汽车单片机原理及应用---第九章串行接口.ppt

1、第九讲串行接口技术,主要内容： NEC 的单片机内部集成了丰富的串行口资源，如UART，3线串口（SPI），IIC，LIN总线接口，CAN总线接口及USB接口。可以根据需求选择合适的单片机型号用于目标系统的开发。PD78F0547D内部的串口主要包括UART，3线串口（SPI），IIC。 3线串口 UART IIC总线,3线串行接口,3线串行接口,特性 全双工数据通信 可配置主设备或从设备模式 可编程时钟输出 可选择MSB-first或LSB-first方式 可工作在操作停止模式，以降低功耗 3线串行接口CSI引脚描述,3线串行接口的寄存器 (1)发送缓冲寄存器1n (SOTB1n) 用于设置

2、发送数据。允许发送后，通过将数据写入SOTB1n来启动发送/接收操作。 (2)串行I/O移位寄存器1n (SIO1n) 如果串行操作模式寄存器1n （CSIM1n）的第6位（TRMD1n）= 0，则从SIO1n读取数据可启动接收操作。 (3)串行操作模式寄存器1n （CSIM1n） CSIM1n用于选择操作模式、允许或禁止操作。 格式见下页。 (4)串行时钟选择寄存器1n (CSIC1n) 该寄存器规定数据发送/接收的时序，并设置串行时钟。格式见下页。 (5)端口模式寄存器0和1（PM0， PM1） 当P10/SCK10和P04/SCK11用作串行接口的时钟输出引脚时，对PM10和PM04清零

3、，并将P10、P04的输出锁存器的值设置为1。 当P12/SO10和P02/SO11用作串行接口的数据输出引脚时，则对PM12和PM02清零，并将P12和P02的输出锁存器的值设置为0。,3线串行接口,串行操作模式寄存器1n （CSIM1n）的格式：,3线串行接口,串行时钟选择寄存器1n (CSIC1n)的格式：,3线串行接口,NEXT,串行时钟选择寄存器1n (CSIC1n)的格式：,3线串行接口,端口模式寄存器0和1（PM0， PM1）的格式：,3线串行接口,注：根据串行口的定义，要对端口0和1进行相应的设置。,3线串行接口的操作,1停止3线串口的操作 设置串行操作模式寄存器1n（CSIM

4、1n）的第 7位（CSIE1n）为0，停止操作。停止3线串口CSI10的程序示例： CLR1CSIM10.7 23线串口的输入输出操作 设置CSIC1n寄存器 设置CSIM1n寄存器的第0位和第4 6位（CSOT1n、DIR1n、SSE11（仅见于串行接口CSI11）和TRMD1n）。 CSIM1n的第7位（CSIE1n）置1。 允许发送/接收。 将数据写入发送缓冲寄存器1n（SOTB1n）。 启动发送/接收操作。 从串行 I/O移位寄存器1n（SIO1n）中读取数据。 启动数据接收操作。,3-线串口的应用,以A为例，介绍采用3-线串口控制LCD显示的软硬件设计。 12864B2 汉字图形点阵

5、液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192 个中文汉字（16X16 点阵）、128 个 字符（816 点阵）及64256 点阵显示RAM（GDRAM）。 主要技术参数和显示特性: 电源：VDD 3.3V+5V(内置升压电路，无需负压)； 显示内容：128 列 64 行 显示颜色：黄绿 显示角度：6：00 钟直视 LCD 类型：STN 与MCU 接口：8 位或4 位并行/3 位串行 配置LED 背光 多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等 128X64HZ 引脚说明,接口时序,接口时序,串行数据传送共分三个字节完成： 第一字节：串口控制格式 11111ABC A 为数据传送方

6、向控制：H 表示数据从LCD 到MCU，L 表示数据从MCU 到LCD B 为数据类型选择：H 表示数据是显示数据，L 表示数据是控制指令 C 固定为0 第二字节：(并行)8 位数据的高4 位格式 DDDD0000 第三字节：(并行)8 位数据的低4 位格式 0000DDDD 串行接口时序参数：(测试条件：T=25 VDD=4.5V) 串行时钟主要参数要求：时钟频率：470590KHz，典型值：530KHz；占空比：4555，典型值：50；上升/下降沿时间：最大0.2us,LCD与微控制器的硬件接口设计,软件设计,软件的功能是在LCD上以4行的形式显示：横看成岭竖成峰，远近高低各不同。不知庐山

