常用总线、通信接口
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3.9 常用总线、通信接口 常用总线、
数据通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种： 两 并行通信： 并行通信：是指利用多条数据传输线将一个数据的各位 同时传送。 特点： 是传输速度快，适用于短距离通信。 串行通信：是指利用一条传输线将数据一位位地顺序 串行通信 传送。 特点： 是通信线路简单，利用电话或电报线路就可 实现通信，降低成本，适用于远距离通信， 但传输速度慢。
2012-2-1
6
3.9.1 I2C总线 总线
Circuit） I2C（Inter Integrated Circuit）常译为内 部集成电路总线，或集成电路间总线， 部集成电路总线，或集成电路间总线，它是 由Philips公司推出的芯片间串行传输总线。 Philips公司推出的芯片间串行传输总线。 公司推出的芯片间串行传输总线 使用2线实现数据通信。 使用2线实现数据通信。 1根串行数据线（SDA） 根串行数据线（SDA） 1根串行时钟线（SCL）。 根串行时钟线（SCL）。
2012-2-1 7
1. I2C总线的基本特性 总线的基本特性
硬件结构上具有相同的硬件接口界面。
2012-2-1
8Hale Waihona Puke 总线接口器件地址具有很大的独立性。在单主系统中， 总线接口器件地址具有很大的独立性。在单主系统中，每个 接口芯片具有唯一的器件地址，各从器件之间互不干扰， I2C接口芯片具有唯一的器件地址，各从器件之间互不干扰， 相互之间不能进行通信。MCU与I2C器件之间的通信是通过独 相互之间不能进行通信。MCU与 一无二的器件地址来实现的。 一无二的器件地址来实现的。 数据传输首先从最高位开始。 数据传输首先从最高位开始。传输速率在标准模式下可达 100kbit/s，在快速模式下达400kbit/s 400kbit/s， 100kbit/s，在快速模式下达400kbit/s，在高速模式下达 3.4Mbit/s。 3.4Mbit/s。 它是一个真正的多主机总线。 它是一个真正的多主机总线。如果两个或更多主机同时初始 化数据传输，可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。 化数据传输，可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。 软件操作的一致性。任何器件通过I 总线与MCU MCU进行数据传 软件操作的一致性。任何器件通过I2C总线与MCU进行数据传 送的方式基本一样，决定了I 总线软件编写的一致性。 送的方式基本一样，决定了I2C总线软件编写的一致性。
2012-2-1 18
void Write_Byte(uchar b) { //向IIC总线写一个字节 uchar i; for(i=0;i<8;i++) if((b<<i)&0x80) SEND_1(); else SEND_0(); }
2012-2-1 19
bit Write_N_Bytes(uchar *buffer,uchar n) { //向I2C总线写n个字节 uchar i; IIC_Start(); for(i=0;i<n;i++) { Write_Byte(buffer[i]); if(!Check_Acknowledge()) { IIC_Stop(); return(i==n); } } IIC_Stop(); return TRUE; }
2012-2-1 5
SPI、I2C、1-Wire、RS232是目前单片机应用系统 、 、 、 是目前单片机应用系统 中最常用的几个串行总线接口。 中最常用的几个串行总线接口。 与并行扩展总线相比， 与并行扩展总线相比，串行扩展总线能够最大程度 发挥最小系统的资源功能、简化连接线路， 发挥最小系统的资源功能、简化连接线路，缩小电 路板面积、扩展性好，可简化系统设计。 路板面积、扩展性好，可简化系统设计。 串行总线的缺点是数据吞吐容量小，信号传输较慢。 串行总线的缺点是数据吞吐容量小，信号传输较慢。 但随着CPU芯片工作频率的提高，以及串行总线的 但随着 芯片工作频率的提高， 芯片工作频率的提高 功能增强，这些缺点将逐步淡化。 功能增强，这些缺点将逐步淡化。
2012-2-1 16
void SEND_0(void) { //发送 ，在SCL为低电平时使 发送0， 为低电平时使SDA信号变为低 发送 为低电平时使 信号变为低 SCL=0; SDA=0; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); } void SEND_1(void) { //发送 ，在SCL为低电平时使 发送1， 为低电平时使SDA信号变为高 发送 为低电平时使 信号变为高 SCL=0; SDA=1; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); }
2012-2-1
20
uchar Read_Byte(void)reentrant { //从I2C总线读一个字节 从 总线读一个字节 uchar b=0,i; for(i=0;i<8;i++) { SDA=1; //释放总线 释放总线 SCL=1; //接受数据 接受数据 DELAY(10); F0=SDA; DELAY(10); SCL=0; if(F0==1) { b=b<<1; b=b|0x01; } else b=b<<1; } return b; }
2012-2-1
11
（2）I2C总线数据传输 ） 总线数据传输
