iButton的工作原理及其特点
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2020-12-10
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iButton的工作原理及其特点的工作原理及其特点
摘要：在介绍1-Wire总线的基础上，对1-Wire器件iButton及其工作原理进行了介绍，并概括了它的特点。 关键
词：1-Wire总线 信息钮扣 通信协议包括达拉斯半导体公司现在生产的信息钮扣iButtion（information Button）
在内，已有30多种1-Wire器件，它们采用一种特殊的通信协议，通过单条连接线解决了控制、通信和供电等问
题，降低了系统成本并简化了设计，正越来越广泛地应用于日常生活中。例如iButton已用于金融、电信、商业
以及军事领域等。1 1-Wire总线1-Wire总线是一种简单的信号电路，它仅用一根数据线即可与外界进行信息交
换。1-Wire总线器件
摘要：摘要：在介绍1-Wire总线的基础上，对1-Wire器件iButton及其工作原理进行了介绍，并概括了它的特点。
关键词：关键词：1-Wire总线 信息钮扣 通信协议
包括达拉斯半导体公司现在生产的信息钮扣iButtion（information Button）在内，已有30多种1-Wire器件，它们采用一种
特殊的通信协议，通过单条连接线解决了控制、通信和供电等问题，降低了系统成本并简化了设计，正越来越广泛地应用于日
常生活中。例如iButton已用于金融、电信、商业以及军事领域等。
1 1-Wire总线总线
1-Wire总线是一种简单的信号电路，它仅用一根数据线即可与外界进行信息交换。1-Wire总线器件的共性是：每个器件都
有一个不会与其它任何器件重复的出厂时应已固化的序列号，也就是说，每一个器件都是唯一的。一旦器件的序列号已知，通
过这个序列号，任意一个器件都可以从众多连到同一1-Wire总线的器件中被选出用于通信。
通信时，总线控制器先发出一个“复位”信号以使总线同步，然后选择受控制器件进行随后的通信。这可以通过选择一个特定的
受控器件（利用该设备的系列号进行选择）或者通过对半检索法找到总线上的下一个受控器件来实现，当然，也可以选择所有
的受控器件。一旦一个特定的器件被选中，那么在总线控制器发出下一次“复位”信号之前，所有其它器件都被挂起而忽略随后
的通信。
主机能向用于总线通信的所有器件发布指令，对它（或者它们）进行数据的读写。这是因为每类器件运行不同的函数，有
不同的用途，而且一旦器件被选定，它所用的协议也就固定下来。即使每类器件有不同的协议和特征，它们也都有着同样的选
择过程并且都遵循如图1所示的流程。
2 iButton简介简介
iButton是一个封装在钮扣型不锈钢外壳里的微型计算机芯片，它的直径为16mm，厚3～6mm。可以实现双工通信，数据
传输使用单总线协议，使得引脚数目降至最少：一根数据线，一根地线。不锈钢封装的内圈圆面作为数据线，外圈圆面作为地
线。见图2。
iButton的外形如图3。
Ibutton种类繁多，根据使用芯片的不同，可以分为三类：①Memory iButton具有64KB的存储空间，可以存储文字、数字
化的图像，有些还具有实时时钟（如DS1904）、温度传感器（如DS1921）；②Java-powered crypto iButton采用高速处理器
和算法加速器来处理加密和解密算法中的数据，它可以与Internet应用程序进行交互，可以作为一种远程身份验证解决方案；
③Thermochron iButton包含了温度探测器和实时时钟，可以保留热交换的历史记录，还有512字节的附加存储器用来存储输出
的历史记录。
IButton也可以通过并口或串口与计算机进行通信，其传输速率可达142kbps。其主机可以是PC机、掌上电脑或笔记本电
脑，同时还需要有读写设备（如Blue Dot）以及相应的软件交接面，如iButton-TMEX。
3 iButton的工作原理的工作原理
iButton芯片由多路复用器和存储器两部分构成，其功能模块如图4所示。
由于iButton采用单总线传输协议，所以只需一根数据线和一根地线，结构极其简单。传输数据时，通过数据线供电。微机
及有关读写设备处于主动（Master）地位；iButton处于从属（Slave）地位。如果iButton与Master尚未建立连接，则不能进行
数据的传输；一旦成功建立连接，只需几微秒的时间，iButton便可将数据线置为低电平，以此通知Master已经建立了连接，
等待接收命令，这个脉冲称为在线脉冲。Master也可通过发送“复位”信号使数据线变为低电平。当iButton接收到“复位”信号
时，通过检测数据线的电平状态，可在数据线变为高电平后立即发出一个在线脉冲。复位脉冲/在线脉冲的时序见图5。
IButton发出在线脉冲后，等待Master发出命令。收到命令后，便执行相应的操作。由于iButton处于从属地位，因此每个
帧从何时开始就由Master来定义。为了做到这一点，Master从数据线读取一位数据，根据状态的不同做出相应的判断：如果
iButton发出信号“1”，则下一个时隙即为帧的开始时刻；否则iButton将继续保持数据线为低电平直到霜一确定的时间。现以从
iButton读取数据为例说明具体的执行过程：确定了下一帧的开始时刻后，Master首先向iButton发一个读数据指令，iButton接
收读指令后立即将被读取位的内容送至数据线上，微机从数据线上获得数据。若数据线在iButton的采样时区内维持高电平，
则读取值为“1”；否则，为“0”。最后，iButton释放数据线，数据线恢复为高电平，为Master继续从iButton读取数据作好准备。
图6示出了从在线脉冲开始到读取数据结束的时序。其中，黑色粗线表示Master的动作，灰色粗线表示iButton的应答，细线表
示上拉电阻的作用。
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