1. Основные особенности
Описываемый электронный замок предназначен для установки в квартирах, подъездах жилых домов. Очень хорошо он подходит для входных дверей офиса, куда должен иметь доступ ограниченный круг лиц. Основные достоинства такого замка:
– быстрое, удобное открытие двери простым прикладыванием металлической “таблетки” – электронного серийного номера DS1990A (далее по тексту просто “ключа”);
– увеличенная защищённость – отсутствие замочной скважины или клавиатуры, которую легко повредить, подбор ключа полностью исключён;
– очень простая процедура смены или добавления ключа – они записываются в память электронного замка, и так же легко оттуда удаляются;
– при утере одного ключа нет необходимости покупать новый замок или менять вставку – можно просто стереть память замка и “обучить” замок заново (занести в память ключи);
– большое количество (до 510) пользователей.
Недостатком, которым страдают все электронные замки, можно считать тот факт, что электронному замку и исполнительному механизму (соленоиду задвижки или электромотору) нужно резервированное питание, например, от аккумулятора, чтобы всегда можно было открыть дверь (в случае пропадания питания от сети).
Для постоянной работы с замком используется только чашка считывающего устройства и кнопка открывания двери, которая монтируется внутри запираемого помещения. Нажатие на эту кнопку точно так же открывает дверь, как прикладывание ключа. Для программирования замка служит перемычка, звуковой сигнализатор, два светодиода – зелёный и красный, а также специальный мастер-ключ.
В таблице 6-1 приведены основные параметры, а на рисунке 6-1 – принципиальная схема электронного замка.
Табл. 6-1: Рабочие параметры электронного замка на ключах DS1990A.
Рис. 6-1: Принципиальная электрическая схема электронного замка.
Алгоритм работы замка прост – когда пользователь прикладывает ключ к считывающей чашке, микропроцессор считывает его код и пытается найти этот код в своей памяти. Если такой код в памяти существует, то микропроцессор на заданное время (по умолчанию 1 сек) выставляет на выводе порта P3.
Память замка является энергонезависимой; это значит, что короткие пропадания напряжения замку не страшны – коды ключей всё равно останутся в памяти. Кроме кодов отпирающих ключей, в памяти отдельно хранится код мастер-ключа, с помощью которого можно войти в режим программирования ключей, а также дополнительные параметры – флажок наличия в памяти мастер ключа, время запитки соленоида и количество находящихся в памяти ключей. Организацию памяти замка можно наглядно представить из таблиц 6-2 и 6-3.
Табл. 6-2: Общая организация памяти замка.
Табл. 6-3: Размещение в памяти дополнительных параметров.
Как видно из таблиц, на каждый ключ отводится 4 байта, несмотря на то, что серийный номер DS1990A содержит уникальный 48-битный код (6 байт) – 2 старших байта кода не используется. Это сделано в целях экономии памяти, что позволило разместить в памяти 510 ключей вместо 340 без каких-либо заметных ухудшений параметров секретности.
2. Типы устройств iButton
В таблице 2-1 показан полный обзор разновидностей iButton.
| Тип устройства | Family Code | Серийный номер | Количество бит, тип памяти | Защищённые биты NV RAM | Часы реального времени | Таймер интервалов времени | Счётчик циклов |
DS1990A | 01H | есть | – | – | – | – | – |
DS1991 | 02H | есть | 512, NVRAM | 3*384 | – | – | – |
DS1992 | 08H | есть | 1K, NVRAM | – | – | – | – |
DS1993 | 06H | есть | 4K, NVRAM | – | – | – | – |
DS1994 | 04H | есть | 4K, NVRAM | – | есть | Есть | есть |
DS1995 | 0AH | есть | 16K, NVRAM | – | – | – | – |
DS1996 | 0CH | есть | 64K, NVRAM | – | – | – | – |
DS1982 | 09H | есть | 1K, EEPROM | – | – | – | – |
DS1985 | 0BH | есть | 16K, EEPROM | – | – | – | – |
DS1986 | 0FH | есть | 64K, EEPROM | – | – | – | – |
DS1920 | 10H | есть | 16, EEPROM | температурный iButton | |||
Таблица 2-1: Типы устройств iButton, поставляемых в корпусе MicroCan.
ПРИМЕЧАНИЕ:
NVRAM – NonVolatile Random Access Memory – память с произвольным доступом на чтение и запись, с энергонезависимым хранением информации.
EEPROM – Electrically Erasable, Programmable Read Only Memory – электрически стираемая (не всегда) память с произвольным доступом на чтение.
Остановимся на кратком описании каждого из устройств.
Генерирование CRC
Для проверки правильности данных, переданных из DS1990A (как, впрочем, и из других устройств iButton) master может генерировать значение CRC из принятых данных. Эта сгенерированная величина затем сравнивается с величиной, сохранённой в последних 8 битах DS1990A.