主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为单片机）控制，主器件产生串行 总线必须由主器件（通常为单片机）控制， 时钟控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。 时钟控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。 在起始信号结束后，主器件将发送一个用于选择从器件地址 在起始信号结束后， 位地址码和一个数据方向位（R/W），方向位为“0”表 ），方向位为 的7位地址码和一个数据方向位（R/W），方向位为“0”表 示主器件把数据写到所选择的从器件中， 示主器件把数据写到所选择的从器件中，此时主器件作为发 送器，而从器件作为接收器；方向位为“1”表示主器件从 送器，而从器件作为接收器；方向位为“1”表示主器件从 所选择的从器件中读取数据，此时主器件作为接收器， 所选择的从器件中读取数据，此时主器件作为接收器，而从 器件作为发送器。在寻址字节后是按指定读、 器件作为发送器。在寻址字节后是按指定读、写操作的数据 字节与应答位。在数据传送完成后主器件必须发送停止信号。 字节与应答位。在数据传送完成后主器件必须发送停止信号。
2012-2-1 15
void IIC_Stop(void) { //终止I2C总线，当SCL为高电平时使SDA产生一个正跳变 SDA=0; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SDA=1; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); }
串行通信：分为同步通信(SYNC)与异步通信（ASYNC）两种 两 方式。（实际通信中，没有绝对的“异步” 或“同步”，只 是按不同的程度上“同步”。） 异步通信：一个字节内同步，而字节之间“不同步”， ： 称之为“异步”。 同步通信：大于一个字节的“帧数据”或“块数据”内 同步，称之为“帧同步”或“块同步”。称 之为“同步”。 （这时实际上“帧数据” 或“块数据”之间也是“异步”）
2012-2-1 12
在51上用P1口模拟I2C (c语言)
/* 电平模拟函数和基本读写函数 void IIC_Start(void); void IIC_Stop(void); void SEND_0(void); void SEND_1(void); bit Check_Acknowledge(void); void Write_Byte(uchar b); bit Write_N_Bytes(uchar *buffer,uchar n)； bit Read_N_Bytes(uchar SlaveAdr,uchar n,uchar *buffer); uchar Read_Byte(void); */
2012-2-1 21
bit Read_N_Bytes(uchar SlaveAdr,uchar n,uchar *buffer) { //从I2C总线读 个字节 总线读n个字节 从 总线读 uchar i; IIC_Start(); Write_Byte(SlaveAdr); //向总线发送接收器地址 向总线发送接收器地址 if(!Check_Acknowledge()) //等待接收器应答信号 等待接收器应答信号 return FALSE; for(i=0;i<n;i++) { buffer[i]=Read_Byte(); if(i!=n) SEND_0(); //发送应答 发送应答 else SEND_1(); //发送非应答 发送非应答 } IIC_Stop(); return TRUE; }
数据线SDA/时钟线SCL(接上拉电阻）
2012-2-1 9
2.I2C总线工作原理 总线工作原理
（1）I2C总线信号类型 开始信号：SCL为高电平时 SDA由高电平向低电平跳变 为高电平时， 由高电平向低电平跳变， 开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开 始传送数据。 始传送数据。 结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结 结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变， 为高电平时 由低电平向高电平跳变 束传送数据。 束传送数据。 应答信号：接收数据的器件在接收到8bit数据后， 8bit数据后 应答信号：接收数据的器件在接收到8bit数据后，向发送数 据的器件（发送器）发出特定的低电平脉冲， 据的器件（发送器）发出特定的低电平脉冲，表示已收到数 发送器接收到应答信号后， 据。发送器接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续 传递信号的判断。若未收到应答信号， 传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为接收器出现 故障。 故障。 数据只能在SCL为低电平时才能改变 SCL为高电平时SDA须 只能在SCL为低电平时才能改变， 为高电平时SDA 数据只能在SCL为低电平时才能改变，SCL为高电平时SDA须 稳定。 稳定。 起始信号与结束信号都是由主器件产生。 起始信号与结束信号都是由主器件产生。 2012-2-1 10
2012-2-1
14
void IIC_Start(void) { //启动I2C总线的函数，当SCL为高电平时使SDA产生 一个负跳变 SDA=1; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SDA=0; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); }
