单片机的串行扩展技术 课件 .pdf

第9章单片机的串行扩展技术

9.1串行扩展概述

新一代单片机技术的显著特点之一就是

串行扩展总线的推出。在没有专门的串行扩展

总线时，除了可以使用UART串行口的移位寄

存器方式扩展并行I/O外，只能通过并行总线

扩展外围器件。由于并行总线扩展时连线过多，

外围器件工作方式各异，外围器件与数据存储

器混合编址等，外围器件在系统中软、硬件的

独立性较差，无法实现单片机应用系统的模块

化、标准化设计。这给单片机应用系统设计带

来了很大困难。

9.1.1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，串行扩展总线有突出的优点：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。

9.1.2串行扩展的种类

目前在新一代单片机中使用的串行扩展接口有Motorola的SPI，

NS公司的Microwire/Plus和Philips公司的I2C总线、其中总线I2C具有

标准的规范以及众多带I2C接口的外围器件，形成了较为完备的串行

扩展总线。

（1）I2C总线（两线制）

I2C（IIC）总线是Philips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

线采用了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。

（2）One-wire总线（一线制）

One-wire总线是Dallas公司研制开发的一种协议。它

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据的

读取。每一个符合One-wire总线协议的从芯片都有一个唯

一的地址，包括48位的序列号、8位的分类码和8位的

CRC代码。主芯片对各个从芯片的寻找依据这64位的不

同来进行。

（3）SPI串行扩展接口（三线制）

SPI（SerialPeripheralInterface，串行外设接口）总

线系统是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总线提

供了可直接与各厂家生产的多种标准外围器件直接连接的

接口，该接口一般使用4根线：串行时钟线SCK、主机输

入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线

MOSI和低电平有效的从机选择线SS。由于SPI系统总线

只需3根公共的时钟数据线和若干位独立的从机选择线

（依据从机数目而定），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。

（4）USB串行扩展接口

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）也可以叫做热插拔（Hot

plugging）。USB接口的最高传输率可达12Mbit/s。一个

USB口理论上可以连接127个USB设备，连接的方式也十

分灵活。

（5）Microware串行扩展接口

Microwire串行通信接口是NS公司提出的，Microwire

是串行同步双工通信接口，由一根数据输出线、一根数据

输入线和一根时钟线组成。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作用下输出/输入数据。主器件的数据

输出线DI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DO上。与SPI接口类似，

每个从器件也都需要另外提供一条片选通线CS。

（6）CAN总线

CAN，全称为“ControllerAreaNetwork”，即控制器局

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