微处理器、ADC接口与总线

1、微处理器、ADC接口与总线天津大学 黄翔东电子信息系统典型结构 ADC接口1 输出编码 (a)自然二进制数编码 (b)补码:微机中用补码表示带符号数微机中用补码表示带符号数 (c) BCD编码（Binary Coded Decimal） 用二进制编码表示十进制数称为用二进制编码表示十进制数称为BCD码码 。 微处理器与ADC的并行接口 1.并行接口为便于与多处理器进行通信，ADC通常可配置多类接口两种工作模式(1)低速存储模式(2)ROM模式采样速率：300kHz具体采用哪种接口模式，根据实际需要，由RD#(15脚)上的信号脉冲宽度决定。(1)低速存储模式n当CS#有效后，RD#一直保持低电平

2、直到转换结束。在本次AD转换期间，数据三态驱动器的三态门一直处于打开状态。但是在BUSY#(11脚)上电平变高之前，数据线上的数据是上一次转换的结果。当本次AD转换结束后，BUSY#信号变为高电平，此时数据线上的数据才是本次转换的结果。读取结果后，把RD#信号置为高电平，结束一次AD转换。数据访问时间180ns可插入等待状态50ns数据保持100ns两次数据转换的延时时间(2) 只读模式n处理器执行读周期操作，将S/H电路设置为保持模式并同时启动ADC，在读周期中，处理器读入前一次转换结果。BUSY则与处理器的中断连接。2. 串行接口 ADC与微处理器间的串口通信优点：(1)数据传输与处理器内

3、部时序无关，不会对 处理器内部状态产生影响。 (2)连线简单缺点： 数据传输较慢常用串口总线：常用串口总线： SPI（Serial Peripheral Interface）总线、）总线、 I2C （Inter IC BUS）总线、）总线、单单总线总线（1WIRE BUS）等。）等。SPI总线nSPI（Serial Peripheral Interface）总线是由MOTOROLA公司制订三线制同步外围接口标准。n它是通过串行数据线（MISO、MOSI）和串行时钟线（SCLK）来实现芯片间的数据传送。n当两个器件通信时，一个作主机，另一个为从机，主机产生串行时钟，数据可同时接收和发送，可实现全

4、双工通信。SPI 数据线定义nSPI定义的三线为：(1)串行时钟SCLK，总由主机产生；(2)MISO线：数据由从机发送到主机；(3)MOSI线：数据由主机发送到从机n每个从机(ADC)都需独立的片选信号MAX1242的SPI总线操作MAX1242的SPI总线数据传输下降沿开始转换转换完成则变高两个辅助数据位I2C串行总线概述 I2C总线是总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，是具备公司推出的一种串行总线，是具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。高性能串行总线。 I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线总线

5、只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另另一根是时钟线一根是时钟线SCL。 I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的总线的信号变低，即各器件的SDA及及SCL都是线都是线“与与”关系关系。 每个接到每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其它器件，这时主机即为发送器。由总线数据到其它器件，

6、这时主机即为发送器。由总线上接收数据的器件则为接收器上接收数据的器件则为接收器。 在多主机系统中，可能同时有几个主机在多主机系统中，可能同时有几个主机(如如80C51单片机单片机)企图启动总线传送数据。为了避企图启动总线传送数据。为了避免混乱，免混乱， I2C总线要通过总线仲裁，以决定由哪总线要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机控制总线。一台主机控制总线。 一、一、数据位的有效性规定数据位的有效性规定 I2C总线进行数据传送时，总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间时钟信号为高电平期间，数据，数据线上的数据必须保持稳定，只有在线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电时钟线上的信号为低

7、电平期间平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。I2C总线的数据传送总线的数据传送二、起始和终止信号二、起始和终止信号 SCL线为高电平期间，线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化线由高电平向低电平的变化表示起始信号；表示起始信号；SCL线为高电平期间，线为高电平期间，SDA线由低电平向线由低电平向高电平的变化表示终止信号。高电平的变化表示终止信号。 起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，

8、总线就处于空闲状态。就处于空闲状态。 连接到连接到I2C总线上的器件，若具有总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。对于不具备则很容易检测到起始和终止信号。对于不具备I2C总线硬件总线硬件接口的有些单片机来说，为了检测起始和终止信号，必须保接口的有些单片机来说，为了检测起始和终止信号，必须保证在每个时钟周期内对数据线证在每个时钟周期内对数据线SDA采样两次采样两次。 接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完成接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完成一些其它工作，如处理内部中断服务等，可能无法立刻接收一些其它工作，如处理内部中断服务等

9、，可能无法立刻接收下一个字节，这时接收器件可以将下一个字节，这时接收器件可以将SCL线拉成低电平，从而线拉成低电平，从而使主机处于等待状态。直到接收器件准备好接收下一个字节使主机处于等待状态。直到接收器件准备好接收下一个字节时，再释放时，再释放SCL线使之为高电平，从而使数据传送可以继续线使之为高电平，从而使数据传送可以继续进行。进行。 三、数据传送格式三、数据传送格式（1）字节传送与应答）字节传送与应答 每一个字节必须保证是每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传位长度。数据传送时，先传送最高位（送最高位（MSB），），每一个被传送的字节后面都必须跟每一个被传送的字节后面都必须跟随一位

10、应答位（即一帧共有随一位应答位（即一帧共有9位）。位）。 （2）数据帧格式）数据帧格式 I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。信号，又包括真正的数据信号。 在起始信号后必须传送一个从机的地址（在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），位），第第8位是数据的传送方向位（位是数据的传送方向位（R/），），用用“0”表示主表示主机发送数据（机发送数据（T），），“1”表示主机接收数据（表示主机接收数据（R）。）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总

11、线进行新的数据传送，是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。另一从机进行寻址。 典型数据传输格式表示写操作：表示写操作：主机发送数据主机发送数据从机应答从机应答访问应访问应答设备答设备内部地内部地址，如址，如寄存器寄存器数数据据传传送送总线终止总线终止由主控器发出由主控器发出总线开始总线开始由主控器发出由主控器发出选定选定要访要访问的问的从机从机设备设备7bits常见的带I2C总线接口的总线接口的ADC芯片芯片nPCF85918-bit A/D and D/A converterSAA

12、7111:视频输入处理芯片SM总线nSystem Management BusnIntel公司在1995年定义的一种新型总线结构，SM总线把处理器与外部设备之间的接口定义为网络接口形式。专用串行接口专用串行接口决定当前读写模决定当前读写模式式,1-读，读，0-写写可双向数据传输可双向数据传输在写操作后把数在写操作后把数据放入设备内部据放入设备内部存储器保存存储器保存该接口不提供片选信号，不该接口不提供片选信号，不能被多个外设共享能被多个外设共享多通道模数转换器多通道模数转换器n带有28路的模数转换通道的芯片AD78288 Analog Input ChannelsBuilt-In Track-and-Hold Function10 kHz Signal Handling on Each ChannelFast Microprocessor InterfaceFast Conversion Rate: 2.5 s/Channel内置ADC的微控制器n有些微控制器内部带有ADC电路，如PIC67c7xx和ATmel公司的AT90S4434n内置ADC的微控制器大都采用SAR逐次逼近的AD转换模式参考电压对ADC的影响n参考电压标志着AD转换的最大值，参考电压的误差会对AD转换产生影响。n为提高AD转换精度，有些芯片提供了内部参考电压如MAX1242编解码