7、真面目，只源身在此山中。 MainCSEGCSEG Main: CALL!SEL_LCD CALL!LCD_INIT Main00: MOVT500ms_counter,#250 CALL!DELAY_500ms;延时500MS MOVWHL,#DISP_CODE MOVCOMMAND,#80H;第1行 CALL!DISP MOVT500ms_counter,#250 CALL!DELAY_500ms;延时500MS INCWHL MOVCOMMAND,#90H;第2行 CALL!DISP,MOVT500ms_counter,#250 CALL!DELAY_500ms;延时500MS INCW

8、HL MOVCOMMAND,#88H;第3行 CALL!DISP MOVT500ms_counter,#250 CALL!DELAY_500ms;延时500MS INCWHL MOVCOMMAND,#98H;第4行 CALL!DISP BR$Main00 DISP字函数的功能： (1) 发送命令字节 (2) 发送数据字节；一个程序循环完成一个显示字节的发送， 循环DISP显示直至检测到00H或20H，完成一行信息的显示，返回。,IIC,I2C总线接口,特性 标准I2C总线接口 可配置为主设备、从设备模式 可编程时钟 双向数据传输 支持多主设备 从设备能够通过硬件自动地检测接收到的状态和数据 引

9、脚描述,串行总线配置举例,I2C接口的寄存器,IIC移位寄存器0(IIC0) IIC0 用于8位串行数据和8位并行数据的相互转换，并且和串行时钟同步。IIC0可以用来发送和接收数据。格式如下：,I2C接口的寄存器,从设备地址寄存器0(SVA0) 该寄存器用于在从设备模式下存储本地地址。但是当STD0=1时，禁止重写该寄存器(当检测到起始条件时)格式如下：,I2C接口的寄存器,IIC 控制寄存器0 (IICC0) 这个寄存器用于允许/停止I2C 的操作、设置等待时间和设置I2C 的其他操作。格式如下：,I2C接口的寄存器,IIC 控制寄存器0 (IICC0),I2C接口的寄存器,IIC 控制寄存

10、器0 (IICC0),I2C接口的寄存器,IIC 控制寄存器0 (IICC0),I2C接口的寄存器,IIC 控制寄存器0 (IICC0),I2C接口的寄存器,IIC 控制寄存器0 (IICC0),I2C接口的寄存器,IIC状态寄存器0 (IICS0) 此寄存器用于表示I2C的状态。仅当STT0 = 1且在等待期间，才能通过1位或8位存储器操作指令读取IICS0。 格式如下：,I2C接口的寄存器,IIC状态寄存器0 (IICS0),I2C接口的寄存器,IIC状态寄存器0 (IICS0),I2C接口的寄存器,IIC状态寄存器0 (IICS0),I2C接口的寄存器,IIC状态寄存器0 (IICS0)

11、,I2C接口的寄存器,IIC标志寄存器0 (IICF0) 此寄存器用于设置I2C的操作模式，并指示I2C 总线的状态。格式如下：,I2C接口的寄存器,IIC标志寄存器0 (IICF0),I2C接口的寄存器,IIC 时钟选择寄存器0 (IICCL0) 此寄存器用来为I2C总线设置传送时钟。,I2C接口的寄存器,IIC 时钟选择寄存器0 (IICCL0),I2C接口的寄存器,IIC功能扩展寄存器0 (IICX0) 此寄存器用于设置I2C的功能扩展。,I2C 传送时钟设置方法,I2C接口的寄存器,端口模式寄存器6 (PM6) 此寄存器可以按位设置端口6的输入/输出操作模式。 当P60/SCL0引脚用

