单片机10串行总线扩展技术(参考课件)
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（五）数据传输格式
在起始状态S之后，先发送一个7位从机地址，接 着第8位是数据方向位，R/ W ＝0表示发送(写)，R/ W＝1 表示请求数据(读)。一次数据传输总是由主机产生停止 状态P而结束。但是，如果主机还希望在总线上传输数 据，那么，它可以产生另一个起始状态和寻址另一个 从机，不需要先产生一个停止状态。在这种传输方式 中，就可能有读写方式的组合。
图10.1 单主机系统I2C总线扩展示意图
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10.1.1 I2C总线
采用I2C总线设计系统的优点： （1）功能框图中的功能模块与实际的外围器件对应， 可以使系统设计直接由功能框图快速地过渡到系统样 机。 （2）外围器件直接“挂在”I2C总线上，不需设计总 线接口；增加和删减系统中的外围器件，不会影响总 线和其他器件的工作，便于系统功能的改进和升级。 （3）集成在器件中的寻址和数据传输协议可以使系统 完全由软件来定义。
10.1.2 I2C总线的数据传输
（四）应答
I2C协议规定，在每个字节传送完毕后，必须有一 个应答位。应答位的时钟脉冲由主机产生。在应答时 钟有效期间，发送设备把数据线SDA置为高电平；接 收设备必须把数据线SDA置为低电平，并且在此期间 保持低电平状态，以便产生有效的应答信号。
12
10.1.2 I2C总线的数据传输
主机是指启动数据的传送（发起始信号）、发出时 钟信号、发出终止信号的器件。通常，主机由单片机 或其它微处理器担任。
被主机访问的器件叫从机（或称从器件），它可以 是其它单片机，或者其他外围芯片，如：A/D、D/A、 LED或LCD驱动、串行存储器芯片。
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10.1.1 I2C总线
（3）I2C总线支持多主（multi-mastering）和主从 （master-slave）两种工作方式。
常用的串行扩展总线有：I2C（Inter IC BUS） 总线、SPI（Serial Peripheral Interface）总线、 Microwire 总线及单总线（1-Wire BUS）。
MCS-51单片机没有串行总线接口，利用其自身 的通用并行线可以模拟多种串行总线时序信号，因 此可以充分利用各种串行接口芯片资源。
时钟线SCL的一个时钟周期只能传输一位数据。在 SCL时钟线为高电平期间内，数据线SDA上的数据必须 稳定。当SCL时钟线变为低电平时，数据线SDA的状态 才能改变。
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10.1.2 I2C总线的数据传输
（二）启始和停止状态 。
起始和停止状态是由主机发出
起始（START）状态：I2C总线传输过程中，当时钟 线SCL为高电平时，数据线SDA出现高电平到低电平跳 变时，标志I2C总线传输数据开始。
停止（STOP）状态：I2C总线传输过程中，当时钟线 SCL为高电平时，数据线SDA出现低电平到高电平跳变 时，标志着I2C总线传输数据结束。
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10.1.2 I2C总线的数据传输
（三）传输数据
传输到数据线SDA上的每个字节必须为8位
每次传输的字节数不受限制。每个字节后必须跟一个 应答（acknowledge）位。数据传输时，首先传送最高 位，如图10.5所示，如果从机暂时不能接收下一个字节 数据，如从机响应内部中断，那么，可以使时钟线SCL 保持为低电平，迫使主机处于等待状态；当从机准备就 绪后，再释放时钟线SCL，使数据传输继续进行。 11
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10.1.2 I2C总线的数据传输
负载能力为400pf
5~10k
双向
图10.2 标准模式和快速模式下器件连接到I2C总线的形式
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10.1.2 I2C总线的数据传输
（一）数据位的传送
I2C总线上主机与从机之间一次传送的数据称为一 帧。由启动信号、若干个数据字节、应答位和停止信 号组成。数据传送的基本单元为一位数据。
多主方式下，I2C总线上可以有多个主机。I2C总 线需通过硬件和软件仲裁来确定主机对总线的控制权。
主从工作方式时，系统中只有一个主机，总线上 的其它器件均为从机（具有I2C总线接口），只有主机 能对从机进行读写访问，因此，不存在总线的竞争等 问题。在主从方式下，I2C总线的时序可以模拟 ，I2C 总线的使用不受主机是否具有I2C总线接口的制约。 ——MCS-51系列单片机本身不具有I2C总线接口，可 以用其I/O口线模拟I2C总线
