0102单片机原理及应用技术第6章_外部串行总线接口技术

6.1 几种外部串行总线工作方式
6.1.1 SPI串行总线
1.SPI总线的特点 （串行外围设备接口:serial peripheral interface） ❖ 一般使用4条线
串行时钟线（SCK） 主机输入/从机输出数据线MISO 主机输出/从机输入数据线MOSI 低电平有效的从机选择线SS
SPI总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口
6.1.4 Microwire串行总线
❖ Microwire总线是三线同步串行总线 时钟线（SK） 数据输入线（SI百度文库 数据输出线（SO）
2.SPI总线系统的构成
❖ 单片机与多个SPI串行接口设备典型结构如图6.1所示。
SS3
MCS-51系统 （主机）
SS0 E2PROM
SS1 A/D
SS2 D/A
MCS-51系统 （从机）
MOSI MISO SCK
图6.1 单片机与多个SPI串行接口设备典型连接
3.SPI串行总线在MCS-51系列单片机中的实现
❖ A/D和D/A转换器，如：AD公司的AD7811/12、TI公司的TLC1543、 TLC2543、TLC5615等。
❖ 实时时钟RTC，如Dallas公司的DS1302/05/06等。 ❖ 温度传感器，如AD公司的AD7816/17/18；NS公司的LM74等。 ❖ 其他设备，如LED控制驱动器MAX7219、HD7279等，集成看门狗、电压监
2.I2C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，开 始传送数据。
❖ 结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结 束传送数据。
❖ 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，表示已收到数 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，由判断为接收器出现 故障。 起始信号与结束信号都是由主器件产生。
6.1.3 单总线
❖ 单总线（1-Wire）是Dallas公司推出外围串行扩展总线， 采用单根信号线完成数据的双向传输。
❖ 单总线技术有三个显著的特点： 1. 单总线芯片通过一根信号线进行地址信息、控制信息和数
据信息的传送，并通过该信号线为单总线器件提供电源； 2. 每个单总线芯片都具有全球唯一的访问序列号，当多个单
❖ MCS-51单片机I/O口模拟SPI总线接口原理图如图6.2所示。
P1.0
MCS-51 P1.1 单片机系统
P1.2
P1.3
SS SCK MOSI MISO
SPI 从设备
图6.2 MCS-51单片机I/O口模拟SPI总线接口原理图
4.常用SPI串行总线接口的器件
❖ 单片机，如Motorola公司的M68HC08系列、Cygnal公司的C8051F0XX系列、 Philips公司的P89LPC93X系列。
总线器件挂在同一单总线上时，对所有单总线芯片的访问 都通过该唯一序列号区分； 3. 单总线芯片在工作过程中，不需要提供外接电源，而通过 它本身具有的“总线窃电”技术从总线上窃取电源。
主机系统
1-Wire总线
1-Wire器件 1-Wire器件
1
2
1-Wire器件 1-Wire器件
n-1
n
图6.4 单总线多节点系统的示意图
（2）I2C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。
❖ 总线必须由主器件（通常为单片机）控制，主器件产生串行 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 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，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 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、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。
控、E2PROM等功能的X5045等。
6.1.2 I2C总线
❖ I2C（Inter Integrated Circuit）常译为内 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。 使用2线实现数据通信。 1根串行数据线（SDA） 1根串行时钟线（SCL）。
1. I2C总线的基本特性
❖ 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，在高速模式下达 3.4Mbit/s。
❖ 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。
❖ 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I2C总线软件编写的一致性。
第6章 MCS-51单片机外部串行总线接口技术
主要内容：本章首先讲述单片机常用串行接口总线如SPI、 I2C、1-wire等的特点、工作方式。然后以SPI总 线接口为例，介绍了几种常用的接口芯片的结 构、工作原理以及与单片机的接口电 路和接口 程序设计。
教学要求：本章让学生了解几种常用外部串行总线工作方 式。熟悉常用串行接口芯片X5045、HD7279、 TLC1543、TLC5165的工作原理、接口电路设计
❖ 硬件结构上具有相同的硬件接口界面。
主器件1
SDA SCL
主器件2 SDA SCL
+VCC
SDA SCL
从器件1
SDA SCL
从器件2
SDA 从器件3 SCL
图6.3 I2C器件连接实例
❖ 总线接口器件地址具有很大的独立性。在单主系统中，每个 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 一无二的器件地址来实现的。
与 接口程序设计。
第6章 MCS-51单片机外部串行总线接口技术
❖6.1 几种外部串行总线工作方式 ❖6.2 串行E2PROM X5045接口扩展技术 ❖6.3 串行专用键盘/显示器接口芯片HD7279 ❖6.4 串行A/D转换接口芯片TLC1543 ❖6.5 串行D/A转换接口芯片TLC5615 ❖6.6 本章小结