12、于时钟 I/O同时将P61/SDA0 引脚用于串行数据 I/O时，将PM60和PM61清零，且将P60和P61的输出锁存器清零。 在设置输出模式之前应将IICE0 (IIC控制寄存器0 (IICC0)的第7位)设为1，这是因为当IICE0为0时，P60/SCL0 和P61/SDA0引脚输出低电平(恒定)。可由1位或8位存储器操作指令设置PM6。格式如下：,I2C总线定义和控制方法,下图显示了通过I2C串行数据总线的“起始条件”， “地址”， “数据”和“停止条件”等信号输出时的传送时序。,1.起始条件,SCL0引脚处于高电平且SDA0引脚从高电平变为低电平时，满足起始条件。当启动串行传送时，S

13、CL0引脚和SDA0引脚的起始条件是由主设备产生并发给从设备的信号。当使用从设备时，可以检测到起始条件。,2.地址,地址由起始条件之后的7位数据指定。一个地址是一个输出的7位数据段，用于选择一个通过总线与主设备相连的从设备。因此，通过总线相连的每个从设备必须有一个唯一的地址。 从设备包括具有以下功能的硬件：检测起始条件，检查7位地址数据是否与存储在从设备地址寄存器0(SVA0)中的数据相匹配。,传送方向指示,除了7-位地址数据之外，主设备还发送1位数据用于指示传送方向。 当传送方向指示位的值为“0”时，表示主设备正向从设备传送数据。当传送输方向指示位的值为“1”时，表示主设备正接收来自从设备的

14、数据。,4应答信号 (ACK),ACK信号用于检测处于发送方和接收方的串行数据的状态。,5停止条件,SCL0引脚处于高电平时，将SDA0引脚从低电平变为高电平可以产生一个停止条件。 停止条件是一个信号，它在串行传送操作结束时由主设备产生并发送给从设备。当作为从设备使用时，可以检测到停止条件。,6等待,等待状态用来通知通信另一方，设备(主设备或从设备)正准备发送或者接收数据(即处于等待状态)。 主设备也能通过以下任何一种方法取消等待状态。 通过把IICC0的第1位(STT0)设为1 通过把IICC0的第0位(SPT0)设为1,7取消等待,I2C通常通过如下处理方式取消一个等待状态。 把数据写入I

15、IC移位寄存器0(IIC0) 设置IIC控制寄存器0(IICC0) 的第 5位(WREL0) (取消等待) 设置 IICC0寄存器的第1位 (STT0) (产生起始条件，仅用于主设备) 设置IICC0寄存器的第0位 (SPT0) (产生停止条件，仅用于主设备),8地址匹配的检测方法,在I2C 总线模式下，主设备可以通过发送的从设备地址来选择指定的从设备。 可以通过硬件自动检测到地址匹配。当将一个本地地址设置到从设备地址寄存器0(SVA0)中且该地址与主设备发送的从设备地址匹配时，或者接收到扩展码时，都将产生一个中断请求(INTIIC0)。,9错误检测,I2C总线模式下，在数据发送期间通过发送设

16、备的IIC移位寄存器(IIC0)捕获串行数据总线(SDA0) 的状态，因此发送前的IIC0数据可以用来和已发送的IIC0数据比较，以此来实现对发送错误的检测。当比较值不匹配时，可以判断存在一个发送错误。,10扩展码,(1) 当接收地址的高4位为 “0000”或“1111”时，代表接收到扩展码的扩展码接收标志(EXC0)被设为1，并且在第8个时钟的下降沿产生中断请求(INTIIC0)。而存放在从设备地址寄存器0(SVA0)中的本地地址不受影响。 (2) 如果由一个10位地址传送设置SVA0为“111100”且主设备传送的值为“111100”，则其结果如下所示。注意在第8个时钟的下降沿产生INTI

17、IC0。 数据的高4位匹配: EXC0 = 1 （IIC状态寄存器0(IICS0)的第5位） 7位数据匹配: COI0 = 1 （IIC状态寄存器0(IICS0)的第4位） (3) 由于中断请求发生之后的处理过程随扩展码之后的数据而有所不同，因此这样的处理过程由软件来执行。,11唤醒功能,I2C总线从设备唤醒功能是，在接收到本地地址及扩展码时产生一个中断请求信号(INTIIC0)。 此功能通过在地址不匹配时禁止产生不必要的INTIIC0信号，使处理更加有效。,12通信操作,(1) 主设备操作 (单主设备系统) (2) 从设备操作,12通信操作 - (2) 从设备操作,设置以下3个标志，并传递给

