iButton的工作原理及其特點論文

　　摘要：在介紹1-Wire匯流排的基礎上，對1-Wire器件iButton及其工作原理進行了介紹，並概括了它的特點。

　　關鍵詞：1-Wire匯流排資訊鈕釦通訊協議

　　包括達拉斯半導體公司現在生產的資訊鈕釦iButtion（information Button）在內，已有30多種1-Wire器件，它們採用一種特殊的通訊協議，透過單條連線線解決了控制、通訊和供電等問題，降低了系統成本並簡化了設計，正越來越廣泛地應用於日常生活中。例如iButton已用於金融、電信、商業以及軍事領域等。

　　1 1-Wire匯流排

　　1-Wire匯流排是一種簡單的訊號電路，它僅用一根資料線即可與外界進行資訊交換。1-Wire匯流排器件的共性是：每個器件都有一個不會與其它任何器件重複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，透過這個序列號，任意一個器件都可以從眾多連到同一1-Wire匯流排的器件中被選出用於通訊。

　　(收集整理)

　　通訊時，匯流排控制器先發出一個“復位”訊號以使匯流排同步，然後選擇受控制器件進行隨後的通訊。這可以透過選擇一個特定的受控器件（利用該裝置的系列號進行選擇）或者透過對半檢索法找到總線上的下一個受控器件來實現，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，那麼在匯流排控制器發出下一次“復位”訊號之前，所有其它器件都被掛起而忽略隨後的通訊。

　　主機能向用於匯流排通訊的所有器件釋出指令，對它（或者它們）進行資料的讀寫。這是因為每類器件執行不同的`函式，有不同的用途，而且一旦器件被選定，它所用的協議也就固定下來。即使每類器件有不同的協議和特徵，它們也都有著同樣的選擇過程並且都遵循如圖1所示的流程。

　　2 iButton簡介

　　iButton是一個封裝在鈕釦型不鏽鋼外殼裡的微型計算機晶片，它的直徑為16mm，厚3～6mm。可以實現雙工通訊，資料傳輸使用單匯流排協議，使得引腳數目降至最少：一根資料線，一根地線。不鏽鋼封裝的內圈圓面作為資料線，外圈圓面作為地線。見圖2。

　　iButton的外形如圖3。

　　Ibutton種類繁多，根據使用晶片的不同，可以分為三類：①Memory iButton具有64KB的儲存空間，可以儲存文字、數字化的影象，有些還具有實時時鐘（如DS1904）、溫度感測器（如DS1921）；②Java-powered crypto iButton採用高速處理器和演算法加速器來處理加密和解密演算法中的資料，它可以與Internet應用程式進行互動，可以作為一種遠端身份驗證解決方案；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位元組的附加儲存器用來儲存輸出的歷史記錄。

　　IButton也可以透過並口或串列埠與計算機進行通訊，其傳輸速率可達142kbps。其主機可以是PC機、掌上電腦或膝上型電腦，同時還需要有讀寫裝置（如Blue Dot）以及相應的軟體交接面，如iButton-TMEX。

　　3 iButton的工作原理

　　iButton晶片由多路複用器和儲存器兩部分構成，其功能模組如圖4所示。

　　由於iButton採用單匯流排傳輸協議，所以只需一根資料線和一根地線，結構極其簡單。傳輸資料時，透過資料線供電。微機及有關讀寫裝置處於主動（Master）地位；iButton處於從屬（Slave）地位。如果iButton與Master尚未建立連線，則不能進行資料的傳輸；一旦成功建立連線，只需幾微秒的時間，iButton便可將資料線置為低電平，以此通知Master已經建立了連線，等待接收命令，這個脈衝稱為線上脈衝。Master也可透過傳送“復位”訊號使資料線變為低電平。當iButton接收到“復位”訊號時，透過檢測資料線的電平狀態，可在資料線變為高電平後立即發出一個線上脈衝。復位脈衝/線上脈衝的時序見圖5。

　　IButton發出線上脈衝後，等待Master發出命令。收到命令後，便執行相應的操作。由於iButton處於從屬地位，因此每個幀從

　　何時開始就由Master來定義。為了做到這一點，Master從資料線讀取一位資料，根據狀態的不同做出相應的判斷：如果iButton發出訊號“1”，則下一個時隙即為幀的開始時刻；否則iButton將繼續保持資料線為低

　　電平直到霜一確定的時間。現以從iButton讀取資料為例說明具體的執行過程：確定了下一幀的開始時刻後，Master首先向iButton發一個讀資料指令，iButton接收讀指令後立即將被讀取位的內容送至資料線上，微機從資料線上獲得資料。若資料線在iButton的取樣時區內維持高電平，則讀取值為“1”；否則，為“0”。最後，iButton釋放資料線，資料線恢復為高電平，為Master繼續從iButton讀取資料作好準備。圖6示出了從線上脈衝開始到讀取資料結束的時序。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

　　由於iButton的矽晶片被保護在堅固的不鏽鋼外殼裡，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係。由於其內部採用了先進的防靜電電路及晶片，確保了iButton能承受高達8kV的靜電而保證自身和儲存的資料安裝無恙。IButton的結構決定了它具有防撞擊、防水、耐腐蝕、抗磁擾、防摺疊等特點；工作溫度範圍也較寬，可以在-40℃～80℃的溫度範圍內正常工作，適用於惡劣的環境；它可以嵌在戒指、鑰匙串、錢包或手錶上，隨身攜帶方便。

　　另外，iButton的廣泛應用還在於它具有磁卡、IC卡的不具有的突出特點，具體表現在：

　　（1）儲存量大：iButton的最大資料儲存量可達64KB，如DS2506具有64KB的EPROM儲存器，DS1996具有64KB的NVRAM儲存器。

　　（2）速度快：讀寫資料時，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：每個晶片都具有全球唯一的64位序列號，該序列號在出廠時透過鐳射工藝刻在晶片上，並增加了保護層，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，維修成本小於0.01%。iButton的穩定性高，故障率低，效能價格比非常高。

　　（5）壽命長：iButton的不鏽鋼外殼內建有高效能鋰電池，而且其功耗很低，可以確保其資料的儲存長達10年以上。它的使用沒有次數的限制，可以無限次地使用。

　　IButton的種種優勢，決定了它勢必具有廣闊的應用前景。