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18 DESIGN&ELEKTRONIK 04 2021 www designelektronik de embedded-Computing Maker mit One-Wire Spannungsversorgung Über eine interne Diode lässt sich verhindern dass sich die Kapazität in den Low-Phasen entlädt Um die kapazitive last nicht zu stark zu erhöhen wird eine Schottky-Diode verwendet Sie besitzt nicht nur eine geringe parasitäre Kapazität sondern verursacht ebenso lediglich einen geringen Spannungsabfall Die One-Wire-Bauelemente werden über einen Open-Drain-Pin Wired AND an die Leitung DQ Bild 1 angeschlossen Sie kann über einen Pullup-Widerstand typischerweise 1 5 bis 5 kΩ auf HighPegel gelegt und von den Teilnehmern auf Low-Pegel gezogen werden Nach jeder Low-Phase muss eine ausreichend lange High-Phase folgen damit sich die internen Kapazitäten in den Slaves wieder aufladen können Somit ist das Timing für das Erfüllen der One-Wire-Kommunikationssequenz essenziell Der One-Wire-Trick liegt gewissermaßen in den speziellen Chips So sind sowohl die Daten als auch die Spannungsversorgung über einen einzigen Anschluss zu führen Obwohl es One-Wire heißt benötigt man noch eine zweite Leitung für die Schaltungsmasse GND Gleichwohl ist One-Wire damit ein einzigartiges System Einige der One-Wire-Chips verfügen über einen VDD-Pin für den Anschluss einer Spannungsversorgung was als Option oder für den Test gedacht ist denn im Prinzip ist er nicht notwendig Das One-Wire-Prinzip lässt sich ebenso für eigene Entwicklungen adaptieren Hierfür setzt man ein ähnlich einfaches Protokoll ein und baut für die Spannungsversorgung eine separate Schaltung Bild 2 auf So lässt sich die nötige Versorgungsspannung für einen digitalen Sensor aus dem Datenstrom beziehen ■ Intelligente Knöpfe Eine spezielle Bauform von One-WireChips bietet Maxim Integrated mit den sogenannten iButtons an Sie sind insbesondere für Identifizierungs-Kontrollund Zugangsanwendungen gedacht Zum Einsatz kommen sie beispielsweise in Druckerpatronen Von der Funktion her unterscheiden sich konventionelle 1-Wire-Chips nicht von der der iButtons Bild 3 In einem runden etwa 17 mm durchmessergroßen Stahlgehäuse mit einer Dicke von typischerweise 3 bis 6 mm befindet sich ein Speicherchip mit einer eigenen Seriennummer 64 Bit Er lässt sich durch Berühren mit dem Kontakt eines passenden Lesegerätes per 1-Wire-Verbindung auslesen Das ist beispielsweise für das Authentifizieren an einem Schlüsselbund oder an einem Container möglich Eine andere Funktion weisen die sogenannten »iButtonLogger« auf mit denen sich beispielsweise Umweltdaten wie die Temperatur oder die Feuchtigkeit DS1923 ermitteln und aufzeichnen lassen ■ Aufbau eines One-WireSystems Prinzipiell sind verschiedene Topologien Linear Abzweig Stern für ein One-WireSystem möglich Gleichwohl empfiehlt sich ein lineares System In ihm befinden sich alle Teilnehmer ausgehend vom Master an einem Strang Bei den anderen Konstellationen können an den Abzweigstellen leicht Impedanzfehler entstehen die unerwünschte Reflexionen erzeugen und das Signal hiermit verfälschen Handelt es sich um eine elektrisch kurze Leitung sind die Reflexionen zu vernachlässigen Man spricht von einer elektrisch kurzen Leitung wenn die Hinplus Rücklaufzeit einer Welle kleiner ist als der kleinere Wert von Signalanstiegszeit und -abfallzeit Bereits mit Klingeldraht und einfachen Telefonkabeln lassen sich kleine One-WireSysteme aufbauen die eine Ausdehnung von mehreren Metern haben können Nötig ist lediglich eine Zweidrahtleitung die bei 16 MHz idealerweise eine maximale Dämpfung von 8 dB aufweist Über eine Leitung erfolgt die Datenübertragung und Stromversorgung während die andere die gemeinsame Masse bildet Wichtig für den Anschluss ist dass der Entwickler entweder ein ungeschirmtes Kabel verwendet oder den Schirm nicht mit Masse verbindet Ungenutzte Adern sollte er ebenfalls nicht mit Masse verbinden um die Leitungskapazität nicht zu erhöhen Bild 2 Einfache Schaltung um die Spannungsversorgung aus einem Datenstrom beziehen zu können Bild 3 Eine spezielle Bauform von One-Wire-Slaves sind die iButtons Bild 1 Aufbau und Anschlüsse des Temperatursensors DS18B20