Master вычисляет CRC от 8-битового family code и всех 48 бит серийного номера, но не от самой сохранённой в iButton величины CRC (от первых 7 байт содержимого DS1990A). Если две величины, вычисленная и считанная напрямую, совпадают, то передача была безошибочной. Для генерации CRC используется полином вида:
CRC = x8 x5 x4 1
Ниже приведён код из технического описания DS1990A фирмы Dallas Semiconductor для процессора с системой команд Intel 8051, реализующий алгоритм вычисления CRC. Этот код без изменений был использован в программе электронного замка.
DO_CRC:
;Процедура DO_CRC считает КУМУЛЯТИВНО CRC от всех данных, передаваемых в acc.
; Перед началом подсчёта в CRC надо поместить 0. Затем каждый байт помещается
; в acc, вызывается процедура DO_CRC, и величина CRC в ней обновляется.
; После того, как все данные прошли через DO_CRC, переменная CRC будет
; содержать результат (контрольную сумму). Эквивалентная полиномная; функция этой подпрограммы:
; CRC = X^8 X^5 X^4 1
mov a, r7 ;параметр в C-функции передаётся через r7
push acc
push b
push acc ;сохраним сдвигаемые биты
mov b, #8 ;установить сдвиг = 8 бит
CRC_LOOP:
xrl a, CRC ;вычисляем CRC
rrc a ;двигаем её в перенос
mov a, CRC ;получаем последнюю величину CRC
jnc ZERO ;пропускаем, если data=0
xrl a, #18h ;обновляем CRC
ZERO:
rrc a ;позиционируем новую CRC
mov CRC, a ;запомним новую CRC
pop acc ;получим оставшиеся биты
rr a ;позиционируемся на следующий бит
push acc ;сохраним оставшиеся биты
djnz b, CRC_LOOP ;повторим для восьми бит
pop acc ;очистим стек
pop b
pop acc
ret
Более подробно принцип вычисления CRC описан в Книге Стандартов iButton фирмы Dallas Semiconductor.
Выбор электронного ключа touch memory (ibutton)
Электронные ключи Touch Memory представляют собой разновидность электронных идентификаторов, популярных во всём мире. По внешнему виду данный тип электронного ключа напоминает плоскую батарейку, толстую пуговицу или таблетку, за что и получил одно из своих народных названий – “таблетка тач мемори”.
Несмотря на то, что ключи Touch Memory пользуются популярностью уже многие годы (первые электронные ключи серии DS199x были выпущены в далеком 1991 году), у пользователей, впервые столкнувшимися с ними, возникает достаточно много трудностей в выборе той или иной модели, подходящей именно под их задачи.
В первую очередь это связано с тем, что у данного типа ключей уж очень много названий – их количество просто-напросто сбивает с толку. Попробуем разобраться:
- Свое название Touch Memory (тач мемори или точ мемори) ключи получили в 1991 году от полного наименования Dallas Touch Memory, где:
Второе, не менее популярное, название электронных ключей данного семейства – ключи iButton, означающее Information Button (информационная пуговица) и пришедшее на смену Touch Memory в начале 1997 года. Под этим же названием электронные ключи iButton (Touch Memory) выпускаются и по сегодняшний день.
Третье широко используемое название электронных идентификаторов семейства Touch Memory – Dallas Key (ключ Даллас). Это название также в полной мере отражает и “родителя” изделия (Dallas Semiconductor) и его суть – ключ (Key).
И, наконец, четвёртое наименование ключей Touch Memory, популярное среди их потребителей – магнитные ключи. По одной версии данное наименование пришло от совершенно иных типов ключей, принцип действия которых основан на свойствах магнитных материалов. По другой – связано с иллюзией, возникающей в момент прикосновения ключа к считывателю, когда создаётся ощущение, что ключ магнитится к устройству чтения. На самом деле ключи Touch Memory не содержат в своём составе магнитов, и принцип действия их основан на совершенно иных механизмах.
Когда мы разобрались с обобщёнными вариантами названий ключей Touch Memory, самое время перейти непосредственно к конкретным моделям. Здесь путаница хоть и присутствует, но разобраться всё же несколько проще. Как правило, пользователя сбивает с толку написание одной и той же модели электронного ключа в полном и сокращенном варианте из-за наличия буквенных и цифровых префиксов. Рассмотрим на примере электронного ключа DS1995:
Полное наименование данной модели электронного ключа выглядит так: DS1995L-F5, где:
В период с 2008 по 2021 год появилась ещё одна модификация наименования рассматриваемых ключей, а именно DS1995L F5, либо DS1995L-F5 , где ” ” означает отсутствие свинца в составе изделия. На этом отличие и заканчивается.
