Introdução ao DS28E17 e ao Conceito de Ponte One-Wire ↔ I²C
O DS28E17 é um circuito integrado da Analog Devices projetado para atuar como uma ponte (“bridge”) entre o barramento 1-Wire, conhecido por sua simplicidade extrema e por exigir apenas um único fio de dados, e o barramento I²C, amplamente utilizado em sensores, memórias e periféricos de propósito geral. Seu papel é permitir que um microcontrolador que disponha apenas de interface 1-Wire ou que deseje estender comunicação em longas distâncias possa acessar dispositivos I²C remotos sem a necessidade de um par de fios dedicado (SDA/SCL). Assim, toda a estrutura do I²C remota é encapsulada em comandos enviados por 1-Wire, reduzindo cabos, diminuindo ruído e simplificando o roteamento.
Para leigos, a ideia fundamental é a seguinte: o DS28E17 fica localizado próximo ao sensor I²C, enquanto o microcontrolador pode estar a metros de distância conectado por um único fio. Esse único fio transporta comandos digitais codificados. O DS28E17 os interpreta e gera localmente o protocolo I²C adequado, com temporizações corretas e níveis lógicos estáveis. O microcontrolador não precisa conhecer detalhes do sensor; basta enviar instruções de “escreva no registrador X” ou “leia o registrador Y”. Essa separação permite topologias mais flexíveis, especialmente em ambientes industriais ou de difícil cabeamento, onde I²C tradicional teria limitações de distância devido à capacitância do cabo.
Do ponto de vista técnico, o DS28E17 mantém total conformidade com o protocolo I²C, permitindo velocidades de até 400 kHz (Fast Mode) e oferecendo mecanismos confiáveis de temporização, controle de ACK/NACK, buffers internos e controle automático de clock stretching. No lado 1-Wire, oferece suporte a comandos de leitura e escrita otimizados, CRC embutido e mecanismos de endereçamento únicos por meio de seu ROM ID de 64 bits, garantindo que múltiplos dispositivos possam coexistir no mesmo fio sem conflitos.
O benefício central, tanto para iniciantes quanto para engenheiros experientes, é que ele rompe a típica limitação de alguns metros do I²C convencional, pois o 1-Wire suporta distâncias significativamente maiores graças ao menor número de condutores, menor susceptibilidade à capacitância distribuída e ao uso de pull-up mais forte. Esse comportamento elétrico permite aplicações onde sensores ficam fisicamente distantes do microcontrolador — câmeras térmicas distribuídas, sensores de umidade em estufas agrícolas, sensores ambientais espaciais, entre outros. Tudo isso preservando a robustez e a confiabilidade elétrica, especialmente porque o DS28E17 pode operar com cabos longos sem sofrer com a degradação da integridade do sinal típica do SDA/SCL.
Arquitetura Interna e Funcionamento do DS28E17
O DS28E17 funciona essencialmente como um tradutor digital entre dois mundos: o sinal altamente minimalista do 1-Wire e o protocolo completo do I²C. Para cumprir esse papel, o CI possui uma arquitetura interna composta por blocos funcionais bem definidos: o Núcleo 1-Wire, responsável pela recepção e validação dos comandos; o Motor de Tradução, que interpreta o pacote recebido e converte em operações I²C; e finalmente o Controlador I²C, capaz de executar transmissões completas com velocidade configurável, incluindo start, stop, ACK, NACK e clock stretching.
O núcleo 1-Wire é a “porta de entrada” do dispositivo. Ele decodifica o protocolo, faz a verificação de integridade via CRC e identifica o DS28E17 por meio de seu ROM ID único de 64 bits. Isso permite que vários dispositivos coexistam no mesmo fio, e o microcontrolador selecione qual DS28E17 deseja comandar. Uma vez que o comando é validado, o pacote é repassado ao motor de tradução, que calcula a operação a ser realizada — por exemplo, escrever bytes em um periférico I²C, ou realizar uma leitura com número específico de bytes. A comunicação é totalmente síncrona: o microcontrolador envia o comando, o DS28E17 executa a operação localmente e devolve a resposta encapsulada em um frame 1-Wire.
