第9讲 串行扩展技术.ppt

第9章 串行扩展技术 （课时：6学时） 教学目的 了解串行扩展的分类和特点。 了解Microware、1-wire、USB和CAN总线。 掌握I2C总线的原理。 掌握SPI总线的原理。 第9章 串行扩展技术 9.1 串行扩展概述 9.2 UART串行扩展接口 9.3 I2C串行扩展总线 9.4 SPI串行扩展接口 本章小结 习题 9.1 串行扩展概述 9.1.1 串行扩展的种类 9.1.2 串行扩展的特点 9.1.1 串行扩展的种类 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、Microware总线、1-wire总线和CAN总线等。 （1）UART串行扩展接口 （Universal Asynchronous Receiver/Transmitter） UART通用异步收发器，既能同步又能异步通信的硬件电路称为UART。UART是用于控制计算机与串行设备的芯片，它提供了RS－232C数据终端设备接口，这样计算机就可以和调制解调器或其它使用RS－232C接口的串行设备通信了。 9.1.1 串行扩展的种类 （2）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。 （3）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。 9.1.1 串行扩展的种类 （4）Microware串行扩展接口 Microware总线是NS公司提出的串行同步双工通信接口，用于8位COP800系列单片机和16位HPC系列单片机。 （5）单总线（1-wire）串行扩展总线 1-wire总线是Dallas公司研制开发的一种协议，用于便携式仪表和现场监控系统。 （6）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。 9.1.1 串行扩展的种类 （7）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。 9.1.2 串行扩展的特点 串行扩展总线技术是新一代单片机技术发展的一个显著特点。与并行扩展总线相比，串行扩展总线有电路结构简单，程序编写方便，易于实现用户系统软硬件的模块化、标准化等优点。 常用串行扩展总线和接口的特点简要说明如下： （1）UART串行扩展接口 UART接口是二线制，8051单片机的UART既能作通用异步接收和发送器，又能作同步移位寄存器。它可以实现8051单片机系统之间点对点的单机通信或多机通信，也可以实现扩展I/O口。 9.1.2 串行扩展的特点 （2）I2C总线 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。 （3）SPI串行扩展接口 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。 9.1.2 串行扩展的特点 （4）Microware串行扩展接口 Microware总线是三线制，由一根数据输出（SO）线、一根数据输入（SI）线和一根时钟（SK）线组成。所有从器件的时钟线连接到同一根SK线上，主器件向SK线发送时钟脉冲信号，从器件在时钟信号的同步沿输出/输入数据。主器件的数据输出线SO和所有从器件的数据输入线相接，从器件的数据输出线都接到主器件的数据输入线SI上。 （5）1-wire总线 1-wire总线是利用一根线实现双向通信，由一个总线主节点、一个或多个从节点组成系统，通过一根信号线对从芯片进行数