Adafruit 1-Wire GPIO Breakout - DS2413 開(kāi)發(fā)板使用指南

在微控制器的世界里，引腳資源常常十分寶貴。有時(shí)候，我們僅僅需要一兩個(gè)額外的引腳，但又不想更換更大的開(kāi)發(fā)板。Adafruit 的 DS2413 1-Wire GPIO 開(kāi)發(fā)板就是解決這個(gè)問(wèn)題的理想方案。下面就為大家詳細(xì)介紹這款開(kāi)發(fā)板的相關(guān)信息。

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一、概述

DS2413 開(kāi)發(fā)板每個(gè)板子有 2 個(gè)開(kāi)漏 GPIO 引腳和一個(gè) 1-Wire 接口。只用一個(gè) Arduino 引腳，就能控制連接在 1-Wire 總線上的多個(gè) DS2413 開(kāi)發(fā)板。理論上，由于每個(gè)芯片有 48 位唯一地址，一個(gè) Arduino 引腳最多可以控制 2 * 2^48 個(gè)引腳，但實(shí)際中，Arduino 的內(nèi)存會(huì)先耗盡。

二、組裝與布線

1. 組裝

開(kāi)發(fā)板出廠時(shí)已預(yù)先組裝和測(cè)試好，還提供了用于面包板的可選排針。安裝排針很簡(jiǎn)單，先根據(jù)需要裁剪排針長(zhǎng)度，將其放在面包板上（長(zhǎng)引腳朝下），再把開(kāi)發(fā)板對(duì)準(zhǔn)排針，最后焊接每個(gè)引腳以確保良好的電氣連接。如果您是焊接新手，可以參考 Adafruit 的焊接指南。

2. 布線

• 基本布線：將 GND 連接到 Arduino 的 GND，IO 連接到 Arduino 的 GPIO 引腳（示例代碼使用引腳 8），然后從 IO 到 5V 連接一個(gè) 4.7K 歐姆的上拉電阻（開(kāi)發(fā)板已包含）。
• 多個(gè) DS2413 開(kāi)發(fā)板布線：如果要添加更多開(kāi)發(fā)板，只需將它們連接到相同的 GND 和 IO 引腳，不需要額外的上拉電阻。

三、使用方法

1. OneWire 庫(kù)

• 下載與安裝：DS2413 使用 Maxim/Dallas OneWire 協(xié)議，可以從 Arduino 庫(kù)管理器中下載 OneWire 庫(kù)。打開(kāi) Arduino 庫(kù)管理器，搜索 OneWire 庫(kù)并安裝。
• 庫(kù)文檔：OneWire 庫(kù)的詳細(xì)文檔可以在 PJRC 網(wǎng)站找到。
• DS2413 示例代碼：我們可以在 GitHub 上找到使用 OneWire 庫(kù)與 DS2413 GPIO 引腳通信的示例代碼。

2. 開(kāi)漏 GPIO

DS2413 的輸出是“開(kāi)漏”的，即輸出是 N 溝道 FET 的“漏極”，F(xiàn)ET 的“源極”內(nèi)部連接到地，漏極則是開(kāi)放的。當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，F(xiàn)ET 為電流從輸出引腳流到地提供路徑。由于沒(méi)有內(nèi)部連接到 VCC，開(kāi)漏輸出不像 Arduino GPIO 引腳那樣輸出電壓，必須提供外部上拉電阻。不過(guò)，這種配置具有很大的靈活性，因?yàn)檩敵鲭妷翰灰蕾囉陂_(kāi)發(fā)板的工作電壓，可以使用各種電源。DS2413 中的 FET 能夠切換高達(dá) 28V 的電壓和 20mA 的電流。

3. 運(yùn)行示例代碼

• 下載示例代碼：從 GitHub 倉(cāng)庫(kù)下載示例代碼。
• 布線：將 LED 的陰極（短腳）連接到 GPIO 引腳，陽(yáng)極（長(zhǎng)腳）連接到一個(gè)電阻的一端，電阻的另一端連接到 5V。這里使用 1K 電阻作為“安全”值，如果想讓 LED 達(dá)到最大亮度，可以參考相關(guān)指南計(jì)算最佳電阻值。
• 編譯與上傳：編譯并上傳示例代碼，應(yīng)該能看到兩個(gè) LED 閃爍，亮 1 秒，滅 1 秒。

四、讀寫操作與算術(shù)運(yùn)算

1. 讀寫函數(shù)

通過(guò) OneWire 庫(kù)的 read() 和 write() 函數(shù)對(duì) DS2413 進(jìn)行讀寫操作。這兩個(gè)函數(shù)一次讀寫一個(gè)字節(jié)，因此需要使用一些二進(jìn)制運(yùn)算來(lái)分離對(duì)應(yīng)于 2 個(gè) GPIO 引腳的 2 位。

2. 二進(jìn)制與十六進(jìn)制

在示例代碼中，通過(guò)交替寫入 0x0 和 0x3 來(lái)閃爍兩個(gè) LED。0x3 是二進(jìn)制數(shù) B00000011 的十六進(jìn)制表示，在 DS2413 中，低位（最右邊的一位）對(duì)應(yīng) IOA，相鄰的一位對(duì)應(yīng) IOB。寫入 0x3 會(huì)將兩個(gè)引腳都置為二進(jìn)制的 '1'，從而打開(kāi)兩個(gè)引腳。如果只打開(kāi) IOA，可以寫入 0x1（B00000001）；只打開(kāi) IOB，可以寫入 0x2（B00000010）。

3. 讀取 GPIO 引腳

讀取 GPIO 引腳稍微復(fù)雜一些，需要從 read() 返回的字節(jié)中分離出各個(gè)引腳的值。read() 可以返回 5 個(gè)值之一：

• 0x0（B00000000） - 兩個(gè)引腳都為 LOW
• 0x1（B00000001） - IOA = HIGH，IOB = LOW
• 0x2（B00000010） - IOA = LOW，IOB = HIGH
• 0x3（B00000011） - 兩個(gè)引腳都為 HIGH
• 0xFF（B11111111） - 讀取失??！

要提取單個(gè)引腳的狀態(tài)，需要使用“按位與”運(yùn)算符“&”。例如，如果 IOA 為 HIGH，代碼會(huì)打印“A”；如果 IOB 為 HIGH，會(huì)打印“B”。

五、下載資源

• 文件：包括 DS2413 的數(shù)據(jù)手冊(cè)、產(chǎn)品頁(yè)面、One-Wire 概述、GitHub 上的 EagleCAD PCB 文件以及 Adafruit Fritzing 庫(kù)中的 Fritzing 對(duì)象。
• 原理圖：可以查看開(kāi)發(fā)板的原理圖。
• 制造圖紙：提供了制造開(kāi)發(fā)板所需的圖紙。

大家在使用這款開(kāi)發(fā)板的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到什么有趣的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。