Já o controlador I²C é um bloco especializado, independente do microcontrolador. Ele gera o sinal SCL com alta precisão e administra as condições de start/stop conforme o padrão I²C. Ele ainda monitora ACK/NACK dos dispositivos conectados, armazenando os dados recebidos em seu buffer interno até que o microcontrolador solicite a leitura via 1-Wire. Um ponto importante para aplicações práticas é que o DS28E17 suporta velocidades de até 400 kHz, mas a eficiência final depende do tempo total de transmissão no 1-Wire — que é mais lento. Portanto, o ganho não está em velocidade, mas em distância e simplicidade de rede. Isso é essencial para projetos embutidos que precisam conectar sensores remotos, especialmente em campos como automação, monitoramento ambiental e dispositivos IoT distribuídos.
Um detalhe pouco comentado, mas tecnicamente relevante, é a forma como o DS28E17 gerencia a capacitância distribuída no cabo. O 1-Wire tolera cabos longos porque o sinal é baseado em janelas temporais largas, enquanto o I²C é sensível a distorções provocadas pela capacitância. Ao “isolá-las” em blocos separados, o DS28E17 garante que o cabo longo afete apenas o 1-Wire, enquanto o I²C acontece localmente em uma curta distância — normalmente poucos centímetros. Assim, o microcontrolador ganha a habilidade de acessar sensores I²C como se estivessem próximos, mas fisicamente posicionados a metros de distância, com estabilidade e confiabilidade.
Aplicações Práticas e Benefícios no Design de Sistemas Embarcados
O DS28E17 oferece vantagens significativas para projetos que precisam comunicar sensores remotos, reduzir cabeamento ou simplificar a topologia elétrica em ambientes hostis. Em um sistema embarcado tradicional, o barramento I²C apresenta limitações de distância, geralmente ficando preso a poucos centímetros ou, no máximo, dezenas de centímetros em condições ideais. Isso ocorre porque capacitância, indutância distribuída e interferências eletromagnéticas provocam degradação de sinal e distorções de forma de onda. Ao introduzir o DS28E17 como ponte, o microcontrolador passa a usar um único fio — o barramento One-Wire — que tolera melhor comprimentos de cabo maiores e é menos sensível a artefatos físicos, ideal para sensores distribuídos em ambientes industriais, agrícolas e automotivos.
Em aplicações reais, isso permite integrar sensores I²C a longas distâncias sem modificar seu hardware original. Imagine um sensor de temperatura digital, um sensor de pressão ou um módulo de memória I²C instalado a metros de distância em um equipamento industrial. Em vez de tentar estender o I²C por cabos longos e sofrer com instabilidade, usa-se um único par de condutores para o 1-Wire e instala-se o DS28E17 próximo ao sensor. O resultado é uma comunicação robusta, com CRC e baixa suscetibilidade a distúrbios, mantendo alta integridade de dados. Esse tipo de solução é especialmente valioso em redes IoT distribuídas, onde há grande quantidade de sensores instalados de forma geograficamente dispersa.
Outro benefício importante é a simplicidade de firmware. Em microcontroladores como os STM32F4, o desenvolvedor pode escrever rotinas simples de envio de comandos 1-Wire sem lidar diretamente com estados complexos do I²C. É o DS28E17 quem se encarrega de gerir start, stop, aquisição de ACK e leitura de múltiplos bytes. Isso reduz o tempo de desenvolvimento e as chances de falhas em firmware de baixo nível, tornando o sistema mais confiável. Em aplicações com restrição de energia, a redução de cabos e a padronização dos nós remotos também diminuem perdas e simplificam o layout físico.
Além disso, a possibilidade de colocar múltiplos DS28E17 em paralelo no mesmo fio faz deste CI uma alternativa natural para redes com múltiplos sensores, permitindo endereçamento via ROM ID. Essa característica abre portas para arquiteturas hierárquicas de sensores, especialmente em sistemas de monitoramento ambiental, instrumentação científica, sensores estruturais em pontes e monitoramento distribuído em agroindústria. Cada módulo torna-se um nó inteligente, contendo seu próprio tradutor I²C local. Dessa forma, o barramento 1-Wire funciona como uma espinha dorsal simples e eficiente, capaz de interligar dezenas de sensores remotos sem degradação significativa no desempenho.
A seguir apresento o Capítulo 4. Quando quiser prosseguir, peça “próximo capítulo”.
