus teknolojisi ve yangın izlemede uygulaması J Mekatronik Mühendisliği Teknolojisi, 2006, 35 (6): 68-71.
5 Zhang Yangqing.İki makineli iletişime dayalı gerilim ve sıcaklık izleme sistemi J Science and Technology Wind, 2013 (23): 104-105.
[6] Zhang Dong. Çift CPU [D] tabanlı sera sıcaklığı uzaktan ölçüm ve kontrol sistemi üzerine araştırma Chongqing: Chongqing Üniversitesi, 2007
[7] Zhang Huafeng. Tek Hatlı Otobüs algılama ağı bağımlı istasyon yönetimi ve güvenilir iletim araştırması [D] Nanchang: Nanchang Üniversitesi, 2007
[8] Gao Luoqing 1-telli sistemde TM kartında tek çipli mikrobilgisayarın eşdeğer değişimi J Micro Mikrodenetleyici ve Gömülü Sistem Uygulaması, 2008 (8): 62-65.
[9] Li Ying Araç güç bataryasının SOC tahmin yöntemi ve yönetim sistemi tasarımı üzerine araştırma D Shenyang: Northeastern University, 2012.