10 串行总线扩展技术源自本章内容简介： （1）I2C总线扩展技术： I2C总线、 I2C总线
的数据传输、 I2C总线的寻址、MCS-51单片机 模拟I2C总线、 I2C总线的应用。
（2）SPI总线扩展技术：SPI总线、 MCS-51 单片机模拟SPI总线及其应用。
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10 串行总线扩展技术
采用串行总线扩展技术可以使系统的硬件设计 简化，系统的体积减小，同时，系统的更改和扩充 更为容易。串行扩展总线的应用是单片机目前发展 的一种趋势
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10.1.1 I2C总线
89C51
P1.0 P1.1
UCC
LCD
显示器
KEY 键盘
LED 显示器
时钟
LCD驱动 控制器
SDA
SCL
键盘 芯片
SDA
SCL
LED 驱动 控制器
SDA
SCL
时钟 芯片
SDA
SCL
SDA SCL SRAM
SDA
SCL
E2PROM
SDA
SCL
ADC/DAC
SDA
SCL
I/O
快速模式下，数据传输速率为400KB/s。 高速模式下，数据传输速率为3.4Mb/s。 I2C总线始终和先进技术保持同步，并保持其向下 兼容性。
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10.1.1 I2C总线
（1）I2C总线采用二线制传输，一根是数据线SDA （Serial Data Line），另一根是时钟线SCL（serial clock line），所有I2C器件都连接在SDA和SCL上，每 一个器件具有一个唯一的地址。 （2）I2C总线是一个多主机总线，总线上可以有一个 或多个主机（或称主控制器件），总线运行由主机控 制。
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10.1 I2C总线扩展技术
I2C总线是Philips公司开发的一种双向两线串行总 线，以实现集成电路之间的有效控制，这种总线也称 为Inter IC 总线。目前，Philips及其它半导体厂商提供 了大量的含有I2C总线的外围接口芯片，I2C总线已成 为广泛应用的工业标准之一。
标准模式下，基本的I2C总线规范的规定的数据传 输速率为100kb/s。
在起始状态S之后，先发送一个7位从机地址，接 着第8位是数据方向位，R/ W ＝0表示发送(写)，R/ W＝1 表示请求数据(读)。一次数据传输总是由主机产生停止 状态P而结束。但是，如果主机还希望在总线上传输数 据，那么，它可以产生另一个起始状态和寻址另一个 从机，不需要先产生一个停止状态。在这种传输方式 中，就可能有读写方式的组合。
图10.1 单主机系统I2C总线扩展示意图
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10.1.1 I2C总线
采用I2C总线设计系统的优点： （1）功能框图中的功能模块与实际的外围器件对应， 可以使系统设计直接由功能框图快速地过渡到系统样 机。 （2）外围器件直接“挂在”I2C总线上，不需设计总 线接口；增加和删减系统中的外围器件，不会影响总 线和其他器件的工作，便于系统功能的改进和升级。 （3）集成在器件中的寻址和数据传输协议可以使系统 完全由软件来定义。
10.1.2 I2C总线的数据传输
（四）应答
I2C协议规定，在每个字节传送完毕后，必须有一 个应答位。应答位的时钟脉冲由主机产生。在应答时 钟有效期间，发送设备把数据线SDA置为高电平；接 收设备必须把数据线SDA置为低电平，并且在此期间 保持低电平状态，以便产生有效的应答信号。
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10.1.2 I2C总线的数据传输
主机是指启动数据的传送（发起始信号）、发出时 钟信号、发出终止信号的器件。通常，主机由单片机 或其它微处理器担任。
被主机访问的器件叫从机（或称从器件），它可以 是其它单片机，或者其他外围芯片，如：A/D、D/A、 LED或LCD驱动、串行存储器芯片。
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10.1.1 I2C总线
（3）I2C总线支持多主（multi-mastering）和主从 （master-slave）两种工作方式。
常用的串行扩展总线有：I2C（Inter IC BUS） 总线、SPI（Serial Peripheral Interface）总线、 Microwire 总线及单总线（1-Wire BUS）。
MCS-51单片机没有串行总线接口，利用其自身 的通用并行线可以模拟多种串行总线时序信号，因 此可以充分利用各种串行接口芯片资源。
时钟线SCL的一个时钟周期只能传输一位数据。在 SCL时钟线为高电平期间内，数据线SDA上的数据必须 稳定。当SCL时钟线变为低电平时，数据线SDA的状态 才能改变。