Aplicações Práticas e Benefícios no Design de Sistemas Embarcados
O DS28E17 oferece vantagens significativas para projetos que precisam comunicar sensores remotos, reduzir cabeamento ou simplificar a topologia elétrica em ambientes hostis. Em um sistema embarcado tradicional, o barramento I²C apresenta limitações de distância, geralmente ficando preso a poucos centímetros ou, no máximo, dezenas de centímetros em condições ideais. Isso ocorre porque capacitância, indutância distribuída e interferências eletromagnéticas provocam degradação de sinal e distorções de forma de onda. Ao introduzir o DS28E17 como ponte, o microcontrolador passa a usar um único fio — o barramento One-Wire — que tolera melhor comprimentos de cabo maiores e é menos sensível a artefatos físicos, ideal para sensores distribuídos em ambientes industriais, agrícolas e automotivos.
Em aplicações reais, isso permite integrar sensores I²C a longas distâncias sem modificar seu hardware original. Imagine um sensor de temperatura digital, um sensor de pressão ou um módulo de memória I²C instalado a metros de distância em um equipamento industrial. Em vez de tentar estender o I²C por cabos longos e sofrer com instabilidade, usa-se um único par de condutores para o 1-Wire e instala-se o DS28E17 próximo ao sensor. O resultado é uma comunicação robusta, com CRC e baixa suscetibilidade a distúrbios, mantendo alta integridade de dados. Esse tipo de solução é especialmente valioso em redes IoT distribuídas, onde há grande quantidade de sensores instalados de forma geograficamente dispersa.
Outro benefício importante é a simplicidade de firmware. Em microcontroladores como os STM32F4, o desenvolvedor pode escrever rotinas simples de envio de comandos 1-Wire sem lidar diretamente com estados complexos do I²C. É o DS28E17 quem se encarrega de gerir start, stop, aquisição de ACK e leitura de múltiplos bytes. Isso reduz o tempo de desenvolvimento e as chances de falhas em firmware de baixo nível, tornando o sistema mais confiável. Em aplicações com restrição de energia, a redução de cabos e a padronização dos nós remotos também diminuem perdas e simplificam o layout físico.
Além disso, a possibilidade de colocar múltiplos DS28E17 em paralelo no mesmo fio faz deste CI uma alternativa natural para redes com múltiplos sensores, permitindo endereçamento via ROM ID. Essa característica abre portas para arquiteturas hierárquicas de sensores, especialmente em sistemas de monitoramento ambiental, instrumentação científica, sensores estruturais em pontes e monitoramento distribuído em agroindústria. Cada módulo torna-se um nó inteligente, contendo seu próprio tradutor I²C local. Dessa forma, o barramento 1-Wire funciona como uma espinha dorsal simples e eficiente, capaz de interligar dezenas de sensores remotos sem degradação significativa no desempenho.
Exemplos Práticos com Pseudocódigo em C para STM32F411
Para demonstrar o uso do DS28E17 em um projeto real com STM32F411, é importante compreender que o microcontrolador não acessa diretamente o barramento I²C remoto. Em vez disso, ele envia comandos 1-Wire ao DS28E17, que os traduz em operações I²C locais. Neste capítulo, apresentamos pseudocódigos didáticos, com foco na lógica essencial, abstraindo detalhes de temporização específicos do 1-Wire para manter clareza.
A primeira etapa é implementar uma função para enviar um comando 1-Wire ao DS28E17. No STM32F411, isso seria conectado a um GPIO configurado como open-drain com pull-up, emulando o 1-Wire por bit-banging ou usando um timer auxiliar. O pseudocódigo base envolve reset, seleção do ROM ID e envio do comando:
// Pseudocódigo básico para enviar bytes ao DS28E17 via 1-Wire
void ONEWIRE_WriteBytes(uint8_t *data, uint16_t length)
{
for (uint16_t i = 0; i < length; i++) {
ONEWIRE_WriteByte(data[i]); // Função básica de escrita de 1 byte no barramento
}
}
void DS28E17_Select(uint8_t *rom_id)
{
ONEWIRE_Reset();
ONEWIRE_WriteByte(0x55); // Match ROM command
ONEWIRE_WriteBytes(rom_id, 8);
}
A seguir, enviamos uma operação I²C de escrita simples — por exemplo, escrever um registrador em um sensor remoto. O DS28E17 possui o comando específico I2C Write Command (0x99) que recebe o endereço do escravo, os bytes de escrita e controla o STOP:
// Escreve N bytes em um escravo I2C via DS28E17
bool DS28E17_I2C_Write(uint8_t *rom_id, uint8_t addr, uint8_t *data, uint8_t len)
{
uint8_t frame[16] = {0};
uint8_t index = 0;
DS28E17_Select(rom_id);
frame[index++] = 0x99; // Comando de escrita I²C
frame[index++] = addr << 1; // Endereço I2C em modo write
frame[index++] = len; // Quantidade de bytes a escrever
for (uint8_t i = 0; i < len; i++)
frame[index++] = data[i];
ONEWIRE_WriteBytes(frame, index);
// Leitura de status (ACK result etc.)
