DS1050為5位脈寬調制器（PWM），由2線總線控制。這樣，單個主器件就可以在一條8線總線上控制多達1050個從器件（DS2和其他2線器件）。本應用筆記演示了通過PC串行接口連接到2線總線的接口。給出了硬件和軟件要求，可從達拉斯半導體FTP站點下載。

介紹

DS1050為5位可編程脈寬調制器（PWM），允許以0.100%的增量在3至125%之間“動態”改變占空比。它由一個2線串行接口控制，該接口可在一條1050線總線上尋址多達2個DS8。該器件采用 8 引腳 SOIC 和 1 引腳 μSOP 封裝，頻率如下：5kHz、10kHz、25kHz 和 <>kHz。

本應用筆記舉例說明DS1050作為直流風扇控制器和LED背光LCD背光亮度控制器。此外，本應用筆記將介紹如何在單條1050線總線上連接多個DS2。基于 8051 的系統的固件包含在附錄 A 中。

系統概述

圖1中的參考原理圖分為兩個子系統，直流風扇電機控制器模塊和LCD LED背光控制器模塊。此外，還展示了作為2線主站的微控制器，以及它如何與2線從器件DS1050接口。

圖1.參考原理圖。

2線接口

2線主站采用漏極開路輸出（其中一個必須是輸入和輸出）以及上拉電阻R1和R2來實現，以產生SDA（串行數據）和SCL（串行時鐘）信號。參考原理圖中給出的R1和R2值適用于大多數應用，但可能需要根據總線電容和所需的通信速度重新計算。通過將SDA和SCL連接到主器件的SDA和SCL引腳，可以將額外的2線器件添加到總線中。地址引腳A0、A1和A2需要連接高電平或低電平，以便為總線上的每個器件提供唯一的地址。原理圖中的DS1050 （U1）將三個地址引腳全部接地，從地址為“000”。DS1050 （U2）設置為從地址“001”，但是，U1地址以外的任何地址都可以使用。 然后，主站使用這些地址引腳以及DS1050“家族代碼”或器件標識符“0101”與每個從機單獨通信。

圖2顯示了這些位在典型2線事務中的使用方式。在2線主站生成START條件后，發送控制字節（MSBit優先）以選擇2線總線上的特定器件。總線上的所有設備都“偵聽”控制字節，并檢查它是否與自己的設備標識符和從屬地址匹配。匹配的設備將通過將 SDA 拉低至 ACK 來響應。控制字節的 LSBit 包含 R/W 位。此位確定誰將傳輸下一個字節，即數據字節。如果R/W位設置為“1”，則主站將從從機讀取數據。因此，主站將從屬設備輸入數據字節。如果R/W位為“0”，則主站將數據字節傳輸到從機。數據字節的 3 MSBit 可以被認為是操作碼或指令。例如，如果這些是“110”，則主機指示DS1050進入關斷模式。如果這3位為“000”，則接下來的5位（PWM數據）將設置一個新的PWM占空比輸出。傳輸（或接收）數據字節后，必須執行 ACK（寫入后）或 NACK（讀取后）。ACK（來自從站）表示它在寫入過程中收到了數據。NACK（由主站生成）通知從站主站收到字節并且不再需要任何數據。如果DS1050有更多的寄存器，主機也可以ACK（而不是NACK），表明他[主機]收到了字節并希望繼續讀取。當主設備發出 STOP 條件時，通信結束。

圖2.典型的2線交易。

圖3顯示了特定2線指令的幾個示例。完整的指令列表可在DS1050數據資料中找到。

圖3.示例 2-Wire 交易。

雖然一條1050線總線上只能有2個DS2，但只要其器件標識符與DS1050不同，就可以在總線上添加其他2線器件。這對于控制額外的<>線器件（如溫度傳感器或數字電位器）非常有用。