Тем не менее, при использовании и заказах электронных идентификаторов Touch Memory чаще всего пользуются сокращёнными наименованиями без указания дополнительных индексов – DS95, DS-95, DS1995 или DS-1995.
Все три перечисленных наименования идентификатора характеризуют одну и ту же “таблетку” Touch Memory, различие только в названии.
В конечном итоге для определения конкретной модели ключа Touch Memory, предназначенного для работы с вашим аппаратным или программным продуктом, необходимо обратиться к документации производителя. Дело в том, что в зависимости от потребностей продукта, может потребоваться наличие памяти в ключе или иных дополнительных возможностей, например:
Как видно из вышесказанного, сам программный или аппаратный продукт диктует нам выбор той или иной модели электронного ключа Touch Memory. Зачастую рекомендованных моделей может быть несколько. В этом случае ориентироваться стоит на то количество памяти идентификатора или тот функционал, которые могут вам лично понадобиться от используемого продукта (например, чем больше памяти имеет электронный ключ, тем больше идентификационных данных можно в него записать).
Источник: Эримекс Новосибирск
Обзор электронных ключей-идентификаторов ibutton от фирмы dallas semiconductor
В 1991 году компания Dallas Semiconductor выпустила свои первые электронные ключи-идентификаторы серии DS199х. В начале для них было запатентован товарный знак “Touch Memory”, которое достаточно полно отражало основные свойства этих изделий. Touch – переводится “прикоснись”, Memory – “память”. Действительно, все ключи, которые внешне выглядят как металлические дисковые батарейки, в обязательном порядке имеют внутри микросхему-ПЗУ с уникальной для каждого устройства двоичной 48-разрядной кодовой комбинацией (идентификационным номером), а считывается эта комбинация при прикасании металлическим корпусом ключа к металлическому же зонду-считывателю.
Новый электронный ключ из Далласа стал популярным среди потребителей, и, как следствие, стали появляться новые модели. Последнее изделие этого ряда DS1954 имеет внутри своего корпуса специальный микропроцессор для шифрования информации, разработан был также идентификатор со встроенным термопреобразователем, планируется реализовать идеи размещения других схем в стандартизованном компанией Dallas Semiconductor металлическом корпусе. Поэтому с начала 1997 года Dallas Semiconductor заявила о смене названия всех своих идентификационных ключей на iButton (Information Button – “таблетка с информацией”), как более общее и охватывающее весь ряд изделий в настоящем и в будущем.
Внешний вид электронного ключа iButton
Все электронные ключи-идентификаторы iButton внешне похожи на дисковую металлическую батарейку.
Металл представляет собой нержавеющую сталь. Диаметр диска около 17 мм, толщина 3,1 мм или 5,89 мм. Диск состоит из двух электрически разъединенных половинок.
Внутри он полый. В герметичную полость заключена электронная схема на кремниевом кристалле. Выход схемы соединен с половинками диска двумя проводниками. Половинки диска образуют контактную часть одно проводного последовательного порта. При этом через центральную часть идет линия данных, внешняя оболочка – земля. Для того чтобы произошел обмен информации iButton с внешними устройствами, необходимо прикоснутся обеими поверхностями половинок металлического диска к контактному устройству (зонду), также состоящему из двух электрически не связанных, проводящих электрический ток частей.
Обычно для материала контактов зонда используют нержавеющую сталь или медный сплав, с нанесенным на него защитным токопроводящим покрытием. Процесс касания к зонду показан на Рис.2.
Большая площадь поверхности контактов защищает систему от неточного совмещения при подключении по причине “человеческого фактора” или при автоматизированном касании, когда идентификатор и зонд расположены на различных подвижных механизмах . Кроме того дисковая форма корпуса направляет и очищает контакты, гарантируя надежное соединения, а закругленный край корпуса легко совмещается с зондом.
Области применения
Устройства семейства iButton предназначены для различных секторов рынка, в зависимости от их типа. Наиболее распространены они сейчас в качестве:
Идентификационных карточек персонала для систем ограничения доступа в здания или отдельные помещения. Особенно они популярны в секторе рынка с повышенным уровнем воздействия внешней среды и условий эксплуатации, то есть там, где традиционные карточки или устройства для считывания с них информации могут быстро выйти из строя. При этом, в зависимости от категории защищенности объекта, применяются различные типы iButton. Так, для ограничения доступа в подъезды жилых домов, где не предъявляются повышенные требования к системам ограничения доступа, используют самые дешевые iButton DS1990, которые стоят около 4 долларов. В подъезды iButton устанавливают обычно в единой системе с домофоном – переговорной и управляющей дверным электромагнитным замком системой. Учитывая низкую цену считывающего устройства – около 25 долларов, установщики домофонов получают беспрецедентно низкие цены и на всю электронную систему управления замками, при очень высоких потребительских параметрах, в особенности, защищенности от внешних воздействий. В таких системах жильцам подъезда выдаются iButton DS1990, в качестве ключей для подъездного замка. Закрепленные на пластмассовом брелке, который можно носить в одной связке вместе с обычными механическими ключами, iButton можно ронять на землю или бетонный пол, они не боятся воды, льда (предел рабочей температуры -40С), кислот, масел, бензина, электромагнитных полей. Корпус рассчитан на 1млн. касаний к зонду. Металлический зонд также хорошо вписывается в жесткие эксплуатационные нагрузки общих входных дверей подъезда.