18、主程序，这样可以执行数据通信处理过程。 通信模式标志 此标志指示下列两种通信状态。 清除模式: 未进行数据通信 通信模式: 进行数据通信(从有效地址检测到停止条件检测，不检测来自主设备的ACK信号，地址不匹配) 准备标志 此标志表示允许进行数据通信。它的功能和普通数据通信的INTIIC0中断相同。通过中断服务可以设置此标志，通过主程序可以将该标志清零。通信启动时，可由中断服务将此标志清零。但是，在发送第一个数据时不能由中断服务设置准备标志。因此，发送第一个数据时该标志未清零 (认为地址匹配是下一个数据发送请求)。 通信方向标志 此标志指示通信方向。它的值与TRC0相同。,IIC应用示例,利用P

19、D78F0547D的P62引脚连接CAT24WC02的WP引脚，用于写保护控制；I2C总线的SCL0，SDA0分别与EEPROM的SCL，SDA连接，构成串行时钟和数据总线的控制通道。,IIC应用示例,软件设计 下面以最复杂的页写和顺序读为例说明EEPROM读写控制的软件设计。程序名及功能描述见下表,UART,UART总线接口,特性 最大传输率：312.5kbps 双引脚配置：TXD0: 发送数据输出引脚 RXD0: 接收数据输入引脚 可选择通信数据的宽度为7 或 8位。 专用内置5位波特率发生器，允许设置任意大小的波特率。 可分别执行发送和接收操作(全双工操作)。 恒为LSB-first通信

20、,引脚描述,UART0串行接口的寄存器,接收缓冲寄存器0 (RXB0) 接收移位寄存器0 (RXS0) 发送移位寄存器0 (TXS0) 异步串行接口操作模式寄存器0 (ASIM0) 异步串行接口接收错误状态寄存器0 (ASIS0) 波特率发生器控制寄存器0 (BRGC0) 端口模式寄存器1 (PM1),串行接口UART0的操作,(1)使用的寄存器 异步串行接口操作模式寄存器 0 (ASIM0) 异步串行接口接收错误状态寄存器 0 (ASIS0) 波特率发生器控制寄存器0 (BRGC0) 端口模式寄存器1 (PM1) 端口寄存器1 (P1) 在UART模式中设置操作的基本过程如下。 设置BRGC

21、0寄存器. 设置ASIM0的14位 (SL0、CL0、PS00和PS01)。 将ASIM0的第7位(POWER0)置1。 将ASIM0的第6位 (TXE0)置1。 允许发送。 将ASIM0的第 5位 (RXE0)置 1。 允许接收。 对TXS0寄存器赋值。 开始发送数据。,UART0操作示例,UART0的初始化示例 UART0初始化，启动控制，停止控制： (1)基本时钟：fXCLK0=250KHz(fx=8MHz);K=13;波特率=9600KHz(波特率=fXCLK0/2K) (2)7位数据，无校验位，1位停止位 (3)内部操作时钟禁止,D_ASIM0 EQU00H; D_BRGC0EQU

22、11001101B UART0_INIT: MOVBRGC0,#D_BRGC0; MOVASIM0,#D_ASIM0; CLR1PM1.0 SET1PM1.1 SET1P1.0 RET,UART0操作示例,UART0的启动示例,UART0_START:;只发送 SET1ASIM0.7 NOP NOP SET1ASIM0.6 RET,UART0操作示例,UART0的停止示例,UART0_STOP: CLR1ASIM0.6 NOP NOP CLR1ASIM0.7 RET,通信操作,(a)正常发送/接收数据的格式,一个数据帧由以下各位组成。 起始位 . 1位 字符位 . 7 或 8 位 (LSB-first) 校验位 . 偶校验、奇校验、零校验或无校验 停止位 . 1或2位,通信操作,(b)发送 当异步串行接口操作模式寄存器0(ASIM0)的第7位(POWER0)=1且ASIM0的第6位(TXE0)=1时，允许发送。将待发送数据写入发送移位寄存器0(TXS0)，可启动发送操作。起始位、校验位和停止位会自