第六章 80c51单片机的串行总线扩展.pptVIP

第6章 基于MCS-51的典型串行总线设计 概述 新一代单片机技术的显著特点之一就是串行扩展总线和接口的推出。常用的串行扩展总线和接口有I2C总线、SPI总线、USB总线、1-wire总线和CAN总线等。 其中CAN总线、RS-232为系统之间通信用的外总线；I2C、SPI总线主要用于系统内芯片之间数据传输的内总线。 I2C（Inter Integrated Circuit）串行扩展总线 I2C总线是Philip公司推出的芯片间串行传输总线。它用两根线实现了完善的全双工同步数据传送，可以极为方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。 I2C总线是二线制，采用器件地址的硬件设置方法，通过软件寻址完全避免了器件的片选线寻址方法，从而使硬件系统具有简单灵活的扩展方法。I2C总线简单，结构紧凑，易于实现模块化和标准化。 SPI(Serial Peripheral Interface) 串行扩展接口 SPI总线是Motorola公司提出的一种同步串行外设接口。允许MCU与各种外围设备以同步串行方式进行通信。其外围设备种类繁多，从最简单的TTL移位寄存器到复杂的LCD显示驱动器、网络控制器等，可谓应有尽有。 SPI总线是三线制，可直接与多种标准外围器件直接接口，在SPI从设备较少而没有总线扩展能力的单片机系统中使用特别方便。即使在有总线扩展能力的系统中采用SPI设备也可以简化电路设计，省掉很多常规电路中的接口器件，从而提高了设计的可靠性。 USB（Universal Serial BUS）串行扩展总线 USB总线是Compaq、Intel、Microsoft、NEC等公司联合制定的一种计算机串行通信协议。 USB比较于其他传统接口的一个优势是即插即用的实现，即插即用（Plug-and-Play）也称为热插拔（Hot Plugging）。数据传输速度快，USB1.1接口的最高传输率可达12 Mb/s；USB2.0接口的最高传输率可达480 Mb/s。扩展方便，使用USB Hub扩展，可以连接127个USB设备，连接的方式十分灵活。 CAN（Controller Area Network）串行扩展总线 CAN总线是德国Bosch公司最先提出的多主机局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备。 在由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。CAN 可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。当信号传输距离达到10km时，CAN 仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。 6.1 I2C总线及软件模拟 I2C总线架构 I2C总线的特点 I2C总线接口为开漏或开集电极输出，需加上拉电阻。 系统中所有的单片机、外围器件都将数据线SDA和时钟线SCL的同名端相连在一起，总线上的所有节点都由器件和管脚给定地址。 系统中可以直接连接具有I2C总线接口的单片机，也可以通过总线扩展芯片或I/O口的软件仿真与I2C总线相连。 在I2C总线上可以挂接各种类型的外围器件，如RAM/EEPROM、日历/时钟芯片、A/D转换器、D/A转换器、以及由I/O口、显示驱动器构成的各种模块。 I2C总线的特点 SDA 和SCL 都是双向线路，都通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电源电压；当总线空闲时，这两条线路都是高电平；连接到总线的器件输出级必须是漏极开路或集电极开路才能执行线与的功能。 I2C 总线上数据的传输速率 在标准模式下可达100kbit/s。 在快速模式下可达400kbit/s。 在高速模式下可达3.4Mbit/s 。 连接到总线的接口数量只由总线电容是400pF 的限制决定关于高速模式主机器件的信息。 I2C总线的特点 I2C总线上数据传送的基本单位为字节，采用低位在前的格式。主从器件之间一次传输的数据称为一帧，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的主要命令只有读、写两种，虽然读写的字节根据具体器件的不同而不同，但其时序关系不会发生改变。 下位机只要具备I2C的基本时序即可。 这些基本时序包括：启动、写字节、读字节、应答位、停止信号，并可以组合成两个子程序：读N字节子程序、写N字节子程序。 I2C总线的数据传输 器件地址表 I2C总线典型信号时序模拟 起始时序 终止时序 发送应答时序 发送非应答时序 数据发送时序 模拟I2C总线发送时序程序 模拟I2C总