单片机教程8-串行总线组成及工作原理.ppt

51单片机及其应用第八章 8.1 I2C串行总线的组成及工作原理 采用串行总线技术可以使系统的硬件设计大大简化、系统的体积减小、可靠性提高。同时，系统的更改和扩充极为容易。 常用的串行扩展总线有： I2C （Inter IC BUS）总线、单总线（1－WIRE BUS）、SPI（Serial Peripheral Interface）总线及Microwire/PLUS等。 本章仅讨论I2C串行总线。 8.1.1 I2C串行总线概述 I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线“与”关系。 每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其它器件，这时主机即为发送器。由总线上接收数据的器件则为接收器。 一、数据位的有效性规定 I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。 二、起始和终止信号 起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。 三、数据传送格式 （1）字节传送与应答 由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时（如从机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据），它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。 （2）数据帧格式 I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。 a、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变： b、主机在第一个字节后，立即由从机读数据 四、总线的寻址 主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据R/位将自己确定为发送器或接收器。 从机的地址由固定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的7位寻址位有4位是固定位，3位是可编程位，这时仅能寻址8个同样的器件，即可以有8个同样的器件接入到该I2C总线系统中。 （2）寻址字节中的特殊地址 固定地址编号0000和1111已被保留作为特殊用途。 引导过程由起始信号、起始字节、应答位、重复起始信号（Sr）组成。 8.2 80C51单片机I2C串行总线器件的接口 一、典型信号模拟 为了保证数据传送的可靠性，标准的I2C总线的数据传送有严格的时序要求。I2C总线的起始信号、终止信号、发送“0”及发送“1”的模拟时序 ： 二、典型信号模拟子程序 （2）终止信号 void I2cStop(void) { SDA = 0; SomeNop( ); SCL = 1; SomeNop( ); SDA = 1; SomeNop( ); SCL = 0; } * * I2C串行总线的组成及工作原理 I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，是具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。 I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。 在多主机系统中，可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。为了避免混乱， I2C总线要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机控制总线。 在80C51单片机应用系统的串行总线扩展中，我们经常遇到的是以80C51单片机为主机，其它接口器件为从机的单主机情况。 8.1.2 I2C总线的数据传送 SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。 连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。对于不具备I2C总线硬件接口的有些单片机来说，为了检测起始和终止信号，必须保证在每个时钟周期内对数据线SDA采样两次。 接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完成一些其它工作，如处理内部中断服务等，可能无法立刻接收下一个字节，这时接收器件可以将SCL线拉成低电平，从而使主机处于等待状态。直到接收器件准备好接收下一个字节时，再释放SCL线使之为高电平，从而使数据传送可以继续进行。 每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。 如果从机对主机进行了应答，但