例如，基于8051的固件顯示了如何通信和控制DS1050，請參閱附錄A。另外，有關2線接口的更多信息，請參考DS1050數據資料。

直流風扇電機控制器

圖1參考原理圖中的直流電機控制器模塊顯示了使用U12（DS1-1050）控制025V直流風扇電機的簡單方法，以產生25kHz脈寬調制信號，控制輸送到電機的平均功率。低占空比產生低平均功率，進而產生較低的平均功率 速度。隨著占空比的增加，“導通”時間也隨之增加。平均功率和速度增加。占空比為 0% 表示電機完全關閉，而占空比為 50% 表示電機以半功率開啟。此外，在使用電機時，重要的是要注意額外的 啟動電機所需的能量。換句話說，不要將占空比設置為 3.125% 并期望電機轉動。您使用的電機將具有與此現象相關的規格。同樣，當電機具有大負載并預計速度大幅躍升時，如果不以幾個較小的步驟遞增，電機可能會失速。這些不是變通辦法，而是物理定律的結果。幸運的是，一旦您知道它們存在，它們就很容易在固件中實現（盡管包含的固件是開環的，并且不實現這兩種情況中的任何一種）。

選擇 PWM 頻率

將PWM連接到電機時，PWM頻率不能在音頻頻譜范圍內，這一點很重要。否則，電機將像揚聲器一樣工作，并產生PWM頻率的可聽音調。因此，參考原理圖中使用了25kHz版本。

選擇 PWM 頻率時需要考慮的其他因素包括功耗、EMI 輻射和輸出級限制。從理論上講，25kHz 和 100kHz 版本之間的電流消耗差異為 I=CVf 所示的 4 倍，所有其他條件保持不變。具有諷刺意味的是，100kHz版本僅消耗300μA的電流，但電機的牽引力要高出幾個數量級。

雖然EMI輻射并不總是最初的設計考慮因素，但如果系統EMI輻射后來成為問題（由于其他元件），你可以研究哪個版本的DS1050對問題頻率的貢獻最小。

最后，如果由于某種原因需要對Q1使用特定的功率MOSFET，則需要檢查MOSFET的柵極閾值電壓，以查看它是否可以直接從5V數字PWM驅動，而無需任何電平轉換。此外，您還需要驗證 MOSFET 是否可以處理您正在考慮的 PWM 頻率。

驅動電路

DS1050的數字PWM輸出在額定頻率和編程占空比下從地擺幅至Vcc。上電默認占空比為50%。PWM 輸出控制 Q1 的柵極，Q12 是一個 n 溝道功率 MOSFET，能夠處理 100V 電機所需的電流。典型的電機電流可以是500mA至1mA。Q2的柵極閾值電壓為0.4-0.1050V。DS1直接驅動Q<>的柵極不會有問題。

電機的電源端子上需要 1N40018 二極管 D1，以箝位風扇關閉時產生的任何反電動勢，但由于其動量而仍在旋轉。這在使用脈寬調制時尤其重要，因為當風扇正常運行時，其功率每秒循環 25，000 次。在“關閉”期間，風扇旋轉，然后電機成為發電機并產生反電動勢。

當指示DS1050進入關斷模式時，PWM輸出浮動。因此，為了在關斷期間保持Q1的柵極處于已知狀態，使用下拉電阻R3來確保風扇關閉。如果希望電機在DS1050關斷時導通，該電阻也可以用作上拉電阻，但這確實違背了關斷的目的。

像往常一樣，提供足夠的解耦很重要。同樣，去耦電容C1必須具有良好的高頻性能，并且使用短PCB走線盡可能靠近U1。

附加說明

盡管PWM非常適合控制標準直流電機，但如果您打算使用某些直流電機上的轉速計輸出，則需要進行額外的研究。由于這些風扇的轉速計輸出通常是集電極開路（并使用外部上拉電阻），因此當風扇電源進行脈寬調制時，特別是當集電極開路輸出將線路拉低時，就會出現問題。這也可能因電機制造商而異。在需要轉速計輸出的情況下，使用p溝道MOSFET代替n溝道MOSFET可能是有益的，n溝道MOSFET與DS1050接口，使用某種電平轉換器來驅動MOSFET的柵極。

液晶 LED 背光亮度控制器

圖1中的背光亮度控制器模塊顯示了如何使用PWM控制LED背光亮度的示例。這不是為了控制LCD對比度電壓，V電子電氣，而是LED背光。可以找到許多應用筆記，說明如何控制V電子電氣但由于5V LED背光相對較新，本應用筆記尚屬首次。

本示例中使用的 LCD 是 Optrex DMC20481 20x4 字符顯示器。該顯示器的一個不錯的功能是5V黃綠色LED背光，而不是最近的背光，需要高壓逆變器來驅動背光。此液晶屏使用標準單排16針連接器與系統連接。引腳 15 是 LED 背光陽極，引腳 16 是 LED 陰極。LED 正向電壓典型值為 4.1V，最大正向電流為 260mA。

