Эмулятор DS18b20 на ATTiny2313

Мне несколько раз приходилось делать устройства, которые должны были так или иначе реагировать на изменение температуры (а не просто отображать), и пару раз я нарывался на ошибки уже при работе устройства, потому что не достаточно хорошо протестировал работу с температурой при отладке. Поэтому, когда oss попросил меня изобразить волшебную коробочку с кнопками и дисплеем, которая прикидывалась бы градусником, идея пришлась мне по нраву.

Коробочка снабжена индикатором на три разряда, который показывает установленную температуру, двумя кнопками для установки нужного значения и портом 1-wire. Температуру можно выставлять в диапазоне от -55 до +99 градусов. Внутре у ней ATTiny2313.

Так-как задачка полной эмуляции всех фич градусника передо мной не стояла, коробочка обделена многими крутыми штуками. Проще сказать, что она умеет:
— Команду пропуска адреса (Skip ROM)
— Команду чтения адреса (Read ROM)
— … сравнения адреса (Match ROM)
— Чтение памяти (той, где температура)

Иначе говоря, эмулятор покрывает базовый функционал датчика. А вот работать с порогами температуры, командой поиска (Search ROM) и сохранением настроек, он не умеет.

Серийный номер (он-же адрес 1-wire) выставляется при прошивке, и без программатора сменить его нельзя. Это конечно большой минус, но для устройств, в которых всего один термометр, адрес не важен.

Исходники (AVR Studio 4 + WinAVR)
Схема
А под катом, небольшой спич о том, как это работает



Динамическую индикацию и работу с кнопочками оставим в стороне — в них нет ничего интересного. Индикация организована на прерывании от TIMER1, а кнопки опрашиваются в главном цикле программы. Речь пойдет о эмуляции 1-wire слейва.

Самая первая часть механизма — определение RESET импульса. Любой импульс, длиннее 480uS считается импульсом сброса, после него конечный автомат 1-wire должен вернуться в начальное состояние. Для того, чтобы можно было поймать этот импульс в любой момент, я использовал внешнее прерывание (с той ножки, на которой висит пин 1-wire) и таймер, который отсчитывал 480uS. По спаду на линии 1-wire происходит прерывание, которое запускает таймер. По фронту (переходу с 0 на 1) прерывание происходит снова, и отключает таймер. Если импульс оказался достаточно длинным, и фронт не успел, то произойдет прерывание от таймера, в котором и творится все остальное безобразие.

Да-да, вся работа с 1-wire, по-сути, происходит внутри прерывания. Сначала, мы дожидаемся, пока закончится RESET-имульс (т.е. ждем высокого уровня на линии), затем, подождав 30uS, выдаем импульс, длиной в 100uS — это PRESENCE сигнал, который сообщает, что на линии кто-то есть. Выдав PRESENCE, ждем команду от мастер-устройства…

Надо заметить, что все эти «ждем» организованы как простой цикл while

while ((OW_READ & (1<<OW_PIN))!=0); //Вот так мы ожидаем низкого уровня на D2 (OW_PIN). А OW_READ - это PIND

И если бы мастер вдруг передумал вести передачу дальше, это привело бы к зависанию устройства. Поэтому пришлось применить сторожевой таймер, который быстро, решительно сбрасывал МК через 500мс, если работа с 1-wire не завершалась корректно. На самом деле, 500мс это сильно много — можно было взять и 100. Значение температуры, которое мы выставили при помощи кнопок, сохраняется после сброса МК (если это конечно не отключение питания).

Кроме того, сразу как только поймался RESET-импульс, я снова разрешаю прерывания, на случай неожиданного сброса или чего-то в этом духе. А вот прерывание от второго таймера, на котором висит работа с индикатором, отключено (иначе оно может сбить тайминги 1-wire), поэтому во время работы 1-wire, индикатор предательски мигает :)

За прием команды отвечает вот этот код:

unsigned char Read_byte()
{
 unsigned char tmp_count;
 unsigned char tmp_value=0;

 wait4high();

 for (tmp_count=0; tmp_count<8; tmp_count++)
 {
  wait4low();
  _delay_us(15);
  
  tmp_value = tmp_value >> 1;
  if ((OW_READ & (1<<OW_PIN))!=0) tmp_value |= 0x80;
  wait4high();
 };

 return tmp_value;
};

Тут все просто: мы ждем спада на линии, и, подождав 15uS, смотрим уровень — если там все-еще 0, значит передается 0. Иначе (если линия поднялась быстрее чем за 15мкс) — единица. Так повторяется 8 раз — для каждого бита. При этом ожидание организовано на простом цикле. На случай неожиданностей у нас есть watchdog.

Приняв первую команду, мы определяем, что необходимо сделать. К примеру, если пришла команда Read ROM, то мы передаем на линию 8 байт — серийный номер устройства. Передача осуществляется примерно так-же, как прием:

void Send_byte(unsigned char _data)
{
 unsigned char tmp_count;

 wait4high();

 for (tmp_count=0; tmp_count<8; tmp_count++)
 {
  wait4low();
  if ((_data & 1)==0) ow_down();
  _data = _data >> 1;
  _delay_us(60);
  ow_up();
  wait4high();
 };
};

Дожидаемся спада на линии (который генерирует мастер) и, если надо передать 0 — прижимаем ее к земле на 60uS. Если надо 1 — просто не трогаем линию. Все просто. Главное — успевать за таймингами. МК тактируется от внутренней RC цепочки на 8MHz, поэтому времени нам хватает с запасом.

При передаче серийного номера, происходит подсчет контрольной суммы. CRC8 считается по-таблице. Это не самый удачный метод в плане экономии места, но зато быстро работает. Очень быстро.

Если мы приняли команду Match ROM, то принимаем еще 8 байт (серийный номер, передаваемый мастером) и сравниваем с нашим серийником. В случае совпадения — переходим к обработке команд. Иначе — отваливаемся и не шумим на линию до следующего RESET.

Для базовой функциональности хватает всего одной команды — чтения памяти. Ведь на команду замера температуры градусник никак не отвечает, и ее можно не обрабатывать. При получении команды 0xBE мы выдаем на линию 9 байт, первыми двумя идет температура, а дальше примерно то, что должно быть в памяти настоящего DS18B20 + байт CRC.

Работает это вот так. Да, я вас обманул и никакой «коробочки» на самом деле нет :) Может oss когда нибудь соберет это в корпус и тогда будет красивая фотка.

Нет, индикатор на самом деле так не мерцает. Как и монитор ;-) Вина на это полностью возлагается на фотик.

Для демонстрации была заюзана вот эта программка (хоть на что-то она пригодилась!)