2012-2-1 13
#include<string.h> #include<reg52.h> #include<intrins.h> #include"aiic_51.h" sbit SCL=P1^6; sbit SDA=P1^7; void DELAY(uint t) { while(t!=0) t--; }
2012-2-1
2
异步通信 字符格式：规定有起始位、数据位、奇偶校 验位、停止位等 波特率：是衡量数据传送速率的指标(bps)。
2012-2-1
3
数据传送方向 单工方式只允许数据按照一个固定的方向传
送
半双工方式每次只能有一个站发送，另一个
站接收
全双工方式允许通信双方同时进行发送和接
收
2012-2-1
2012-2-1 17
bit Check_Acknowledge(void) { //发送完一个字节后检验设备的应答信号 SDA=1; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME/2); F0=SDA; DELAY(DELAY_TIME/2); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); if(F0==1) return FALSE; return TRUE; }
4
串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送 串行通信的格式及约定（ 同步方式、通讯速率、 串行通信的格式及约定（如：同步方式、通讯速率、 数据块格式、信号电平……等）不同，形成了多种 数据块格式、信号电平 等 不同， 串行通信的协议与接口标准。常见的有： 串行通信的协议与接口标准。常见的有： 通用异步收发器(UART)——本课程介绍的串口 ☞通用异步收发器 本课程介绍的串口 通用串行总线（ ☞通用串行总线（USB） ） 单总线（ Wire） 单总线（1-Wire） ☞I2C总线 总线 ☞CAN总线 总线 ☞SPI总线 总线 ☞1394 标准……等等 ☞RS-485，RS-232C，RS422A标准 ， ， 标准 等等
数据通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种： 两 并行通信： 并行通信：是指利用多条数据传输线将一个数据的各位 同时传送。 特点： 是传输速度快，适用于短距离通信。 串行通信：是指利用一条传输线将数据一位位地顺序 串行通信 传送。 特点： 是通信线路简单，利用电话或电报线路就可 实现通信，降低成本，适用于远距离通信， 但传输速度慢。
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3.9.1 I2C总线 总线
Circuit） I2C（Inter Integrated Circuit）常译为内 部集成电路总线，或集成电路间总线， 部集成电路总线，或集成电路间总线，它是 由Philips公司推出的芯片间串行传输总线。 Philips公司推出的芯片间串行传输总线。 公司推出的芯片间串行传输总线 使用2线实现数据通信。 使用2线实现数据通信。 1根串行数据线（SDA） 根串行数据线（SDA） 1根串行时钟线（SCL）。 根串行时钟线（SCL）。
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1. I2C总线的基本特性 总线的基本特性
硬件结构上具有相同的硬件接口界面。
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8Hale Waihona Puke 总线接口器件地址具有很大的独立性。在单主系统中， 总线接口器件地址具有很大的独立性。在单主系统中，每个 接口芯片具有唯一的器件地址，各从器件之间互不干扰， I2C接口芯片具有唯一的器件地址，各从器件之间互不干扰， 相互之间不能进行通信。MCU与I2C器件之间的通信是通过独 相互之间不能进行通信。MCU与 一无二的器件地址来实现的。 一无二的器件地址来实现的。 数据传输首先从最高位开始。 数据传输首先从最高位开始。传输速率在标准模式下可达 100kbit/s，在快速模式下达400kbit/s 400kbit/s， 100kbit/s，在快速模式下达400kbit/s，在高速模式下达 3.4Mbit/s。 3.4Mbit/s。 它是一个真正的多主机总线。 它是一个真正的多主机总线。如果两个或更多主机同时初始 化数据传输，可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。 化数据传输，可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。 软件操作的一致性。任何器件通过I 总线与MCU MCU进行数据传 软件操作的一致性。任何器件通过I2C总线与MCU进行数据传 送的方式基本一样，决定了I 总线软件编写的一致性。 送的方式基本一样，决定了I2C总线软件编写的一致性。
2012-2-1 18
void Write_Byte(uchar b) { //向IIC总线写一个字节 uchar i; for(i=0;i<8;i++) if((b<<i)&0x80) SEND_1(); else SEND_0(); }
