单片机课件第九章分解.pptx

第9章 AT89S51单片机的串行扩展技术 【知识目标】 1.理解单总线扩展技术。 2.掌握SPI总线、I2C总线的原理 3.掌握常用的串行总线芯片与单片机的接口设计 【技能目标】 1.学会使用AT89S51单片机的I/O口结合软件模拟I2C总线时序实现I2C接口的方法。 2.学会使用AT89S51单片机的I/O口结合软件模拟SPI总线时序实现SPI接口的方法。 9.1 单总线串行扩展 9.2 SPI串行总线扩展 9.3 I2C总线的串行扩展介绍 9.4 键盘/显示串行接口芯片HD7279A的应用 9.5 案例：基于AT24C02的具有记忆功能的计数器的设计  9.1.1 单总线概述 单总线(1- Wire)是美国Dallas公司的一项专利技术。与目前广泛应用的其他串行数据通信方式不同，它采用单根信号线完成数据的双向传输，并同时通过该信号线为单总线器件提供电源，具有节省I/O引脚资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点，在电池供电设备、便携式仪器以及现场监控系统中有良好的应用前景。 9.1 单总线串行扩展 单总线标准为外设器件沿着一条数据线进行双向数据传输提供了一种简单的方案，任何单总线系统都包含一台主机和一个或多个从机，它们共用一条数据线。这条数据线被地址、控制和数据信息复用。由于主机和从机都是开漏输出，在主设备的总线一侧必须加上拉电阻，系统才能正常工作。此外，单总线器件通常采用3引脚封装，在这三个引脚中有一个公共地端、一个数据输入/输出端和一个电源端。该电源端可为单总线器件提供外部电源，从而免除总线集中馈电。如图9-1所示为一个由单总线构成的分布式测温系统。带有单总线接口的温度计集成电路DS18B20都挂在DQ总线上。单片机对每个DS18820通过总线DQ寻址。DQ为漏极开路，加上拉电阻RP。 图9-1单总线构成的分布式温度检测系统 单总线技术有3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芯片提供电源； 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进行区分； 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”技术从总线上获取电源。 此外，单总线技术采用特殊的总线通信协议实现数据通信。在通信过程中，单总线数据波形类似于脉冲宽度调制信号，总线发出复位信号（保持低电平的周期最长）同步整个总线，然后由系统主机初始化每一位数据时隙，利用宽脉冲或窄脉冲来实现写“0”或写‘l”。在读数据时，主机利用窄脉冲初始化时隙，从机将数据线保持在低电平，通过展宽低电平脉冲返回逻辑“0”，或保持脉冲宽度不变来返回逻辑“1”。多数单总线器件支持两种数据速率，较低的数据速率约为14kbit/s，较高的数据速率约为140kbit/s。 单线总线器件主要提供存储器、混合信号电路、识别、安全认证等功能。目前Dallas公司采用单总线技术生产的芯片包括数字温度计、数字电位器、A/D转换器、定时器、RAM与E2PROM存储器、线路驱动器及微型局域网耦合器等系列器件。常用的单线总线器件见表9-1 9.1.2常用的单总线器件 表9-1 常用的单线总线器件 DS18B20是美国Dallas公司生产的单总线数字式温度传感器，采用单总线协议，即与单片机接口仅需占用一个I/O端口，无须任何外部元件，直接将环境温度转化为数字信号，以数字码形式串行输出，从而极大地简化了传感器与微处理器的接口。在使用过程中，可由一根I/O数据线实现传输数据，并可由用户设置温度报警界限，被广泛应用于精密仪器、存储仓库等需要测量和控制温度的地方。DS18B20具有以下特点： (1)测量范围：-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内精度为土0.5℃。 (2)分辨率：可编程分辨率为9～12位（其中包括l位符号位），对应的可分辨温度分别为0.5℃、0. 25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。 9.1.3 单总线器件温度传感器DS18B20 (3)温度转换时间：其转换时间与设定的分辨率有关。当设定为9位时，最大转换时间为93.75ms；当设定为10位时，为187.5ms；当设定为11位时，为375ms;当设定为12位时，为750ms。 (4)电源电压范围：在保证温度转换精度为±0.5℃的情况下，电源电压可为+3.0~+5.5V。 (5)程序设置寄存器：该寄存器用于设置器件是处于测试模式还是工作模式（出厂时设置为工作模式），此外还用于设置温度分辨率，可设为9位、10位、11位或12位。 (6)64位ROM编码：从高位算起，该ROM有一个字节的CRC校验码，6