单片机原理及应用（C51版）教案第8章 单片机串行扩展技术.pptx

第8章单片机串行扩展技术;第8章单片机串行扩展技术;与并行总线相比，采用串行总线进行扩展时，简化了系统的连线，缩小了电路板的面积，节省了系统的资源，具有扩展性好、成本低廉、可靠性高、硬件易于模块化等优点。

采用串行总线扩展方法是当前单片机应用系统设计的流行趋势。

目前单片机应用系统常用的串行扩展总线有单总线、I2C总线（二线总线）和SPI总线（三线总线）。;1.基本结构

单总线仅定义有一根信号线，时钟信息和数据均经该信号线传递。

每个单总线器件都具有唯一的64位ID号，主机可根据它来区分挂在同一总线上的不同单总线器件。;单总线适用于单主机系统，单主机能够控制一个或多个从机设备。

主机可以是微控制器（单片机），从机可以是单总线器件。

当只有一个从机时，系统可按单节点系统操作；当有多个从机时，系统则按多节点系统操作。下图是单总线多节点系统的示意图。;8.2.1单总线的基础知识;2.主机和从机之间的通信方法

主机（单片机）和从机（单总线器件）之间的通信通过以下3个步骤来完成：

初始化单总线器件；

识别单总线器件；

交换数据。

由于两者是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问单总线器件都必须严格遵循单总线命令顺序：初始化、ROM命令、功能命令。如果出现顺序混乱，单总线器件不会响应（有哪些信誉好的足球投注网站ROM命令，报警有哪些信誉好的足球投注网站命令除外）。;3.常用单总线器件

通常把挂在单总线上的器件称为单总线器件。

单总线器件内一般都配置了控制、收/发、存储等电路模块。

为了区分不同的单总线器件，厂家生产时都要刻录一个64位的二进制ROM代码，以标志其ID号，这个ID号是全球唯一的。

目前，单总线器件主要有数字温度传感器（如DS18B20）、A/D转换器（如DS2450）、门标、身份识别器（如DS1990A）、单总线控制器（如DS1WM）等。;;1.初始化时序

初始化时序包括主机发送的复位脉冲和从机发出的应答脉冲。

主机通过拉低单总线至少480μs，以产生Tx复位脉冲，然后释放总线，并进入Rx接收模式。当主机释放总线，总线由低电平跳变为高电平时产生上升沿，从机检测到这个上升沿后，延时15～60μs，从机???收到单片机发来的复位脉冲后，便通过拉低总线60～240μs，以产生应答脉冲。主机接收到从机应答脉冲后，说明有单总线器件在线，然后就开始对从机进行ROM命令和功能命令操作。初始化时序如下图所示。;2.主机写时序

主机写时序由写0时序和写1时序组成。单总线传递写1、写0过程为：所有的写时序至少需要60μs，且每两个独立的时序之间至少需要1μs的恢复时间。对于写0时序，主机拉低总线并保持低电平至少60μs，然后释放总线；对于写1时序，主机拉低总线，然后在15μs内要释放总线。从机必须在15～60μs之间采样总线状态，从而接收到从机发送的数据。主机写时序如下图所示。;3.主机读时序

主机读时序由读0时序和读1时序组成。主机读操作时，主机首先要拉低总线至少1μs，主机释放总线后，总线电平就由从机决定。从机若发送1，则保持总线高电平，若发送0，则拉低总线。从机发送之后，保持15μs有效时间，因而，主机必须在15μs之中采样总线状态，从而接收到从机发送的数据。主机读时序如下图所示。;8.2.3数字温度传感器DS18B20;2．DS18B20的内部结构

DS18B20温度传感器主要由64位ROM、高速缓冲存储器、CRC生成器、温度敏感元件、高低温触发器及配置寄存器等部件组成。内部结构如下图所示。

;（1）DS18B20的ID号。每个DS18B20都有64位的ROM，以标志其ID号。出厂前ROM固化有确定的内容，如下图所示。

;（2）DS18B20的高速缓冲存储器。在DS18B20的内部有9个字节高速缓冲存储单元。各单元分配的功能如下图所示。

第1及第2字节存放转换完成的温度值；第3和第4字节分别存放上、下限报警值TH和TL；第5字节为配置寄存器；第6、7、8字节为保留字节；第9字节是前8字节的CRC校验码，用来提高串行传输的可靠性。

另外，在DS18B20的内部还用3个单元存放上下限报警值TH、TL和配置寄存器的设定值。数据先写入高速缓冲存储器，然后再传给单元。

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配置寄存器字节的最高位D7为测试模式位，出厂时为0，用户不需要改动。D6D5位（R1R0）用于设置DS18B20的转换分辨率，取值00、01、10、11，对应分辨率有9、10、11和12位四种选择，对应的转换时间分别为：93.73ms、187.5ms、275ms和750ms。其余的低5位为保留位（均为1）。

配置寄存器格式如下所示（出厂时默认值为7FH，即分辨率为12位）：;3．DS18B20的温度值格式

DS18B20中的温度敏感元件完成对温度的检测，转换后的温度值以带符号扩展