通過改變PWM占空比，輸送到LED的平均功率也會發生變化。低占空比意味著 LED “熄滅”多于“亮起”。這將產生一個昏暗的 LED。隨著占空比的增加，功率也隨之增加，因此LED也更亮。當占空比設置為 100% 時，LED 在 100% 的時間內以最大亮度亮起。

選擇 PWM 頻率

使用 PWM 控制 LED 相當簡單。它工作的唯一要求是PWM足夠快，以至于我們的眼睛看不到LED閃爍，大約是30Hz。然而，最慢的DS1050是1kHz。這將正常工作。考慮任何更快的版本都沒有優勢。事實上，我們將， 使用消耗電流最少的較慢部分（不過，DS1050的電流消耗為零，而LED背光的電流消耗為260mA）。最后，由于1kHz相對較慢，EMI輻射和輸出級限制無關緊要。

驅動電路

DS1050-001 （U2）用于產生1kHz脈寬調制信號，再次控制輸送到負載的平均功率。U2的PWM輸出在額定頻率和編程占空比下從地到Vcc。上電默認占空比為50%。PWM 輸出控制 Q2 的柵極，Q260 是一款 n 溝道功率 MOSFET，能夠處理 LED 背光所需的 2mA 電流。Q2的柵極閾值電壓為0.4-0.<>V，因此將PWM輸出直接饋送到柵極不會成為問題。

1N4001二極管D2用于將Vcc降至4.3V，低于LED的最大正向電壓。可以使用電阻器代替二極管，但由于電流相對較大，因此需要更大功率的電阻器。

當DS1050被指示進入關斷模式時，它使PWM輸出浮動。因此，為了在關斷期間保持Q2的柵極處于已知狀態并防止其浮動，使用下拉電阻R4來確保背光關閉。

像往常一樣，提供足夠的解耦很重要。同樣，去耦電容C2必須具有良好的高頻性能，并且使用短PCB走線盡可能靠近U2。

附加說明

如果您的應用也需要控制LCD對比度電壓VEE技術，DS1803將是一個完美的選擇。只需將DS1803的SDA和SCL連接到2線總線，然后選擇一個從地址來設置A2、A1和A0。但是，由于DS1803和DS1050共享相同的器件標識符“0101”，因此您選擇的從地址必須不同于U1和U2的地址。

有關控制LCD對比度電壓的更多信息，請參閱達拉斯半導體應用筆記69微功耗電路監視正電源電流。

固件

基于 8051 的系統的固件包含在附錄 A 中。本文旨在舉例說明與DS1050通信所需的下層例程。 但請注意，固件實現了開環系統。環路可以輕松閉合，例如，通過添加 2 線溫度傳感器并根據溫度控制風扇速度。但為了舉例說明與DS1050通信的示例，一個基于菜單的開環示例是有益的。PC終端程序用于發出DS1050s命令。然后可以在固件中查找這些命令，以準確查看正在執行的內容。基本菜單命令如下：

增量 PWM 占空比 U1

降低 U1 的 PWM 占空比

增量 PWM 占空比 U2

降低 U2 的 PWM 占空比

保留供將來使用（用于控制DS1803）

保留供將來使用（用于控制DS1803）

將 U1 和 U2 置于關機模式

退出關機模式 U1 和 U2

從 U1 和 U2 讀取并顯示在 PC 屏幕上

系統上電時，DS1050默認為50%占空比。任一器件的占空比都可以使用相應的菜單命令降低。前 8 個菜單命令的固件顯示如何執行 2 線寫入，而菜單命令 9 顯示 2 線讀取。

下面是設置 PWM 占空比的示例。

LCALL START2WIRE ; 2-WIRE START
MOV A,#PWM1WRITE ; DEVICE IDENTIFIER=0101, SLAVE ADDRESS=000, R/W=0
LCALL WRITEBITS ; SEND THE COMMAND BYTE
LCALL ACKSLAVEWRITE ; CHECK FOR AN ACKNOWLEDGE FROM THE SLAVE
MOV A,PWM1DATA ; PWM1DATA IS A VARIABLE CONTAINING THE DESIRED DUTY CYCLE
LCALL WRITEBITS ; SEND DATA
LCALL ACKSLAVEWRITE ; CHECK FOR AN ACKNOWLEDGE FROM THE SLAVE
LCALL STOP2WIRE ; 2-WIRE STOP