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bit Write_N_Bytes(uchar *buffer,uchar n) { //向I2C总线写n个字节 uchar i; IIC_Start(); for(i=0;i<n;i++) { Write_Byte(buffer[i]); if(!Check_Acknowledge()) { IIC_Stop(); return(i==n); } } IIC_Stop(); return TRUE; }
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SPI、I2C、1-Wire、RS232是目前单片机应用系统 、 、 、 是目前单片机应用系统 中最常用的几个串行总线接口。 中最常用的几个串行总线接口。 与并行扩展总线相比， 与并行扩展总线相比，串行扩展总线能够最大程度 发挥最小系统的资源功能、简化连接线路， 发挥最小系统的资源功能、简化连接线路，缩小电 路板面积、扩展性好，可简化系统设计。 路板面积、扩展性好，可简化系统设计。 串行总线的缺点是数据吞吐容量小，信号传输较慢。 串行总线的缺点是数据吞吐容量小，信号传输较慢。 但随着CPU芯片工作频率的提高，以及串行总线的 但随着 芯片工作频率的提高， 芯片工作频率的提高 功能增强，这些缺点将逐步淡化。 功能增强，这些缺点将逐步淡化。
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void SEND_0(void) { //发送 ，在SCL为低电平时使 发送0， 为低电平时使SDA信号变为低 发送 为低电平时使 信号变为低 SCL=0; SDA=0; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); } void SEND_1(void) { //发送 ，在SCL为低电平时使 发送1， 为低电平时使SDA信号变为高 发送 为低电平时使 信号变为高 SCL=0; SDA=1; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); }
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uchar Read_Byte(void)reentrant { //从I2C总线读一个字节 从 总线读一个字节 uchar b=0,i; for(i=0;i<8;i++) { SDA=1; //释放总线 释放总线 SCL=1; //接受数据 接受数据 DELAY(10); F0=SDA; DELAY(10); SCL=0; if(F0==1) { b=b<<1; b=b|0x01; } else b=b<<1; } return b; }
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（2）I2C总线数据传输 ） 总线数据传输
主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为单片机）控制，主器件产生串行 总线必须由主器件（通常为单片机）控制， 时钟控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。 时钟控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。 在起始信号结束后，主器件将发送一个用于选择从器件地址 在起始信号结束后， 位地址码和一个数据方向位（R/W），方向位为“0”表 ），方向位为 的7位地址码和一个数据方向位（R/W），方向位为“0”表 示主器件把数据写到所选择的从器件中， 示主器件把数据写到所选择的从器件中，此时主器件作为发 送器，而从器件作为接收器；方向位为“1”表示主器件从 送器，而从器件作为接收器；方向位为“1”表示主器件从 所选择的从器件中读取数据，此时主器件作为接收器， 所选择的从器件中读取数据，此时主器件作为接收器，而从 器件作为发送器。在寻址字节后是按指定读、 器件作为发送器。在寻址字节后是按指定读、写操作的数据 字节与应答位。在数据传送完成后主器件必须发送停止信号。 字节与应答位。在数据传送完成后主器件必须发送停止信号。
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void IIC_Stop(void) { //终止I2C总线，当SCL为高电平时使SDA产生一个正跳变 SDA=0; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SDA=1; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); }
串行通信：分为同步通信(SYNC)与异步通信（ASYNC）两种 两 方式。（实际通信中，没有绝对的“异步” 或“同步”，只 是按不同的程度上“同步”。） 异步通信：一个字节内同步，而字节之间“不同步”， ： 称之为“异步”。 同步通信：大于一个字节的“帧数据”或“块数据”内 同步，称之为“帧同步”或“块同步”。称 之为“同步”。 （这时实际上“帧数据” 或“块数据”之间也是“异步”）
2012-2-1 12
在51上用P1口模拟I2C (c语言)
/* 电平模拟函数和基本读写函数 void IIC_Start(void); void IIC_Stop(void); void SEND_0(void); void SEND_1(void); bit Check_Acknowledge(void); void Write_Byte(uchar b); bit Write_N_Bytes(uchar *buffer,uchar n)； bit Read_N_Bytes(uchar SlaveAdr,uchar n,uchar *buffer); uchar Read_Byte(void); */
