09 串行通信.ppt

1、1,PIC单片机技术,电子信息与电气工程系 通信教研室,2,第9章 串行通信及通用接收发送器模块,1.串行通信的基本概念 2.SPI串行通信 3. I2C串行通信,3,第9章 串行通信及通用接收发送器模块,1.串行通信的基本概念 2.SPI串行通信 3. I2C串行通信,4,第9章 串行通信及通用接收发送器模块,串行通信的基本概念,并行通信的优点是速度快，效率高，缺点是不适合远距离通信。串行通信刚好相反。,5,同步方式和异步方式 (1) 同步方式: 发送与接收时钟始终保持严格同步。,6,(2）异步方式：按帧传送数据, 它利用每一帧的起、止信号来建立发送与接收之间的同步。,7,PIC16F877

2、单片机主要配置有2种形式的串行通信模块： 主控同步串行通信MSSP （Master Synchronous Serial Port） 通用同步/异步收发器USART （Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter ） MSSP模块主要应用于系统内部近距离的串行通信扩展，如SPI、I2C模式。 USART模块主要应用于系统之间的远距离串行通信，在外围接口电路及计算机通信中应用相当广泛。,8,第9章 串行通信及通用接收发送器模块,1.串行通信的基本概念 2.SPI串行通信 3. I2C串行通信,9,9.1 SPI串行通信,SPI（S

3、erial Peripheral Interface）：摩托罗拉公司推出。是一种单片机外设芯片同步串行扩展接口。引脚性价比高，因而在市场上得到了广泛的应用。,10,9.1 SPI串行通信,数据以字节为单位传送，每次传1个或多个字节。从高位MSB开始到低位LSB结束。 注：SDI、SDO、SCK的引脚。p11,11,9.1 SPI串行通信模块,12,9.1.1 SPI模式下相关寄存器,在SPI模式下，有关的寄存器共有10个，其中无编址的只有一个SSPSR。这10个寄存器中有6个寄存器是与其它模块共用的。另外有4个寄存器与MSSP模块相关，它们是与I2C模式共用的。,13,1SSPBUF（收/发数

4、据缓冲器）13H,14,1SSPBUF（收/发数据缓冲器）13H,2SSPSTAT（同步串行状态寄存器）,15,Bit0/BF:缓冲器满标志位，被动参数。 SPI接收状态下： 0：缓冲器空； 1：缓冲器满。 Bit6/CKE：SPI时钟沿选择。 在CKP = 0，空闲时钟电平为低时： 0：SCK的下降沿发送数据； 1：SCK的上升沿发送数据。 在CKP = 1, 空闲时钟电平为高时： 0：SCK的上升沿发送数据； 1：SCK的下降沿发送数据。 Bit7/SMP：SPI采样控制位。 在SPI主控方式下： 0：在输出数据的中间采样输入数据； 1：在输出数据的末尾采样输入数据。,16,3SSPCON

5、（同步串行控制寄存器）,Bit3-Bit0/SSPM3-SSPM0：同步串行口MSSP方式选择位。,17,3SSPCON（同步串行控制寄存器）,Bit4/CKP：空闲时钟电平选择位。 0：表示空闲时时钟停留在低电平； 1：表示空闲时时钟停留在高电平。 Bit5/SSPEN：同步串口MSSP使能位。 在SPI模式下时，必须确保SCK、SDO设定为输出状态，而SDI、SS设定为输入状态。 0：关闭串行端口功能，且设定SCK、SOD、SDI和SS为普通数字I/O脚； 1：允许串行端口工作，且设定SCK、SOD、SDI和SS为SPI接口专用。,18,3SSPCON（同步串行控制寄存器）,Bit6/SS

6、POV：接收溢出标志位，被动参数。 0：未发生接收溢出； 1：发生接收溢出。 注意：所指的接收溢出是缓冲器SSPBUF中数据还未取出时，移位寄存器SSPSR中又收到新的数据，原SSPSR中的数据丢失。 Bit7/WCOL：写操作冲突检测位，被动参数。必须用软件予以清零。 在SPI从动方式下： 0：未发生冲突； 1：发生冲突。 注意：发生写操作冲突，是指移位寄存器SSPSR正在发送前一个数据字节时，又有新数据写入SSPBUF。,思考：怎样防止收发冲突？,19,4SSPSR移位寄存器,直接从端口引脚接收或发送数据，将已经成功接收到的数据送到缓冲器SSPBUF中，或者从缓冲器SSPBUF读取将发送的