此代碼實現圖 3-B 中所示的示例。

下面是將兩個 D1050 置于關斷模式的示例（類似于圖 3-A）。

			; PWM1
LCALL START2WIRE ; 2-WIRE START
MOV A,#PWM1WRITE ; DEVICE IDENTIFIER=0101, SLAVE ADDRESS=000, R/W=0
LCALL WRITEBITS ; SEND COMMAND BYTE
LCALL ACKSLAVEWRITE ; CHECK FOR ACKNOWLEDGE FROM THE SLAVE
MOV A,#0C0H ; SHUTDOWN COMMAND, (CHANGE TO 80 TO EXIT SHUTDOWN)
LCALL WRITEBITS ; SEND COMMAND
LCALL ACKSLAVEWRITE ; CHECK FOR ACKNOWLEDGE FROM THE SLAVE
LCALL STOP2WIRE ; 2-WIRE STOP
			; PWM2
LCALL START2WIRE ; 2-WIRE START
MOV A,#PWM2WRITE ; DEVICE IDENTIFIER=0101, SLAVE ADDRESS=001, R/W=0
LCALL WRITEBITS ; SEND COMMAND BYTE
LCALL ACKSLAVEWRITE ; CHECK FOR ACKNOWLEDGE FROM THE SLAVE
MOV A,#0C0H ; SHUTDOWN COMMAND, (CHANGE TO 80 TO EXIT SHUTDOWN)
LCALL WRITEBITS ; SEND COMMAND
LCALL ACKSLAVEWRITE ; CHECK FOR ACKNOWLEDGE FROM THE SLAVE
LCALL STOP2WIRE ; 2-WIRE STOP

最后，下面是兩個DS1050的示例。

			; READ PWM1
LCALL START2WIRE ; 2-WIRE START
MOV A,#PWM1READ ; DEVICE IDENTIFIER=0101, SLAVE ADDRESS=000, R/W=1
LCALL WRITEBITS ; SEND COMMAND BYTE
LCALL ACKSLAVEWRITE ; CHECK FOR ACKNOWLEDGE FROM THE SLAVE
LCALL READBITS ; READ DATA FROM DS1050 #1 (FAN PWM)
MOV PWM1DATA,A ; THE ACC CONTAINS THE DATA READ FROM THE DS1050
; NACK FROM MASTER NOT REQUIRED, BUT OPTIONAL
LCALL STOP2WIRE ; 2-WIRE STOP
LCALL PACCSP ; DISPLAY BYTE ON PC SCREEN FOLLOWED BY A SPACE
			; READ PWM2
LCALL START2WIRE ; 2-WIRE START
MOV A,#PWM2READ ; DEVICE IDENTIFIER=0101, SLAVE ADDRESS=001, R/W=1
LCALL WRITEBITS ; SEND COMMAND BYTE
LCALL ACKSLAVEWRITE ; CHECK FOR ACKNOWLEDGE FROM THE SLAVE
LCALL READBITS ; READ DATA FROM DS1050 #2 (LCD PWM)
MOV PWM2DATA,A ; THE ACC CONTAINS THE DATA READ FROM THE DS1050
			; NACK FROM THE MASTER NOT REQUIRED, BUT OPTIONAL
LCALL STOP2WIRE ; 2-WIRE STOP
LCALL PACCSP ; DISPLAY DATA ON PC SCREEN
LCALL CRLF ; NEWLINE

附錄 A 中的固件以及其他信息可在本應用筆記末尾的聯系信息下找到。

結論

DS1050是一款易于使用的專用PWM，通過減輕微控制器產生PWM時序的責任，簡化了系統設計。它不限于本應用筆記所示的電機控制器和LED控制器，還可用于任何需要控制輸送到負載的功率的應用。此外，DS1050的吸引力也呈指數級增長，因為單條1050線總線上最多可以放置2個DS1050，因此需要額外的PWM和頻率。2線總線上的每條DS2都可以單獨尋址，并發送一些簡單的1050線命令來設置、控制和讀取PWM。最棒的是，DS8采用纖巧型1引腳μSOP封裝，頻率如下：5kHz、10kHz、25kHz和<>kHz。

s審核編輯：郭婷Bryan Legates