Широко используются iButton также в качестве идентификационных карточек ограничения доступа в офисные помещения и на промышленные предприятия.
Дополнительные возможности по повышению степени ограничения доступа в помещения позволяют реализовывать iButton с защищенной паролем энергонезависимой памятью, а также новые iButton DS1954 с микропроцессором-шифратором с длиной кода ключа 1024 бит, энергонезависимой памятью и часами-календарем. Последняя модель имеет высокую степень защиты информации. Такие системы обычно используются в банках и на предприятиях с повышенными требованиями безопасности.
Идентификационные метки оборудования и аппаратуры. Специальное приспособление закрепляет диск iButton на плате оборудования или в его корпусе. Уникальный номер позволяет производителю идентифицировать свое оборудование или защищать его от подделок. IButton с энергонезависимой памятью могут дополнительно хранить параметры эксплуатации, гарантийные обязательства и другие служебные характеристики изделий.
Аппаратный ключ в системах защиты информации. Используется для защиты программного обеспечения компьютеров. Защищаемая программа имеет встроенную процедуру обращения через один из портов компьютера к идентификационному номеру или энергонезависимой памяти iButton. Сам идентификатор закрепляют в специальном адаптере к порту. Хозяин программы распределяет по ней защитные метки с номерами конкретной iButton или с содержимым его энергонезависимой памяти. В случае несоответствия номера или содержимого энергонезависимой памяти идентификатора этим записями, программа не работает.
Описание протокола iButton
Данные в соответствие с протоколом iButton Standarts передаются в дискретные временные интервалы, которые называются временными сегментами (типовая длительность около 60мкс) с помощью коротких и длинных импульсов, аналогичных азбуке Морзе. При этом инициатором обмена (ведущим) всегда является считывающее устройство. При соприкосновении с зондом или его эквивалентом прибор iButton выдает ответный сигнал, за которым следует код семейства, 48-битный серийный номер iButton и код контроля.
Длинные или короткие активные состояния логического нуля во временных сегментах представляют единицы или нули. Ведущая система запускает передачу каждого бита.
В общем случае iButton может работать относительно мастера как на считывание, так и на запись информации в свою энергонезависимую память. Для записи логической 1 в течение типового сегмента времени однопроводная линия передачи должна за время выборки данного вернуться в состояние логической 1, для записи 0 в течение всего этого временного окна линия должна находиться в состоянии логического 0.
Синхронизация временного сегмента осуществляется отрицательным фронтом сигнала, который формируется мастером, при этом длительность состояния логического нуля на однопроводной линии связи должна составлять не менее 1мкс.
В цикле считывания идеальный момент стробирования считываемого данного – это 8мкс после начала временного сегмента.
Задающее устройство подает на однопроводную линию активный логический 0 на время синхронизации данного (не менее 1мкс), после чего переходит в режим приема. Далее в течение всего времени выборки данного состояние линии определяется прибором iButton . После начала временного сегмента состояние линии с помощью пассивной нагрузки выдерживается на уровне логической 1 от 15 до 60мкс. Возможна приостановка сеанса связи на любое время между временными сегментами, при этом на однопроводной линии связи поддерживается состояние логической 1. Во всех сеансах связи первым передается младший значащий разряд данного.
Подробно ознакомиться с протоколом iButton Standarts можно в многочисленных изданиях самой фирмы Dallas Semiconductor в виде книг, CDROM или по Интернету (сервер iButton.com).
Обзорная таблица iButton представлена в Табл.1.
Для упрощения восприятия обзора попытаемся внести элементы классификации в семейства iButton. Необходимо отметить, что делается это самовольно – Dallas Semiconductor пока этого еще не сделала и представляет свои семейства по принципу возрастания номера маркировки.
Основной раздел между iButton можно провести по признаку наличия средств защиты области данных от несанкционированного пользователя. В этом случае явно выделяются два типа: iButton с незащищенной областью данных и iButton со специальной защитой данных.
В данной части обзора Вы сможете найти описание основных свойств и особенностей устройства iButton с незащищенной областью данных. Мы также их разделили на группы, но приборы внутри группы уже мало чем отличаются по своей структурной схеме. Отличие состоит обычно в объеме памяти того или иного вида.