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bit Read_N_Bytes(uchar SlaveAdr,uchar n,uchar *buffer) { //从I2C总线读 个字节 总线读n个字节 从 总线读 uchar i; IIC_Start(); Write_Byte(SlaveAdr); //向总线发送接收器地址 向总线发送接收器地址 if(!Check_Acknowledge()) //等待接收器应答信号 等待接收器应答信号 return FALSE; for(i=0;i<n;i++) { buffer[i]=Read_Byte(); if(i!=n) SEND_0(); //发送应答 发送应答 else SEND_1(); //发送非应答 发送非应答 } IIC_Stop(); return TRUE; }
数据线SDA/时钟线SCL(接上拉电阻）
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2.I2C总线工作原理 总线工作原理
（1）I2C总线信号类型 开始信号：SCL为高电平时 SDA由高电平向低电平跳变 为高电平时， 由高电平向低电平跳变， 开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开 始传送数据。 始传送数据。 结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结 结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变， 为高电平时 由低电平向高电平跳变 束传送数据。 束传送数据。 应答信号：接收数据的器件在接收到8bit数据后， 8bit数据后 应答信号：接收数据的器件在接收到8bit数据后，向发送数 据的器件（发送器）发出特定的低电平脉冲， 据的器件（发送器）发出特定的低电平脉冲，表示已收到数 发送器接收到应答信号后， 据。发送器接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续 传递信号的判断。若未收到应答信号， 传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为接收器出现 故障。 故障。 数据只能在SCL为低电平时才能改变 SCL为高电平时SDA须 只能在SCL为低电平时才能改变， 为高电平时SDA 数据只能在SCL为低电平时才能改变，SCL为高电平时SDA须 稳定。 稳定。 起始信号与结束信号都是由主器件产生。 起始信号与结束信号都是由主器件产生。 2012-2-1 10
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void IIC_Start(void) { //启动I2C总线的函数，当SCL为高电平时使SDA产生 一个负跳变 SDA=1; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SDA=0; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); }
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#include<string.h> #include<reg52.h> #include<intrins.h> #include"aiic_51.h" sbit SCL=P1^6; sbit SDA=P1^7; void DELAY(uint t) { while(t!=0) t--; }
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异步通信 字符格式：规定有起始位、数据位、奇偶校 验位、停止位等 波特率：是衡量数据传送速率的指标(bps)。
2012-2-1
3
数据传送方向 单工方式只允许数据按照一个固定的方向传
送
半双工方式每次只能有一个站发送，另一个
站接收
全双工方式允许通信双方同时进行发送和接
收
2012-2-1
2012-2-1 17
bit Check_Acknowledge(void) { //发送完一个字节后检验设备的应答信号 SDA=1; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME/2); F0=SDA; DELAY(DELAY_TIME/2); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); if(F0==1) return FALSE; return TRUE; }
4
串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送 串行通信的格式及约定（ 同步方式、通讯速率、 串行通信的格式及约定（如：同步方式、通讯速率、 数据块格式、信号电平……等）不同，形成了多种 数据块格式、信号电平 等 不同， 串行通信的协议与接口标准。常见的有： 串行通信的协议与接口标准。常见的有： 通用异步收发器(UART)——本课程介绍的串口 ☞通用异步收发器 本课程介绍的串口 通用串行总线（ ☞通用串行总线（USB） ） 单总线（ Wire） 单总线（1-Wire） ☞I2C总线 总线 ☞CAN总线 总线 ☞SPI总线 总线 ☞1394 标准……等等 ☞RS-485，RS-232C，RS422A标准 ， ， 标准 等等