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10.1.2 I2C总线的数据传输
（二）启始和停止状态 。
起始和停止状态是由主机发出
起始（START）状态：I2C总线传输过程中，当时钟 线SCL为高电平时，数据线SDA出现高电平到低电平跳 变时，标志I2C总线传输数据开始。
停止（STOP）状态：I2C总线传输过程中，当时钟线 SCL为高电平时，数据线SDA出现低电平到高电平跳变 时，标志着I2C总线传输数据结束。
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10.1.2 I2C总线的数据传输
（三）传输数据
传输到数据线SDA上的每个字节必须为8位
每次传输的字节数不受限制。每个字节后必须跟一个 应答（acknowledge）位。数据传输时，首先传送最高 位，如图10.5所示，如果从机暂时不能接收下一个字节 数据，如从机响应内部中断，那么，可以使时钟线SCL 保持为低电平，迫使主机处于等待状态；当从机准备就 绪后，再释放时钟线SCL，使数据传输继续进行。 11
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10.1.2 I2C总线的数据传输
负载能力为400pf
5~10k
双向
图10.2 标准模式和快速模式下器件连接到I2C总线的形式
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10.1.2 I2C总线的数据传输
（一）数据位的传送
I2C总线上主机与从机之间一次传送的数据称为一 帧。由启动信号、若干个数据字节、应答位和停止信 号组成。数据传送的基本单元为一位数据。
多主方式下，I2C总线上可以有多个主机。I2C总 线需通过硬件和软件仲裁来确定主机对总线的控制权。
主从工作方式时，系统中只有一个主机，总线上 的其它器件均为从机（具有I2C总线接口），只有主机 能对从机进行读写访问，因此，不存在总线的竞争等 问题。在主从方式下，I2C总线的时序可以模拟 ，I2C 总线的使用不受主机是否具有I2C总线接口的制约。 ——MCS-51系列单片机本身不具有I2C总线接口，可 以用其I/O口线模拟I2C总线
10 串行总线扩展技术源自本章内容简介： （1）I2C总线扩展技术： I2C总线、 I2C总线
的数据传输、 I2C总线的寻址、MCS-51单片机 模拟I2C总线、 I2C总线的应用。
（2）SPI总线扩展技术：SPI总线、 MCS-51 单片机模拟SPI总线及其应用。
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10 串行总线扩展技术
采用串行总线扩展技术可以使系统的硬件设计 简化，系统的体积减小，同时，系统的更改和扩充 更为容易。串行扩展总线的应用是单片机目前发展 的一种趋势
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10.1.1 I2C总线
89C51
P1.0 P1.1
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LCD
显示器
KEY 键盘
LED 显示器
时钟
LCD驱动 控制器
SDA
SCL
键盘 芯片
SDA
SCL
LED 驱动 控制器
SDA
SCL
时钟 芯片
SDA
SCL
SDA SCL SRAM
SDA
SCL
E2PROM
SDA
SCL
ADC/DAC
SDA
SCL
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快速模式下，数据传输速率为400KB/s。 高速模式下，数据传输速率为3.4Mb/s。 I2C总线始终和先进技术保持同步，并保持其向下 兼容性。
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10.1.1 I2C总线
（1）I2C总线采用二线制传输，一根是数据线SDA （Serial Data Line），另一根是时钟线SCL（serial clock line），所有I2C器件都连接在SDA和SCL上，每 一个器件具有一个唯一的地址。 （2）I2C总线是一个多主机总线，总线上可以有一个 或多个主机（或称主控制器件），总线运行由主机控 制。
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10.1 I2C总线扩展技术
I2C总线是Philips公司开发的一种双向两线串行总 线，以实现集成电路之间的有效控制，这种总线也称 为Inter IC 总线。目前，Philips及其它半导体厂商提供 了大量的含有I2C总线的外围接口芯片，I2C总线已成 为广泛应用的工业标准之一。
标准模式下，基本的I2C总线规范的规定的数据传 输速率为100kb/s。