Табл. 1. Обзорная таблица iButton
Маркировка | Описание | Емкость памяти |
DS1954 | Криптографический микропроцессор | 32К ROIVI 6K NVSRAM |
DS1963 | Электронный кошелек | 4096 бит NVSRAM |
DS1971 | EEPROM память | 256 64 бит EEPROM |
DS1981U | EPROM память и специальный номер | 512битЕРРОМ |
DS1982U | EPROM память и специальный номер | 1024 бит EPROM |
DS1982 | EPROM память | 1024 бит EPROM |
DS1985 | EPROM память | 16384 бит EPROM |
DS1986 | EPROM память | 65536 бит PROM |
DS1990A | Только номер | нет |
DS1991 | Энергонезависимая память с паролем | 1344 бит NVSRAM |
DS1992 | Энергонезависимая память | 1024 бит NVSRAM |
DS1993 | Энергонезависимая память | 4096 бит NVSRAM |
DS1994 | Энергонезависимые память и часы | 4096 бит NVSRAM |
DS1995 | Энергонезависимая память | 16384 бит NVSRAM |
iButton с уникальным серийным номером.
Группа состоит из одного семейства – DS1990А. Это первое изделие Dallas Semiconductor, впервые поступившее в продажу в 1991 году. Имеются две разновидности по толщине корпуса. DS1990A-F5 – имеет толщину корпуса 5,89 мм, а DS1990A-F3 толщину 3,1 мм.
По схемотехнике DS1990A самая простая iButton и имеет только ПЗУ с уникальным 48-разрядным номером, кодом семейства и кодом контроля. Доступ к ПЗУ происходит через интерфейсную схему, поддерживающую протокол iButton Standart (блок-схема на Рис. 2).
Питается микросхема DS1990A, как и все iButton, от “паразитного источника” (на рисунке не показан), состоящего из внутренних выпрямителя и конденсатора (см. первую часть обзора). Энергия в этот источник поступает через резистор 5 КОм открытого коллектора порта считывателя в момент времени, когда контактная часть считывателя и iButton прикоснулись друг к другу.
DS1990A не имеет никаких средств защиты области данных пользователя, так как области этой как таковой и нет. Уникальный номер, записанный в ПЗУ на заводе в Далласе, доступен для любого считывающего устройства-эонда, поддерживающего протокол iButton Standart.
Четыре КОМАНДЫ ПЗУ составляют систему команд iButton DS1990А: ЧТЕНИЕ ПЗУ, СОВПАДЕНИЕ ПЗУ, ПРОПУСК ПЗУ и ПОИСК ПЗУ. В режиме с одним узлом считывания достаточно команды СЧИТЫВАНИЕ ПЗУ. Остальные команды необходимы для работы в сетевом варианте применения для исключения конфликтов при одновременном касании многих iButton к разным считывающим контактам, подсоединенным к одной линии данных.
Порядок выдачи содержимого ПЗУ при исполнении команды ЧТЕНИЕ ПЗУ следующий: код семейства(01H для DS1990A ), 48 бит уникального номера и последним идет 8-битный код контроля. Передача идет побитно, младший значащий разряд идет первым. Прием считается завершенным, только если вычисленный мастером на основе уникального номера по стандартной формуле контрольный код, совпадает с принятым контрольным кодом из ПЗУ iButton. Полный цикл считывания ПЗУ длится около 5мс.
iButton с энергонезависимой статической памятью.
Группа этих iButton включает в себя четыре семейства: DS1992L, DS1993L, DS1995L и DS1996L. Буква L в наименовании означа- ет наличие трехвольтовой литиевой батарейки. Энергия батарейки используется для питания микромощной статической памяти (SRAM) в течение всего срока службы этих iButton, который составляет не менее 10 лет.
Для коммуникационных процессов здесь, как и в других iButton, используется “паразитный” внутренний источник – выпрямитель конденсатор. В случае разряда батарейки по какой-либо причине, имеется возможность доступа только к ПЗУ.
Как и у всех iButton, ПЗУ этих семейств имеет идентификационный номером, код семейства и код контроля (См. Рис. 3).
Каждое семейство отличается от другого только размером статической энергонезависимой памяти.
Структурно эта память разбита на страницы по 32 байта и имеет систему адресации. DS1992 имеет всего четыре таких страницы, DS1993 – 16 страниц, DS1995 – 64 страницы, DS1996 – 256 страниц. Содержимое страниц может быть считано любым устройством считывания, поддерживающим iButton Standart.