7、数据。,20,9.1.2 SPI模式工作原理,SPI模式电路的基本结构,21,9.1.2 SPI模式工作原理,发送：要发送的数据通过数据总线送入发送缓冲器，然后 自动传送到移位寄存器中； 接收：移位寄存器接收到数据自动传送到接收缓冲器，然 后由程序读取收到的数据； 移位寄存器有移入和移出两个端口，分别与收和发两条通信线路连接，负责收发数据。 思考：能否同时收发？,22,SPI工作原理示意图,23,【简单例题】利用F877的SPI同步串行功能把单片机数据存储器20H21H里面的数据8、9发送出去。同步时钟采用fosc/4,24,ORG 0000H banksel TRISC movlw B110

8、10111;定义RC3/SCK、RC5/SDO输出、RC4/SDI输入 movwf TRISC clrf SSPSTAT ；清除SMP、CKE位 banksel SSPCON movlw B00110000 movwf SSPCON - movf 20H,W movwf SSPBUF ;送至SSPBUF后开始逐位发送 LOOP1 banksel SSPSTAT btfss SSPSTAT,BF ;是否发送完毕。注发送数据同时接收无效数据 goto LOOP1; 否，继续查询 banksel SSPBUF movf SSPBUF,W ;移空SSPBUF,25,movf 21H,W movwf S

9、SPBUF ;送至SSPBUF后开始逐位发送 LOOP2 banksel SSPSTAT btfss SSPSTAT,BF ;是否发送完毕。注发送数据同时接收无效数据 goto LOOP2; 否，继续查询 banksel SSPBUF movf SSPBUF,W ;移空SSPBUF end,26,【例题9-1】如图9-5为8位数码显示电路，利用F877的SPI同步串行功能实现数码管数据串行传送，并通过8个74LS164组成的移位电路，达到数码数据的静态显示。 要求： 单片机数据存储器60H67H定义8个数码管的数据显示缓冲器。 同步时钟采用fosc/64,27,28,ORG 0000H ban

10、ksel TRISC movlw B11010111;定义RC3/SCK、RC5/SDO输出、RC4/SDI输入 movwf TRISC clrf SSPSTAT ；清除SMP、CKE位 banksel SSPCON movlw B00110010 movwf SSPCON - XSH movlw 67H;设置显示缓冲区的数据地址 00110111 movwf FSR; LOOP movf INDF,W;取出数据 call BMA;查码表 call OUTXSH;利用SPI方式输出编码数据 decf FSR btfss FSR,4 ;直到8位数码全部输出 60H:00110000 goto L

11、OOP goto end,29,BMA addwf PCL,F retlw 3FH; “0”的段码 retlw 06H; “1”的段码 。 retlw 6FH; “9”的段码 OUTXSH movwf SSPBUF ;送至SSPBUF后开始逐位发送 LOOP1 banksel SSPSTAT btfss SSPSTAT,BF ;是否发送完毕。注发送数据同时接收无效数据 goto LOOP1; 否，继续查询 banksel SSPBUF movf SSPBUF,W ;移空SSPBUF return - end,30,SPI串行通信要点,1）把数据发送给缓冲区 SSPBUF 2）通过检测BF标志来

12、判断是否发送完毕。,31,Question？,1.希望传输线更少 2.主控方希望与多个被控方通信,32,第9章 串行通信及通用接收发送器模块,1.串行通信的基本概念 2.SPI串行通信 3. I2C串行通信,33,9.2 I2C串行通信,1980年PHILIPS公司首创I2C（Inter Integrated Circuit Bus）总线规范，已成为一种串行总线事实上的工业标准。I2C总线是一种高性能芯片间串行同步传输总线，被大量的用作系统内部的电路板级总线。 它定义了两根信号线： 串行数据线SDA 串形时钟线SCL 能够极其方便的构成多机系统和外围器件扩展系统。,34,思考：为什么只要一条数

