常用数据传输接口

12.6 DS1302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。
常用数据传输接口
12.1 I2C总线AT24C02设计 12.1.1 I2C总线概述
❖ I2C总线全称是Inter-Integrated Circuit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。
❖ DS1302实物及引脚图，如图
•图12.6.1 DS1302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12.6.2 DS1302结构图
❖ DS1302的控制字节
•图12.6.3 DS1302单字节数据读/写时序
•图12.9.1 DS18B20应用原理图
12.1.2 I2C总线硬件结构图
•图12.1.1 I2C总线系统的硬件结构图
12.1.3 I2C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12.1.2 I2C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12.1.4 I2C总线数据位有效性规定
•图12.4.1 基于AT24C02的秒表设计原理图
12.5 SPI 总线DS1302实时时钟设计
12.5.1 SPI总线简介
❖ SPI是英文Serial Peripheral Interface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（Master Slave）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 （MSB first）；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。
12.7 DS1302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12.7.1 DS1302电路连接原理图
12.8 1-Wire总线介绍 及DS18B20测量温度设计
❖ 12.8.1 1-wire单总线概述
•图12.8.1 1-wire总线示意图
12.8.2 DS18B20的基础知识
•图12.5.1 SPI 主从机接口连接图
12.5.2 接口定义数据传输
•图12.5.2 SPI信号传输示意图
❖ 接口定义数据传输
•表12.5.1 SPI 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。
❖ 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。
❖ 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
12.3.3 AT24C02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12.3.1 AT24C02管脚功能描述
12.4 AT24C02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。
12.3.1 AT24C02引脚配置与引脚功能
•图12.3.1 AT24C02芯片实物图和管脚图
12.3.2 AT24C02的特性
❖ 与400KHz I2C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
12.1.5 发送启动信号
•图12.1.5 I2C总线ห้องสมุดไป่ตู้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12.1.6 I2C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
12.3 AT24C02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。
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12.1.7 I2C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。
❖ DS18B20内部结构
•图12.8.3 DS18B20内部结构框图
❖ DS18B20的工作原理
•图12.8.4 DS18B20的测温原理图
12.9 DS18B20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，必须采用软件的方法 来模拟单线的协议时序。