《第12章单片机的串行扩展技术.ppt

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。 12.2 SPI总线接口简介 SPI（Serial Periperal Interface）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。 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1.05Mb/s。 Motorola公司为广大用户提供了一系列具有SPI接口的单片机和外围接口芯片，如存储器MC2814，显示驱动器MC14499和MC14489等芯片。 SPI外围串行扩展系统的主器件是单片机，也可以不带SPI接口，但是从器件一定要有具有SPI接口。 12.3 I2C串行总线的组成及工作原理 I2C串行总线只有两条信号线，一条是数据线SDA，另一条是时钟线SCL，所有连接到I2C总线上器件的数据线都接到SDA线上，各器件的时钟线均接到SCL线上， I2C总线系统的基本结构如图12-5所示。 它可以使具有I2C总线的单片机（如PHILIPS公司的8xC552 ）直接与具有I2C总线接口的各种扩展器件（如存储器、I/O口、A/D、D/A、键盘、显示器、日历/时钟）连接。 对不带有I2C接口的单片机（如89C51）可采用普通的I/O口结合软件模拟I2C串行接口总线时序的方法，完成I2C总线的串行接口功能。 12.3.1 I2C串行总线概述 只有两条信号线，一条是数据线SDA，另一条是时钟线SCL，所有连接到I2C总线上器件的数据线都接到SDA线上，各器件的时钟线均接到SCL线上，系统的基本结构如图12-5所示。 I2C的运行由主器件控制，主器件是指启动数据的发送（发出起始信号）、发出时钟信号、传送结束时发出终止信号的器件。 主器件可以具有I2C总线接口，也可以不带I2C总线接口。 从器件可以是存储器、LED或LCD驱动器、A/D或D/A转换器、时钟/日历器件等，从器件必须带有I2C总线接口。 I2C串行总线的SDA和SCL是双向的，带有I2C总线接口的器件的输出端为漏级开路，故必须通过上拉电阻接正电源（见图12-5中的两个电阻）。 总线空闲时，两条线均为高电平。由于连接到总线上的器件的输出级必须是漏级或集电极开路的，只要有一个器件输出低电平，都将使总线上的信号变低。SCL线上的时钟信号对SDA 线上的各器件间的数据传输起同步控制作用。SDA线上的数据起始、终止及数据的有效性均要根据SDA线上的时钟信号来判断。 标准I2C普通模式，数据的传输速率为100kb/s，高速模式可达400kb/s。 总线上扩展器件的数量不是由电流负载决定，而是由电容负载确定。I2C总线上每个节点器件的接口都有一定的等效电容，连接的器件越多，电容值越大，这会造成信号传输的延迟。总线上允许的器件数以总线上的电容量不超过4