单片机原理与应用系统设计 -李云钢 第06章.ppt

第6章 单片机系统串行扩展技术 6.1 单片机串行扩展概述 6.2 I2C总线 6.3 SPI串行外设接口 6.4 单总线（1-WIRE BUS） 6.5 串行A/D和D/A转换接口 6.1 单片机串行扩展概述 6.2 I2C总线 6.2.1 I2C总线的基本原理 6.2.2 I2C总线数据传输格式 6.2.3 AT24系列串行E2PROM 6.2 I2C总线 6.2 I2C总线 ① 两线式传输。总线上的所有节点，如主器件(单片机，微处理器)、外围器件、接口模块等都连到同名端的SDA、SCL线上。 ② 系统中有多个主器件时，这些器件都可作为总线的主控制器，总线工作时任何一个主器件都可以成为主控制器，多机竞争时的时钟同步与总线仲裁都由硬件与标准软件模块自动完成，无须用户介入。 ③ 按照I2C总线规范，总线传输中将所有状态都生成相应的状态码，主器件能够依据这些状态码自动进行总线管理。 ④ 系统中所有外围器件及模块采用器件地址及引脚地址的编址方法。 ⑤ 所有带I2C接口的外围器件都具有应答功能。 6.2.1 I2C总线的基本原理 由于I2C总线为双向同步串行总线，因此，I2C总线接口内部为双向传输电路，即各器件连接到总线的输出端是漏极开路输出或集电极开路输出的电路结构，故两条总线上必须有上拉电阻R，R通常可以选5?10k?。 典型的I2C总线接口电路如图1所示: 6.2.1 I2C总线的基本原理 6.2.1 I2C总线的基本原理 I2C总线的寻址方式：在I2C总线开始信号后，主器件发出的第一个字节数据是用来选择从器件地址的，其中前7位地址码，第8位为方向位(R/W)。方向位为“0”表示发送，即主器件把信息写到所选择的从器件，方向位为“1”表示主器件将向从器件读信息。开始信号后，系统中的各个器件将自己的地址和主器件送到总线上的地址进行比较，如果与主器件发送到总线上的地址一致，则该器件即为被主器件寻址的器件，其接收信息还是发送信息则由第8位(R/W)确定。 6.2.2 I2C总线数据传输格式 1.I2C总线信号 主器件和从器件之间一次数据传送称为一帧。一帧由启动信号、若干个数据字节和应答位以及停止信号组成。I2C总线是按位传送的，在时钟线SCL的一个时钟周期只能传送一位数据。而且，数据线SDA上的信号电平在SCL为高电平期间必须稳定（除启动和停止信号），数据线上的信号变化只允许在SCL的低电平期间发生。如图6-2所示。 6.2.2 I2C总线数据传输格式 在I2C总线技术规范中，开始和结束信号（也称启动和停止信号）的定义如图6-3所示。当时钟线SCL为高电平时，主器件向SDA线上送出一个由高到低的电平，表示“开始”信号，总线上出现开始信号后，就认为总线处在工作状态；当SCL线为高电平时，主器件向SDA线上送出的由低到高的电平，表示“结束”信号，总线上出现结束信号后，就认为总线处于不忙或空闲状态。 6.2.2 I2C总线数据传输格式 2. I2C总线上的数据传输 在I2C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位，而且每个传送的字节后面必须跟一个认可位（第9位），也叫应答位（ACK），数据的传送过程如图6-4所示。数据传送每次都是先传最高位，通常从器件在接收到每个字节后都会做出响应，准备接收下一个数据字节，主器件可继续传送。 如果从器件正在处理一个实时事件而不能接收数据时，例如正在处理一个内部中断，在这个中断处理完之前就不能接收I2C总线上的数据字节，这时可以在应答信号后，使时钟SCL线保持低电平，控制总线暂停。当接收器准备好接收下一个字节时再释放时钟线SCL，使数据传输继续进行。 6.2.3 AT24系列串行E2PROM 带I2C总线接口的E2PROM芯片有许多型号，其中AT24CXX系列使用十分普遍，其中典型的型号有AT24C01A/02/04/08/16等5种，它们的存储容量分别是1024/2048/4096/8192/16384位，即128/256/512/1024/2048字节。AT24CXX系列的串行电改写及可编程不需要加高电压，操作可靠性高，读写寿命可达100万次，数据可保存100年。 各引脚的功能和意义如下： ① VCC：+5V电源。 ② GND：地线 ③ SCL：串行时钟输入端。在时钟的上升沿把数据写入E2PROM；在时钟为下降沿时把数据从E2PROM中读出来。 ④ SDA：串行数据I/O端，用于输入和输出串行数据。由于在E2PROM内部，SCL和SDA是漏极开路结构的，所以，使用时需要外接上拉电阻。 ⑤ A0，A1，A2：是芯片地址引脚。在型号