2022年单片机的串行扩展技术.ppt

第12章单片机的串行扩展技术单片机的并行总线扩展已不再是单片机系统唯一的扩展结构，近年来又出现了串行总线扩展技术。串行扩展方式主要有:(1)PHILIPS公司的I2C（InterInterfaceCircuit）总线、(2)DALLAS公司的单总线（1-Wire）(3)Motorola公司的SPI串行外设接口。单片机的串行扩展技术与并行扩展技术相比具有显著的优点，接口时需要的I/O口线很少（仅需1～4条），串行接口器件体积小，因而占用电路板的空间小，串行扩展技术在IC卡、智能仪器仪表以及分布式控制系统等领域得到了广泛的应用。12.1单总线接口简介单总线（1-Wirebus）是由DALLAS公司推出的外围串行扩展总线。它只有一条数据输入/输出线DQ，总线上的所有器件都挂在DQ上，电源也通过这条信号线供给，这种使用一条信号线的串行扩展技术，称为单总线技术。各种器件，由DALLAS公司提供的专用芯片实现。每个芯片都有64位ROM，厂家对每一个芯片用激光烧写编码，其中存有16位十进制编码序列号，它是器件的地址编号，确保它挂在总线上后，可以唯一被确定。除了器件的地址编码外，芯片内还包含收发控制和电源存储电路，如图12-1所示。SETBP1.在终止信号出现后，总线就处于空闲状态。（3）发送应答位/“0”MOVA,R2;SCL线上的时钟信号对SDAWLP:RLCA;A左移,发送位进入C6;SCL=1,使SDA数据线上的数据有效主器件采用89C51，晶振频率为6MHz（即机器周期为2ms），对图12-11中的几个典型信号的模拟子程序如下。使用４条线：串行时钟SCK，主器件输入/从器件输出数据线MISO（简称SO），主器件输出/从器件输入数据线MOSI（简称SI）和从器件选择线。接在总线上的智能器件，如单片机或其他微处理器能识别这个地址，并与之传送数据。引脚地址（A2、A1、A0）是由I2C总线外围器件所指定的地址端口，A2、A1、A0在电路中接高电平、接地或悬空，形成地址编码。MAXIM公司的MAX127/128（A/D）和MAX517/518/519（D/A），ATMEL公司的AT24C系列存储器等。其中，SLAR为寻址字节（读），Data1～Datan为从器件被读出的n个数据字节。6;子程序结束,使SCL=0从器件内部的n个数据地址，由器件设计者在该器件的I2C总线数据操作格式中，指定第一个数据字节作为器件内的单元地址指针，并且设置地址自动加减功能，以减少地址的寻址操作。这些芯片的耗电量都很小（空闲时几μW，工作时几mW），工作时从总线上馈送电能到大电容中就可以工作，故一般不需另加电源。图12-2为一个由单总线构成的分布式温度监测系统。多个带有单总线接口的数字温度计和多个集成电路DS1820芯片都挂在DQ总线上。单片机对每个DS1820通过总线DQ寻址。DQ为漏极开路，须加上拉电阻。DALLAS公司为单总线的寻址及数据的传送提供了严格的时序规范，具体内容读者可查阅相关资料。12.2SPI总线接口简介SPI（SerialPeriperalInterface）是Motorola公司推出的同步串行外设接口，允许单片机与多个厂家生产的带有该接口的设备直接连接，以串行方式交换信息。使用４条线：串行时钟SCK，主器件输入/从器件输出数据线MISO（简称SO），主器件输出/从器件输入数据线MOSI（简称SI）和从器件选择线。SPI的典型应用是单主系统。该系统只有一台主器件，从器件通常是外围接口器件，如存储器、I/O接口、A/D、D/A、键盘、日历/时钟和显示驱动等。图12-3是SPI外围串行扩展结构图。图12-3单片机与外围器件在时钟线SCK、数据线MISO和MOSI都是同名端相连。扩展多个外围器件时，SPI无法通过数据线译码选择，故接口的外围器件都有片选端。在扩展单个SPI器件时，外围器件的片选端可以接地或通过I/O口控制；在扩展多个SPI器件时，单片机应分别通过I/O口线来分时选通外围器件。在SPI串行扩展系统中，如果某一从器件只作输入（如键盘）或只作输出（如显示器）时，可省去一条数据输出（MISO）或一条数据输入（MOSI），从而构成双线系统（接地）。SPI系统中从器件的选通依靠其引脚，数据传送软件十分简单，省去了传输时的地址选通字节。但在扩展器件较多时，连线较多。在SPI串行扩展系统中，作为主器件的单片机在启动一次传送时，便产生8个时钟，传送给接口芯片作为同步时钟，控制数据的输入和输出。数据的传送格式是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后，如图12-4所示。数据线上输出数据的变化以及输入数据时的采样，都取决于SCK。但对于不同的外围芯片，有的可能是SCK的上升沿起作用，有的可能是SCK的下降沿起作用。SPI有较高的数据传输速度，最高可达。Mo