Скорости записи данных и считывания одинаковы и составляют в обычном режиме 16,3 Кбит в секунду. Модели DS1995 и DS1996 поддерживают режим ускоренного обмена “overdrive”, отличие которого от обычного в сокращенных примерно в 10 раз длительностях цикла инициализации и временных окон для данных. Так инициализация происходит за время от 48мкс, а достаточный временной интервал для данных 6мкс. Скорость полудуплексного обмена данными в режиме “overdrive” 142Кбит в секунду. Запись в энергонезависимую SRAM осуществляется диспетчером памяти через 32-байтную блокнотную память, которая выполняет функцию буфера. Блок данных записывается вместе с блоком адреса для этих данных. Данные и адрес верифицируются, то есть считываются обратно мастером из блокнотной памяти, и проверяются им на предмет идентичности с отправленными. Только после удачного исхода мастер командой “копировать блокнотную память” разрешает переносить данные из блокнотной памяти на выбранную страницу основной энергонезависимой SRAM. Формат записываемых данных может быть от 1 байта до 32 байт. Считываются данные минуя блокнотную память.
Восемь команд поддерживаются данным типом iButton: четыре КОМАНДЫ ROM, три команды: записи, считывания и копирования блокнотной памяти, команда чтение памяти.
iButton с энергонезависимой однократнопрограммируемой EPROM-памятью.
В отличие от семейств с энергонезависимой статической памятью, в этих приборах не используются литиевые батарейки, хотя и имеется память данных. . Память данных здесь однократнопрограммируемая EPROM. Напряжение программирования 11,5В 0,5В, ток 10мА.
Питание всей схемы осуществляется только от “паразитного” источника. Отсутствие литиевой батарейки позволяет Dallas Semiconductor выпускать эти модели, как в толстом F5, так и в тонком F3 корпусах. Группа включает семейства DS1981U,DS1982U, DS1982,DS1985 и DS1986. У всех семейств имеется стандартного вида ПЗУ, но разный объем памяти данных. Последняя адресуется и разбита на страницы по 32 байта. DS1981 имеет 2 страницы, DS1982 – 4 страницы, DS1985 -64 страницы и DS1986 – 256 страниц. Модели с маркировкой U отличаются от остальных моделей тем, что 12 бит из общего пространства уникального номера занимает прошивка 5E7H, остальные же 36 бит имеют уникальную прошивку.
Для повышения надежности занесения данных в однократнопрограммируемую память данных в электрическую схему введены дополнительные элементы: детектор напряжения, генератор контрольной суммы, регистр статуса и 8-битная блокнотная память (см. Рис. 4).
Чистая EPROM имеет записанными логические единицы. Однажды установленный в логический ноль бит памяти невозможно в дальнейшем изменить, однако оставшийся в единичном состоянии может быть изменен в логический ноль при повторном программировании. Каждая страница памяти данных может быть защищена от попытки повторной записи в нее данных, установкой соответствующего бита регистра статуса в состояние логического нуля. Регистр статуса программируется только однократно, поэтому обратно открыть для записи страницу уже будет нельзя. Кроме байта защиты памяти данных, регистр статуса имеет байты переадресации страниц. Запись в эти байты позволяет переписать содержимое страницы на другую открытую для записи страницу и дополнить ее содержимое модифицированными данными. Для приложений, требующих модификации данных, Dallas Semiconductor предлагает брать модели с заведомо большим количеством страниц.
Что касается механизма записи информации в память данных этого семейства, то он несколько усложнен. Адреса, коды команд и данные проверяются исключительно побайтно. Мастер считывает код, вычисленный генератором проверочного кода, и сравнивает со своими вычислениями. Только после этого разрешается продвижение на очередной байт в процедуре записи.
Протокол обмена с мастером поддерживает восемь команд: четыре ПЗУ КОМАНДЫ, команды с памятью данных ЧТЕНИЕ и ЗАПИСЬ, а также команды для регистра статуса ЧТЕНИЕ и ЗАПИСЬ. Модель DS1986 имеет возможность работать в скоростном режиме “overdrive”.
В приложениях не требующих частого обновления данных эти iButton находят применение, вследствие своей дешевизны.
iButton с EEPROM памятью данных.
Группа пока представлена одним семейством DS1971. Это новое семейство выпускается с 1997 года. Поставляется DS1971 в двух корпусах F3 и F5. Кроме стандартного ПЗУ, эта модель содержит память данных типа EEPROM в виде одной 256 битной странички. Данные могут неоднократно перезаписываться только постранично.
Напряжение программирования 5В. Запись происходит через блокнотную память, объем которой также 256 бит (см. Рис. 5).
После верификации данных, содержимое блокнотной памяти переносится в память данных одним блоком. Имеется регистр для занесения служебной информации – РЕГИСТР ОДНОКРАТНОЙ ЗАПИСИ. Данные в него заносятся через его блокнотную память и могут быть записаны только один раз. В дальнейшем этот регистр открыт только для считывания. Регистр однократной записи может использоваться производителем оборудования с использованием DS1971 для занесения служебной информации, например, дата выпуска, номер партии и т.п.. Событие о том, что запись в РЕГИСТР ОДНОКРАТНОЙ ЗАПИСИ произведена, отражается в состоянии регистра СТАТУС-ПАМЯТЬ. Два бита его устанавливаются при этом в логический ноль. Мастер может только считать состояние этого регистра.