uint8_t status = ONEWIRE_ReadByte();
return (status == 0x00); // Sucesso
}
Para leitura, o comando correspondente é I2C Read Command (0x96), que solicita uma quantidade de bytes do escravo I²C remoto. Nesse caso, o DS28E17 executa o START, envia o endereço de leitura e coleta os dados antes de devolvê-los pelo barramento 1-Wire:
// Lê N bytes de um escravo I2C remoto
bool DS28E17_I2C_Read(uint8_t *rom_id, uint8_t addr, uint8_t *buffer, uint8_t len)
{
uint8_t frame[4];
frame[0] = 0x96; // Comando de leitura I2C
frame[1] = (addr << 1) | 1; // Endereço I2C em modo read
frame[2] = len; // Quantidade de bytes a ler
DS28E17_Select(rom_id);
ONEWIRE_WriteBytes(frame, 3);
uint8_t status = ONEWIRE_ReadByte();
if (status != 0x00)
return false;
for (uint8_t i = 0; i < len; i++)
buffer[i] = ONEWIRE_ReadByte();
return true;
}
Por fim, apresentamos o pseudocódigo para a operação combinada mais comum: escrever um registrador e ler o valor em seguida, típica em sensores IMU, pressão, temperatura e ADCs:
// Leitura combinada (Write + Read), ex: ler registrador de sensor remoto
bool DS28E17_I2C_WriteRead(uint8_t *rom_id,
uint8_t addr,
uint8_t reg,
uint8_t *rx,
uint8_t rx_len)
{
// Escreve o registrador
if (!DS28E17_I2C_Write(rom_id, addr, ®, 1))
return false;
HAL_Delay(2); // Pequena espera opcional
// Lê o conteúdo do registrador
return DS28E17_I2C_Read(rom_id, addr, rx, rx_len);
}
Em sistemas STM32F411 reais, o desenvolvedor acrescentaria temporizações precisas, checagens de CRC, tratamento de erros e integração com FreeRTOS ou superloop. No entanto, mesmo neste formato simplificado, a lógica é clara: o DS28E17 transforma cada comando 1-Wire em transações I²C completas, permitindo acessar sensores remotos com simplicidade e confiabilidade.
Conclusão e Recomendações para Projetos Reais
O DS28E17 é uma solução extremamente eficiente para quem precisa estender a comunicação com dispositivos I²C a longas distâncias ou simplificar o cabeamento em sistemas embarcados. Sua principal contribuição está em isolar os efeitos elétricos negativos que afetam o barramento I²C — como capacitância excessiva e interferências — e convertê-los em uma interface 1-Wire de maior robustez, permitindo que sensores, memórias e atuadores remotos continuem acessíveis mesmo em topologias distribuídas. A simplicidade de uso, aliada à confiabilidade do CRC e ao ROM ID único, torna o dispositivo atraente tanto para engenheiros experientes quanto para iniciantes que precisam lidar com sensores afastados do microcontrolador.
No contexto de microcontroladores como os STM32F411, o DS28E17 reduz significativamente a complexidade do firmware. O desenvolvedor não precisa lidar com as intricadas fases do protocolo I²C tradicional, pois o dispositivo executa localmente essas operações. Isso facilita a escrita de drivers, diminui o risco de falhas e acelera a prototipagem. Em projetos industriais, agrícolas ou IoT distribuída, essa abordagem simplifica tanto a parte elétrica quanto o software, permitindo arquiteturas mais limpas, com menos fios, maior imunidade a ruído e possibilidade de crescimento para dezenas de nós remotos num único barramento 1-Wire.
Em aplicações reais, recomenda-se posicionar o DS28E17 o mais próximo possível do dispositivo I²C remoto, garantindo que o trecho crítico de comunicação permaneça curto e estável. Também vale a pena testar diferentes resistores de pull-up no 1-Wire para cabos longos, ajustar temporizações conforme o ambiente e sempre validar a integridade de dados com base no status retornado pelo DS28E17. Quando bem aplicado, esse CI deixa de ser apenas um componente de conversão e se torna um elemento-chave para criar redes de sensores robustas, expansíveis e de implementação econômica.
Datasheet: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ds28e18.pdf