13、据线？如何实现收发（读写）？,35,9.2.1 I2C串行通信方式,1I2C数据格式,I2C数据格式有五部分组成： 1）启动信号（SCL=1，SDA从高到低）； 2）被控器地址（可7位或10位）； 3）R/ W信号； 4）若干个数据字节； 5）停止信号（SCL=1，SDA从低到高）。,36,主控器向被控器写数据,37,主控器从被控器读数据,38,2I2C地址设定,在I2C总线系统中的器件，一般都有一个专用的7位从器件地址码。地址码分为两部分，A6、A5、A4、A3为器件类型码。如存贮器为：1010，LCD点阵显示器启动器为：0111等等，不可更改统一规定。A2、A1、A0表示同一类型的器件的数

14、目，所以同一类器件在I2C总线系统中最多能接8个。,39,10位地址格式,其中A9、A8是10位地址的高2位。,40,3.数据传送,主控器发送数据，被控器接收数据的通信过程如下： （1）主控器在检测到总线空闲的状况下，首先发送一个启动S信号，将数据线拉低； （2）接着发送一个地址字节（包含着7位地址码和一位读/写位。1为读，0为写（设为写）； （3）挂在同一I2C专线上的所有从动器件将主动与自身的识别码进行比较，只有与之匹配的从动器件才会回送一个应答信号（ACK=0）。这时主、从动器件之间建立一条专向数据通道； （4）在主控器收到该应答位后开始发送第一个数据字节； （5）在被控器收到第一个数据

15、字节后又回送一个应答位ACK = 0； （6）在主控器收到应答位后开始发送第二个数据字节； （7）被控器收到第二个数据字节后再返送一个（非）应答位（NACK=1）ACK=0； （8）在主控器将所需发送的全部数据（在此假设是两个字节）发送完毕后，就发送一个停止P信号时序，结束整个通信过程，并且释放总线，使总线返回空闲状态。,41,42,9.2.2 I2C总线应用方式,严格按照I2C的定义进行主、从器件的通信和数据传送； 采用模拟引脚的方式进行自定义主、从器件的通信和数据传送。（这种方式应用更广泛）,43,【简单例题】 利用RC6和RC7引脚组成一个I2C同步串行功能，实现对24LC515EEPR

16、OM的串行数据传送。 RC6SCL、RC7SDA 编程要求：将数据05H存入24LC515的0001H单元中。 注：24LC515芯片本身支持I2C同步串行通信。存储单元的地址为两个字节。,44,45,List P=16F877 Include “P16F877.INC” DEVICE EQU 2CH; 用于存放设备地址 10100 TXBUF EQU 28H; 发送寄存器 ADDRH EQU 2AH; 24LC515地址的高字节（存放数据的单元地址） ADDRL EQU 2BH; 24LC515地址的低字节（存放数据的单元地址） CNT EQU 27H; 存放一个字节的位数8 ORG 000

17、0H START movlw 0A8H; 10101000 定义设备地址，最后一位为R/W movwf DEVICE movlw 00H ;定义24LC515地址的高字节 movwf ADDRH movlw 01H ;定义24LC515地址的低字节 movwf ADDRL - CALL WRBYTE ; 发送子程序 . . .,46,- ;向24LC515写入数据子程序 WRBYTE movf DEVICE,W movwf TXBUF ;设备地址送TXBUF call BSTART ;发送起始位 call TX ;发送一个字节（发送设备地址） - movf ADDRH,W ; movwf TX

18、BUF call TX ;发送一个字节（发送芯片地址高8位） movf ADDRL,W ; movwf TXBUF call TX ;发送一个字节（发送芯片地址低8位） -,47,movlw 05H ;(发送数据) movwf TXBUF call TX ; 发送一个字节 call BSTOP ;调用发送停止位 return; -,48,- ;发送起始位子程序 BSTART bsf PORTC,SCL ; SCL置高电平 bsf PORTC,SDA ; SDA置高电平 banksel TRISC movlw B00111111; 设置SCL、SDA为输出 banksel PORTC NOP 延

