串行扩展技术

1、第第15章章 串行扩展技术串行扩展技术特点特点：接线灵活接线灵活占有单片机系统资源少占有单片机系统资源少系统结构简化，易形成模块化结构系统结构简化，易形成模块化结构工作电压宽工作电压宽抗干扰能力强抗干扰能力强功耗低功耗低数据不易丢失数据不易丢失用途用途：IC卡、智能化仪器仪表、分布式控制系统等卡、智能化仪器仪表、分布式控制系统等内容安排内容安排一、单片机串行扩展方式一、单片机串行扩展方式二、二、IIC (I2C)总线总线三、单片机中三、单片机中I2C串行传输软件及其模拟技术串行传输软件及其模拟技术四、具有四、具有I2C总线接口的外围器件总线接口的外围器件15.1 单片机串行扩展方式单片机串行扩

2、展方式I2C总线总线-PHILIPS单总线（单总线（1-Wire）-DALLASSPI串行外设接口串行外设接口-Freescale Microwire/Plus串行扩展接口串行扩展接口-NS80C51 UART方式方式0 的串行扩展接口的串行扩展接口串行总线与串行传输接口的串行总线与串行传输接口的区别区别：串行总线上所有扩展器件都有自己的地址编码，串行总线上所有扩展器件都有自己的地址编码，单片机通过软件来选通单片机通过软件来选通串行传输接口上的扩展器件要求单片机有相应串行传输接口上的扩展器件要求单片机有相应的的I/O口线来选通口线来选通1. I2C总线总线80C51单片机SDASCLVCCSC

3、L SDASCL SDASCL SDASCL SDASCL SDASCL SDASRAMMCUA/D,D/ALED打印机LCDSDASCLMCU I2C总线（总线（Inter Integrate Circuit BUS），全称为芯片间），全称为芯片间总线总线 以两根连线实现全双工同步数据传送以两根连线实现全双工同步数据传送 传输速率为传输速率为400Kb/sI2C总线的总线的连接连接：I2C总线可以直接连接具有总线可以直接连接具有I2C总线接口的单片机，如：总线接口的单片机，如：8XC552和和8XC652等等 也可以挂接各种类型的外围器件，如存储器（也可以挂接各种类型的外围器件，如存储器（P

4、HILIPS的的PCF8553、PCF8570）、日历）、日历/时钟时钟 （PHILIPS的的PCF8583）、）、A/D（MAX127/128）、）、D/A（MAX517519等等 ）、）、I/O口（口（PCF8574）、键盘、显示器）、键盘、显示器用途用途： 通信、视频、音像、家电等系统通信、视频、音像、家电等系统2. 单总线（单总线（1-Wire）MCUDQDS1820DQDS1820DQDS1820DQDS1820VDDI/O单总线系统中配置的各种测控器件，是由单总线系统中配置的各种测控器件，是由DALLAS公司公司提供的专用芯片提供的专用芯片CSP（Chip Scale Packag

5、e）每个芯片均有每个芯片均有64位位ROM，厂家对每一个芯片用激光烧，厂家对每一个芯片用激光烧写编码，其中存放有写编码，其中存放有16位十进制编码序列号，是器件的位十进制编码序列号，是器件的地址编码，具有惟一性地址编码，具有惟一性另外还包括接收控制电路、发送控制电路、电源存储电另外还包括接收控制电路、发送控制电路、电源存储电路，这类芯片一般不需要专门的附加电源路，这类芯片一般不需要专门的附加电源DALLAS公司为单总线的寻址及数据提供了严格的时序公司为单总线的寻址及数据提供了严格的时序规范规范特点特点：3. SPI串行外设接口串行外设接口MCUMISOMOSISCKSCK MOSIMISOCS

6、I/OI/OI/O外围器件外围器件1#SCK MOSIMISOCS外围器件外围器件2#SCK MOSIMISOCS外围器件外围器件n#SPI（Serial Peripheral Interface）是）是Freescale 公司推出的公司推出的一种同步串行外设接口，以串行方式交换信息一种同步串行外设接口，以串行方式交换信息SPI的典型应用时的典型应用时单主系统单主系统，该系统只有一台主机，从机，该系统只有一台主机，从机通常是外围接口器件（如：通常是外围接口器件（如：E2PROM、A/D、日历时钟等）、日历时钟等）SPI系统中，数据的传送软件简单，省去了传输时的地址系统中，数据的传送软件简单，省

7、去了传输时的地址选通字节；但在扩展器件较多时，连线较多选通字节；但在扩展器件较多时，连线较多数据传送格式是高位在前，低位在后数据传送格式是高位在前，低位在后SPI最高传输数据的速度为最高传输数据的速度为1.05Mb/sFreescale 公司提供了一序列具有公司提供了一序列具有SPI接口的单片机和外围接口的单片机和外围接口芯片，如存储器接口芯片，如存储器MC 2418、显示驱动器、显示驱动器MC 14499等等特点特点：4. Microwire串行扩展接口串行扩展接口MCUSOSISKSKDODICSI/OI/OI/O外围器件外围器件1#CS外围器件外围器件2#CS外围器件外围器件n#SKDO

