Adafruit 1-Wire GPIO Breakout - DS2413 开发板使用指南

在微控制器的世界里，引脚资源常常十分宝贵。有时候，我们仅仅需要一两个额外的引脚，但又不想更换更大的开发板。Adafruit 的 DS2413 1-Wire GPIO 开发板就是解决这个问题的理想方案。下面就为大家详细介绍这款开发板的相关信息。

文件下载：1551.pdf

一、概述

DS2413 开发板每个板子有 2 个开漏 GPIO 引脚和一个 1-Wire 接口。只用一个 Arduino 引脚，就能控制连接在 1-Wire 总线上的多个 DS2413 开发板。理论上，由于每个芯片有 48 位唯一地址，一个 Arduino 引脚最多可以控制 2 * 2^48 个引脚，但实际中，Arduino 的内存会先耗尽。

二、组装与布线

1. 组装

开发板出厂时已预先组装和测试好，还提供了用于面包板的可选排针。安装排针很简单，先根据需要裁剪排针长度，将其放在面包板上（长引脚朝下），再把开发板对准排针，最后焊接每个引脚以确保良好的电气连接。如果您是焊接新手，可以参考 Adafruit 的焊接指南。

2. 布线

• 基本布线：将 GND 连接到 Arduino 的 GND，IO 连接到 Arduino 的 GPIO 引脚（示例代码使用引脚 8），然后从 IO 到 5V 连接一个 4.7K 欧姆的上拉电阻（开发板已包含）。
• 多个 DS2413 开发板布线：如果要添加更多开发板，只需将它们连接到相同的 GND 和 IO 引脚，不需要额外的上拉电阻。

三、使用方法

1. OneWire 库

• 下载与安装：DS2413 使用 Maxim/Dallas OneWire 协议，可以从 Arduino 库管理器中下载 OneWire 库。打开 Arduino 库管理器，搜索 OneWire 库并安装。
• 库文档：OneWire 库的详细文档可以在 PJRC 网站找到。
• DS2413 示例代码：我们可以在 GitHub 上找到使用 OneWire 库与 DS2413 GPIO 引脚通信的示例代码。

2. 开漏 GPIO

DS2413 的输出是“开漏”的，即输出是 N 沟道 FET 的“漏极”，FET 的“源极”内部连接到地，漏极则是开放的。当开关打开时，FET 为电流从输出引脚流到地提供路径。由于没有内部连接到 VCC，开漏输出不像 Arduino GPIO 引脚那样输出电压，必须提供外部上拉电阻。不过，这种配置具有很大的灵活性，因为输出电压不依赖于开发板的工作电压，可以使用各种电源。DS2413 中的 FET 能够切换高达 28V 的电压和 20mA 的电流。

3. 运行示例代码

• 下载示例代码：从 GitHub 仓库下载示例代码。
• 布线：将 LED 的阴极（短脚）连接到 GPIO 引脚，阳极（长脚）连接到一个电阻的一端，电阻的另一端连接到 5V。这里使用 1K 电阻作为“安全”值，如果想让 LED 达到最大亮度，可以参考相关指南计算最佳电阻值。
• 编译与上传：编译并上传示例代码，应该能看到两个 LED 闪烁，亮 1 秒，灭 1 秒。

四、读写操作与算术运算

1. 读写函数

通过 OneWire 库的 read() 和 write() 函数对 DS2413 进行读写操作。这两个函数一次读写一个字节，因此需要使用一些二进制运算来分离对应于 2 个 GPIO 引脚的 2 位。

2. 二进制与十六进制

在示例代码中，通过交替写入 0x0 和 0x3 来闪烁两个 LED。0x3 是二进制数 B00000011 的十六进制表示，在 DS2413 中，低位（最右边的一位）对应 IOA，相邻的一位对应 IOB。写入 0x3 会将两个引脚都置为二进制的 '1'，从而打开两个引脚。如果只打开 IOA，可以写入 0x1（B00000001）；只打开 IOB，可以写入 0x2（B00000010）。

3. 读取 GPIO 引脚

读取 GPIO 引脚稍微复杂一些，需要从 read() 返回的字节中分离出各个引脚的值。read() 可以返回 5 个值之一：

• 0x0（B00000000） - 两个引脚都为 LOW
• 0x1（B00000001） - IOA = HIGH，IOB = LOW
• 0x2（B00000010） - IOA = LOW，IOB = HIGH
• 0x3（B00000011） - 两个引脚都为 HIGH
• 0xFF（B11111111） - 读取失败！

要提取单个引脚的状态，需要使用“按位与”运算符“&”。例如，如果 IOA 为 HIGH，代码会打印“A”；如果 IOB 为 HIGH，会打印“B”。

五、下载资源

• 文件：包括 DS2413 的数据手册、产品页面、One-Wire 概述、GitHub 上的 EagleCAD PCB 文件以及 Adafruit Fritzing 库中的 Fritzing 对象。
• 原理图：可以查看开发板的原理图。
• 制造图纸：提供了制造开发板所需的图纸。

大家在使用这款开发板的过程中，有没有遇到什么有趣的问题或者有什么独特的应用呢？欢迎在评论区分享。