19、时5us bcf PORTC,SDA ;SDA从高到低（启动信号） NOP 延时5us bcf PORTC,SCL ;SCL置低电平 return -,49,- ;字节发送子程序 把TXBUF里的8个位发送出去 TX movlw 08H movwf CNT ;一个字节8个位，循环8次 TXLP banksel TRISC movlw B00111111 ;设置SCL、SDA全为输出 movwf TRISC - banksel PORTC btfss TXBUF,7 ;判断发送TXBUF第7位（最高位先发送） goto BIT0 bsf PORTC,SDA ;发送1，SDA置高电平 goto C

20、LKOUT BIT0 bcf PORTC,SDA ;发送0，SDA置低电平 - CLKOUT bsf PORTC,SCL ;SCL置高电平 nop 延时5us bcf PORTC,SCL ;SCL置低电平 rlf TXBUF,f ;发送缓冲器左移一位 decfz CNT,f ;是否完成一个字节8个位的发送? goto TXLP ;否，继续,50,;-接下来准备接收ACK banksel TRISC movlw B10111111 ; SCL为输出,SDA为输入 movwf TRISC banksel PORTC ACK nop nop bcf PORTC,SCL ; SCL置低电平 nop n

21、op nop bsf PORTC,SCL ; SCL置高电平 nop nop btfsc PORTC,SDA ;判断SDA为0或1 （ACK） goto ACK ;没有收到24LC515的反馈信号 bcf PORTC,SCL ; SCL置低电平 return -,51,- ;发送停止位子程序 BSTOP bcf PORTC,SDA ; SDA置低电平 banksel TRISC movlw B00111111 ; SCL、SDA为输出 movwf TRISC - banksel PORTC bcf PORTC,SCL ;SCL置低电平 nop nop nop ;延时3us，等待电平拉低 bsf

22、 PORTC,SCL ;SCL置高电平 nop nop nop ;延时3us，等待电平拉高 bsf PORTC ,SDA ;SDA置高电平 nop return,52,【例题9-5】图9-5 利用RC6和RC7引脚组成一个I2C同步串行功能，实现对24LC515EEPROM的串行数据传送。 RC6SCL、RC7SDA 编程要求：将64个数据00H-3FH存入24LC515的0000H-003FH单元中。 注：24LC515芯片本身支持I2C同步串行通信。地址为两个字节。,53,54,List P=16F877 Include “P16F877.INC” DEVICE EQU 2CH; 用于存放

23、设备地址 TXBUF EQU 28H; 发送寄存器 ADDRH EQU 2AH; 24LC515地址的高字节 ADDRL EQU 2BH; 24LC515地址的低字节 CNT EQU 27H; 存放一个字节的位数8 COUNTER EQU 26H; 用于存放循环变量 ORG 0000H START movlw 0A8H; 10101000 定义设备地址，最后一位为R/W movwf DEVICE movlw 00H ;定义24LC515地址的高字节 movwf ADDRH movlw 00H ;定义24LC515地址的低字节 movwf ADDRL - CALL WRBYTE ; 发送子程序

24、. . .,55,- ;向24LC515写入数据子程序 WRBYTE movf DEVICE,W movwf TXBUF ;设备地址送TXBUF call BSTART ;发送起始位 call TX ;发送一个字节（发送设备地址） - movf ADDRH,W ; movwf TXBUF call TX ;发送一个字节（发送芯片地址高8位） movf ADDRL,W ; movwf TXBUF call TX ;发送一个字节（发送芯片地址低8位） - movlw 00H movwf COUNTER,56,WRLOOP movf COUNTER,W movwf TXBUF call TX ; 发

25、送一个字节 incf COUNTER ; btfss COUNTER,6; 是否已发送64个数 goto WRLOOP call BSTOP ;调用发送停止位 retlw 00H; -,57,- ;发送起始位子程序 BSTART bsf PORTC,SCL ; SCL置高电平 bsf PORTC,SDA ; SDA置高电平 banksel TRISC movlw B00111111; 设置SCL、SDA为输出 banksel PORTC NOP 延时5us bcf PORTC,SDA ;SDA从高到低（启动信号） NOP 延时5us bcf PORTC,SCL ;SCL置低电平 retlw 00H -,58,- ;字节发送子程序 TX movlw 08H movwf CNT ;一个字节8个位，循环8次 TXLP