8、DISKDODIMicrowire同步串行扩展接口时同步串行扩展接口时NS（National Semicoductor）公司在其生产的）公司在其生产的COP系列和系列和HPC系列单系列单片机上采用的一种串行扩展接口。片机上采用的一种串行扩展接口。 Microwire/Plus是由是由Microwire发展而来的，是增强型的发展而来的，是增强型的Microwire串行接口串行接口Microwire接口只能扩展外围器件，而接口只能扩展外围器件，而Microwire/Plus接接口既可以扩展外围器件，也可以扩展多个单片机系统，口既可以扩展外围器件，也可以扩展多个单片机系统，构成多机系统构成多机系统M

9、icrowire/Plus接口的外围芯片，如接口的外围芯片，如A/D器件器件ADC0838、显示驱动器显示驱动器MM5450、存储器、存储器NMC93C66等等特点特点：5. 80C51 UART方式方式0串行扩展接口串行扩展接口MCURXD80C51TXD移移位位寄寄存存器器串串行行口口外外围围器器件件DATACLK15.2 I2C总线总线80C51单片机SDASCLVCCSCL SDASCL SDASCL SDASCL SDASCL SDASCL SDASRAMMCUA/D,D/ALED打印机LCDSDASCLMCU1. I2C总线器件的寻址方式总线器件的寻址方式I2C总线上所有外围器件都

10、有规范的器件地址总线上所有外围器件都有规范的器件地址器件地址由器件地址由7位组成位组成D7D6D5D4D3DA3DA2DA1D2D1D0DA0A2A1A0R/W格式格式 ：器件地址器件地址引脚地址引脚地址厂家设置厂家设置决定同类器件可连决定同类器件可连接的最大数量接的最大数量数据传输方数据传输方向控制位向控制位2. I2C总线的电气结构与驱动能力总线的电气结构与驱动能力510k驱动能力驱动能力：I2C总线上的外围扩展器件都是总线上的外围扩展器件都是CMOS器件，属于电压器件，属于电压型负载型负载总线上的器件数量不是由电流负载能力决定，而是由电总线上的器件数量不是由电流负载能力决定，而是由电容负

11、载决定容负载决定I2C总线上每个节点器件的接口都有一定的等效电容，总线上每个节点器件的接口都有一定的等效电容，这会造成信号传输的延迟这会造成信号传输的延迟I2C总线的负载能力为总线的负载能力为400 Pf ，通过驱动扩展可达，通过驱动扩展可达4000 Pf；另一方面，扩展器件的数量也受器件地址空间的限；另一方面，扩展器件的数量也受器件地址空间的限制，因为总线上每个外围器件都有一个器件地址制，因为总线上每个外围器件都有一个器件地址3. I2C总线上的数据传送总线上的数据传送（1）数据传送）数据传送起始信号S终止信号P I2C总线上数据传送的每一帧数据均为一字节。但启总线上数据传送的每一帧数据均为

12、一字节。但启动动I2C总线后，传送的字节数没有限制，只要求每传送总线后，传送的字节数没有限制，只要求每传送一字节后，对方回答一个应答位一字节后，对方回答一个应答位（2）总线信号）总线信号起始位（起始位（S）、终止位（）、终止位（P）、应答位（）、应答位（A）、非应答位（）、非应答位（A） SDASCLSP起始信号起始信号终止信号终止信号主器件产生主器件产生主控器的主控器的时钟输出时钟输出S应答应答起始信号起始信号用于应答信号用于应答信号的时钟脉冲的时钟脉冲1289主发送器的主发送器的数据输出数据输出从发送器的从发送器的数据输出数据输出非应答非应答（3）数据传送格式）数据传送格式起始信号S终止信

13、号P地址读/写应答数据应答主器件的主器件的写写操作：操作：SSLAWAData 1AAA/AData 2AData nData(n-1)P主器件的主器件的读读操作：操作：SSLARAData 1AAAData 2AData nData(n-1)P主器件的主器件的读读/写写操作：操作：SSLAW/RAData 1AAA/AData 2AData nAData 2Data 1AA/AAData nData (n-1)PSrSLAR/WAData 3Data 3注意注意：无论何种方式起始、停止、寻址字节都由主器件发出，无论何种方式起始、停止、寻址字节都由主器件发出，数据字节的传送方向则遵循寻址字节中

14、方向位的规定数据字节的传送方向则遵循寻址字节中方向位的规定寻址字节只表明从器件地址及传送方向，从器件内部寻址字节只表明从器件地址及传送方向，从器件内部的的N个数据地址，由器件设计者在该器件个数据地址，由器件设计者在该器件I2C总线数据总线数据操作格式中，指定第一个数据字节作为器件内的单元操作格式中，指定第一个数据字节作为器件内的单元地址指针，并设置地址自动加减功能，以减少单元地地址指针，并设置地址自动加减功能，以减少单元地址操作址操作每个字节传送都必须有应答信号（每个字节传送都必须有应答信号（A或或A）相随）相随I2C总线从器件在接收到起始信号后都必须释放数据总总线从器件在接收到起始信号后都必

