常用数据传输接口.ppt

第12章常用数据传输接口 本章主要介绍I2C SPI和1 wire三种传输总线的传输协议及过程 为了便于大家对三种传输总线的理解 笔者针对每种传输总线分别介绍了AT24C02 DS1302和DS18B20三款芯片的使用方法和应用过程 12 1I2C总线AT24C02设计12 1 1I2C总线概述 I2C总线全称是Inter IntegratedCircuit总线 有时也写为IIC总线 由菲利普公司推出 是广泛采用的一种新型总线标准 也是同步通信的一种通信形式 具有接口线少 占用的空间非常小 控制简单 通信速率较高等优点 所有与I2C兼容的器件都具有标准的接口 可以把多个I2C总线器件同时接入I2C总线上 通过地址来识别通信对象 使它们可以经由I2C总线相互直接通信 12 1 2I2C总线硬件结构图 图12 1 1I2C总线系统的硬件结构图 12 1 3I2C总线通信时序 I2C总线上进行一次数据通信的时序图12 1 2所示 图12 1 2I2C总线进行一次数据通信的时序图 12 1 4数据位的有效性规定 图12 1 4I2C总线数据位有效性规定 12 1 5发送启动信号 图12 1 5I2C总线启动信号时序图 12 1 6发送寻址信号 器件地址有7位和10位两种 这里只介绍7位地址寻址方式 在I2C总线开始信号后 再发送寻址信号 送出的第一个字节数据是SLA寻址字节 用来选择从器件地址的 其中前7位为地址码 第8位为方向位 R 12 1 7应答信号规定 图12 1 6I2C总线应答信号时序图 12 1 8数据传输 数据传输的过程如下 1 假设器件A要向器件B发送信息 器件A 主机 寻址器件B 从机 器件A 主机 发送器 发送数据到器件B 从机 接收器 器件A终止传输 2 假设器件A要读取器件B中的信息 器件A 主机 寻址器件B 从机 器件A 主机 接收器 从器件B 从机 发送器 接收数据器件A终止传输 12 1 9非应答信号规定 当主机为接收设备时 主机对最后一个字节不应答 以向发送设备表示数据传送结束 12 1 10发送停止信号 图12 1 7I2C总线停止信号时序图 12 2单片机模拟I2C总线通信 在单片机模拟I2C总线通信时 需要调用一些函数构建相应的时序 这些函数有 总线初始化 启动信号 应答信号 停止信号 写一个字节 读一个字节 12 3AT24C02的基础知识 具有I2C总线接口的EEPROM很多 在此就仅介绍ATMEL公司生产的AT24C系列EEPROM 其主要型号AT24C01 02 04 08 16等 其对应的存储容量分别为128x8 256x8 512x8 1024x8 2048x8 采用这类芯片可以解决掉电数据丢失的问题 可以对保存的数据保持100年 并可以擦除10万次以上 12 3 1AT24C02引脚配置与引脚功能 图12 3 1AT24C02芯片实物图和管脚图 12 3 2AT24C02的特性 与400KHzI2C总线兼容1 8到6 0伏电压范围低功耗CMOS技术写保护功能 当WP位高电平时进行写保护状态页写缓冲器自定时擦除写周期1 000 000编程 擦除周期可保存数据100年8脚DIP SOIC或TSSOP封装温度范围 商业级 工业级和汽车级 12 3 3AT24C02管脚描述 图12 3 2单片机与AT24C02连接的电路图 AT24C02管脚功能描述 表12 3 1AT24C02管脚功能描述 12 4AT24C02的应用实例 12 4 1设计要求采用定时中断方式 设计一个0 59s变化的秒表 将每次显示在数码管上的时间 0 59 存入AT24C02 图12 4 1基于AT24C02的秒表设计原理图 12 5SPI总线DS1302实时时钟设计12 5 1SPI总线简介 SPI是英文SerialPeripheralInterface的缩写 中文意思是串行外围设备接口 SPI接口是Motorola首先提出的全双工三线同步串行外围接口 采用主从模式 MasterSlave 架构 支持多Slave模式应用 一般仅支持单Master 时钟由Master控制 在时钟移位脉冲下 数据按位传输 高位在前 低位在后 MSBfirst SPI接口有2根单向数据线 为全双工通信 目前应用中的数据速率可达几Mbps的水平 图12 5 1SPI主从机接口连接图 12 5 2接口定义数据传输 图12 5 2SPI信号传输示意图 接口定义数据传输 表12 5 1SPI的4根信号线功能表 图12 5 3多个SPI从设备级联图 图12 5 4多个SPI从设备独立连接图 要注意的是 SCK信号线只由主设备控制 从设备不能控制信号线 同样 在一个基于SPI的设备中 至少有一个主控设备 这样的传输方式有个优点 与普通的串行通信相比 SPI允许数据一位一位地传送 甚至允许暂停 因为SCK时钟线由主控设备控制 当没有时钟跳变时 从设备不采集或传送数据 也就是说 主设备通过对SCLK时钟信号的控制可以完成对通信的控制 SPI还有一个数据交换协议 因为SPI的数据输入和输出线相互独立 所以允许同时完成数据的输入和输出 不同的SPI设备的实现方式不尽相同 主要是数据改变和采集的时间不同 在时钟信号上升沿或下降沿的采集有不同的定义 具体的情况需要参考相关器件的技术文档 12 6DS1302的基础知识 DS1302主要特点是采用串行数据传输 可为掉电保护电源提供可编程的充电功能 并且可以关闭充电功能 采用普通32 768kHz晶振 DS1302缺点 时钟精度不高 易受环境影响 出现时钟混乱等缺点 DS1302优点 DS1302可以用于数据记录 特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录 能实现数据与出现该数据的时间同时记录 DS1302的结构及工作原理DS1302工作电压为2 5V 5 5V 采用三线接口与CPU进行同步通信 并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据 DS1302内部有一个31 8的用于临时性存放数据的RAM寄存器 DS1302是DS1202的升级产品 与DS1202兼容 但增加了主电源 后背电源双电源引脚 同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力 DS1302实物及引脚图 如图 图12 6 1DS1302实物及引脚图 DS1302串行时钟由电源 输入移位寄存器 命令控制逻辑 振荡器 实时时钟以及RAM组成 其结构图如图 图12 6 2DS1302结构图 DS1302的控制字节 图12 6 3DS1302单字节数据读 写时序 12 7DS1302显示时钟的实例 12 7 1设计要求用DS1302设计一个数字时钟 图12 7 1DS1302电路连接原理图 12 81 Wire总线介绍及DS18B20测量温度设计 12 8 11 wire单总线概述 图12 8 11 wire总线示意图 12 8 2DS18B20的基础知识 以Dallas公司生产的DS18B20芯片为例 DS18B20是Dallas公司继DS1820后推出的一种改进型智能数字温度传感器 与传统的热敏电阻相比 它只需一根导线就能直接读出被测温度 并可以根据实际需求编程实现9 12位数字值的读数方式 它有三种封装形式 图12 8 2三种封装形式及芯片的外形图 DS18B20内部结构 图12 8 3DS18B20内部结构框图 DS18B20的工作原理 图12 8 4DS18B20的测温原理图 12 9DS18B20测量温度的实例 12 9 1设计要求DS18B20它在一根数据线上实现数据的双向传输 这就需要一定的协议来对读 写数据提出严格的时序要求 而AT89系列单片机并不支持单线传输 因此 必须采用软件的方