Одиннадцать команд возможны в работе с DS1971: четыре КОМАНДЫ ПЗУ, три команды ЧТЕНИЕ, ЗАПИСЬ и КОПИРОВАНИЕ блокнотной памяти, три команды регистра однократной записи – ЧТЕНИЕ, ЗАПИСЬ и КОПИРОВАНИЕ С ЗАМКОМ и команда ЧТЕНИЕ СТАТУС-ПАМЯТИ.
iButton с энергонезависимыми таймером и статической памятью.
Эта группа представлена одним семейством DS1994L. Микросхема его содержит обычную ПЗУ с идентификационным номером, кодом семейства и кодом контроля, статическую память 16 страниц по 32байта каждая, кварцевый генератор часовой частоты 32768 Гц, таймер-календарь в двоичном формате, программируемые счетчики циклов включения-выключения, интервальный таймер.
Статическая память и все элементы таймера энергонезависимы за счет литиевой батарейки. Режимы работы таймерной части DS1994 определяют два его регистра: регистр статуса и регистр управления. В регистр статуса помещают свои флаги по наступлению заданного события таймер-календарь, интервальный таймер и счетчик циклов. Состояния флагов доступны для считывающего прибора и могут быть использованы им для принятия решения. Календарь таймера организован так, что необходима предварительная установка даты и времени отсчета. Исход времени будет затем отсчитываться от этой даты. Емкость по времени календаря 136 лет.
Состояние регистра управления определяет доступность ресурсов как таймера, так и страниц энергонезависимой памяти. Установки его битов останавливают генератор, запрещают изменения установок календаря, интервального таймера, счетчика циклов, чтение общей энергонезависимой памяти.
DS1994 удобно использовать для ограничения срока работы приборов или устройств. В этом варианте он устанавливается в специальном зажиме, по аналогии с дисковыми аккумуляторами, и имеет постоянное соединение со схемой устройства.
Система команд DS1994 содержит как типичные для iButton команды ПЗУ так и команды работы с таймерами и счетчиком.
Оптимизация при повышении длины соединительного кабеля
Идеальным соединением между iButton и мастер является короткий кабель с малой паразитной ёмкостью. В случае применения длинных кабелей появляется гораздо больше забот для обеспечения необходимых требований по постоянному и, в особенности, по переменному току.
Появляются критические моменты для времени восстановления tREC и для чтения или записи бита 1. Время восстановления становится критичным, если для обмена данными необходимы два следующих друг за другом тайм-слота записи нуля. Если передача данных идёт на максимально возможной скорости, должен быть сформирован импульс tREC лог.
уровня 1 с минимальной длительностью 1 мкс между двумя тайм-слотами записи нуля с длительностью 60 мкс. Возможность распространения такого короткого импульса по длинному кабелю значительно ухудшается пропорционально длине кабеля. Случается так, что короткий импульс полностью отфильтровывается и связь с iButton на дальнем конце кабеля становится невозможным.
Можно легко увеличить расстояние передачи, просто увеличив величину tREC. Например, если tREC увеличить с 1 мкс до 15 мкс, максимальная скорость передачи данных упадёт с 16.3 Кбит/с до 13.3 Кбит/с, однако импульс tREC длительностью 15 мкс позволяет значительно повысить надёжность передачи на длинном кабеле.
Запись бита 1 можно также улучшить путём уменьшения длительности tLOW1 тайм-слота записи 1, однако при этом не превышая нижнюю минимальную величину (см. рис. 3-1). Это также улучшает вероятность верного чтения 1 на длинном кабеле. Кроме того, на длинном кабеле нужно уменьшить номинал нагрузочного резистора линии.
Тесты показывают, что нагрузочный резистор номиналом 1 кОм позволяет работать с кабелем максимально возможной длины. Если применить резистор номиналом менее 1 кОм, то ухудшается качество логических уровней, и в сочетании с большой ёмкостью кабеля не получается достичь правильной формы сигналов.
Тесты также показывают, что витая пара проводов работает лучше, чем просто два параллельные провода. Простой нагрузочный резистор на стороне master показал лучшие результаты, чем усиленная активная импульсная нагрузка, поскольку резистор больше подходит к сопротивлению линии.
В порядке улучшения работы можно применить на стороне master выходной ключ (драйвер) с улучшенными характеристиками включения. В особых случаях может потребоваться использовать компаратор на приёмном входе master для оптимизации порогов чтения лог. 0 и лог. 1 на длинных линиях.
Например, корректная работа iButton была достигнута на линии до 300 м с использованием простого витого телефонного кабеля. Нагрузочный резистор был уменьшен до 1 кОм; 30 экземпляров iButton были подключены параллельно в конце кабеля.