15、须释放数据总线，使其处于高电平，以便将要开始的从器件地址的线，使其处于高电平，以便将要开始的从器件地址的传送并进行预处理传送并进行预处理15.3 51单片机中单片机中I2C串行传输软件及串行传输软件及其模拟技术其模拟技术1. I2C总线信号时序总线信号时序设设：SDAVSDA P1.0SCLVSCL P1.1fosc= 6 MHz2. I2C总线典型信号的模拟子程序总线典型信号的模拟子程序（1）启动启动子程序子程序STA：SETB VSDA SETB VSCL NOP NOPCLR VSDANOPNOPCLR VSCLRET （2）停止停止子程序子程序STOP：CLR VSDASETB VSC

16、LNOPNOPSETB VSDANOPNOPCLR VSCLCLR VSDARET（3）发送应答发送应答子程序子程序SDA/VSDASCL/VSCLMACK：CLR VSDASETB VSCLNOPNOPCLR VSCLSETB VSDARET（4）发送非应答发送非应答子程序子程序SDA/VSDASCL/VSCLMNACK：SETB VSDASETB VSCLNOPNOPCLR VSCLCLR VSDARET3. I2C总线模拟通用子程序总线模拟通用子程序（1）应答位检查应答位检查子程序子程序CACKCACK：SETB VSDA ；置；置VSDA为输入方式为输入方式SETB VSCL ；使；使

17、 VSDA上数据有效上数据有效CLR F0 ；预设；预设F0=0MOV C，VSDA ；输入；输入VSDA引脚状态引脚状态JNC CEND ；检查；检查VSDA状态，正常转状态，正常转CEND且且F0=0SETB F0 ；无正常应答，；无正常应答，F0=1CEND：CLR VSCL ；子程序结束，使；子程序结束，使VSCL=0RET标志位标志位F0=0正常、正常、F0=1不正常不正常（2）发送发送1字节字节子程序子程序WRBYTWRBYT：MOV R6，#08H ；8位数据长度送位数据长度送R6WLP：RLC A ；A左移，发送位入左移，发送位入CMOV VSDA，C ；将发送位送入；将发送位

18、送入SDA数据线数据线SETB VSCLNOPNOPCLR VSCL DJNZ R6，WLP RET占用资源占用资源：R6、C（3）接收接收1字节字节子程序子程序RDBYTRDBYT：MOV R6，#08H ；8位数据长度送位数据长度送R6RLP：SETB VSDA ；置；置VSDA为输入方式为输入方式 SETB VSCL ；置；置VSDA上数据有效上数据有效MOV C，VSDA ；读入；读入VSDA引脚状态引脚状态MOV A，R2 ；读入；读入“0”程序段，由程序段，由C拼装入拼装入R2中中RLC A MOV R2，ACLR VSCL ；使；使VSCL=0可继续接收数据位可继续接收数据位DJ

19、NZ R6，RLP ；8位读完否？未读完转位读完否？未读完转RLPRET占用资源占用资源：R2、R6、C（4）发送发送N字节字节子程序子程序WRBYTSSLAWAData 1AAAData 2PData n入口参数入口参数：MTD：主控器发送数据缓冲区首址的存放单元主控器发送数据缓冲区首址的存放单元SLA：外围器件寻址字节（写）存放单元外围器件寻址字节（写）存放单元NUMBYT： 发送数据字节数发送数据字节数N存放单元存放单元程序程序：WRNBYT：MOV R7，NUMBYTLCALL STA ；启动；启动IC总线数总线数MOV A，SLA ；发送；发送SLAW字节字节LCALL WRBYTL

20、CALL CACK ；检查应答位；检查应答位JB F0，WRNBYT ；非应答位则重发；非应答位则重发MOV R0，MTDWRDA： MOV A，R0LCALL WRBYTLCALL CACKJB F0，WRNBYTINC R0DJNZ R7，WRDALCALL STOPRET（5）接收接收N字节字节子程序子程序RDBYTSSLARAData 1AAAData 2PData n入口参数入口参数：MRD：主控器接收数据缓冲区首址的存放单元主控器接收数据缓冲区首址的存放单元SLA：外围器件寻址字节（读）存放单元外围器件寻址字节（读）存放单元NUMBYT： 接收数据字节数接收数据字节数N存放单元存放

21、单元程序程序：RDNBYT：MOV R7，NUMBYTLCALL STA ；启动；启动I2C总线总线MOV A，SLA ；发送；发送SLAW寻址字节寻址字节LCALL WRBYT ；写入寻址字节；写入寻址字节LCALL CACK ；检查应答位；检查应答位JB F0，RDNBYT ；非正常应答时重新开始；非正常应答时重新开始 MOV R0，MRD ；接收数据缓冲区首址；接收数据缓冲区首址MRD入入R0RDN1： LCALL RDBYT ；读入；读入1字节到字节到AMOV R0，ADJNZ R7，ACK ；N个子节读完否个子节读完否?未完转未完转ACKLCALL MNACK ；N个字节读完发送非应答位个字节读完发送非应答位ALCALL STOP ；发