Шина 1-Wire управлялась выводом порта 0 микроконтроллера DS5000 (совместимый с Intel 8051). Адаптеры для COM-порта PC работают на расстояниях до 200 м на большинстве PC (см. указания по применению №74 “Чтение и запись iButton через последовательный интерфейс”).
Электронный ключ ibutton – радиолодка
Вышел из строя электронный ключ iButton и сразу попал на “операционный” стол, но сначала немного о самом электронном ключе:
Что такое iButton?
iButton — оригинальное семейство микросхем, разработанных и выпускаемых фирмой Dallas Semiconductor, USA. Каждая такая микросхема заключена в стальной герметичный цилиндрический корпус и имеет уникальный регистрационный номер (ID), записываемый в процессе изготовления во внутреннее постоянное запоминающее устройство. Все микросхемы iButton выполнены по жестким стандартам. Попробуйте согнуть их — это невозможно. Бросьте устройство на пол, наступите на него, опустите его в воду или в снег — корпус выдерживает механический удар 500 G, рабочий диапазон температур от -40° С до 85° С для большинства приборов семейства, падение с высоты 1,5 метра на бетонный пол, 11-килограммовую нагрузку, не подвержен воздействию магнитных и статических полей, промышленной атмосферы; iButton испытан на ношение в течение 10 лет и гарантированно сохраняет прочность корпуса при 1 миллионе контактов со считывателем. Его компактная форма в виде монеты обеспечивает самовыравнивание в ответном контактном разъеме, что гарантирует простоту использования. Аксессуары позволяют закрепить iButton практически на любой поверхности, включая печатные платы, пластиковые карточки, идентификационные брелки и брелки для ключей.
По выполняемым функциям iButtona подразделяются следующим образом:
– только ID;
– ID и память (энергонезависимое ОЗУ, ПЗУ и ППЗУ);
– ID и энергонезависимое ОЗУ с защитой;
– ID, энергонезависимое ОЗУ и часы-календарь реального времени;
– ID и цифровой термометр;
– ID и Java-криптопроцессор.
Корпуса приборов iButton
Для обеспечения повышенной устойчивости к воздействиям внешней среды полупроводниковые кристаллы микросхем семейства iButton помещаются в стальной корпус MicroCan. Корпус представляет собой небольшой цилиндр диаметром 16,25 мм и высотой 3,10 мм (модификация F3) или 5,89 мм (модификация F5). Верхняя крышка электрически изолирована от остальной части цилиндра полипропиленовой втулкой и является контактом данных. Нижняя часть цилиндра имеет фланец, для облегчения крепления iButton, и является общим контактом.
Фирмой Rainbow Technolodgits, официальным дистрибьютором Dallas Semiconductor по продуктам iButton, в 2002 году проведена сертификация корпуса MicroCan. Все приборы в этом корпусе имеют Санитарно-эпидемиологическое заключение и соответствуют государственным санитарно-эпидемиологическим нормативам и правилам РФ, зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений под № 23169-02 и допущены к применению в РФ.
Используемый интерфейс
Обмен данными с iButton производится через интерфейс 1-Wire, также являющийся фирменной разработкой Dallas Semiconductor. Информация в этом интерфейсе передается по единственному проводнику, то есть шина данных — однопроводная. Питание iButton получают из этого же проводника, заряжая внутренний конденсатор в моменты, когда на шине нет обмена данными. Скорость обмена достаточна для обеспечения передачи данных в момент касания контактного устройства.
Схема организации сетей 1-Wire
Протокол интерфейса 1-Wire обеспечивает возможность работы с множеством iButton, подключенных параллельно к линии данных. Команды интерфейса позволяют определить ID всех iButton, подключенных в данный момент к линии и затем работать с конкретным прибором, переведя остальные в режим ожидания. Управление линией данных и выдачу команд производит ведущее устройство, в качестве которого может использоваться любой микроконтроллер или персональный компьютер (ПК). Для обеспечения целостности данных используется вычисление контрольных кодов, а также аппаратный промежуточный буфер в ОЗУ iButton. Данные сначала записываются в этот буфер, затем ведущий проверяет их правильность, и только после этого выдает команду ведомому устройству — скопировать их из буфера в основную память.
Для подключения iButton к персональному компьютеру фирмой Dallas Semiconductor выпускаются адаптеры, преобразующие сигналы стандартных портов компьютера (RS232, LPT и USB) в сигналы 1-Wire. Программные драйверы и комплект разработчика iButton TMEX SDK свободно доступны на сайте фирмы, посвященном iButton — www.ibutton.com и для тех кто любит видео с пояснениями;) – www.chipdip.ru.
Итак что там внутри:
1
2
3
4
На элементе цифры “0901”
а на самой таблетке надпись “DS1990A” – т.е. это наиболее простой прибор. Содержит только идентификационный номер.
