忘電子工業出版社 Publishing house of Electronics Industry 第9章MCS-51单片机的串行扩展技术 9,1C总线接口技术 9,2SPI串行外设接口 9,3MCS-51单片机串行口工作方式0串行扩 展接旦
第9章 MCS-51单片机的串行扩展技术 ❖ 9.1 C总线接口技术 ❖ 9.2 SPI串行外设接口 ❖ 9.3 MCS-51单片机串行口工作方式0串行扩 展接口
忘電子工業出版社 Publishing House of Electronics Industry 现代单片机应用系统还广泛采用串行扩展技术。串 行扩展接线灵活,占用单片机资源少,系统结构简 单,极易形成用户的模块化结构。还具有工作电压 宽、抗干扰能力强、功耗低、数据不易丢失等特点 为了方便实现串行扩展,近年来已推出了一些非总 线型单片机芯片(传统型号单片机的变种产品), 能方便地使用SPI( Serial Peripheral Interface 串行外设接口)和( Inter Ic bus或ICT0IC BUS)等串行总线标准进行系统扩展,也可以用传 统型号单片机的并行I/0口模拟总线或SP等总 线的串行通信,同时与串行总线标准相配套的串行 外围接口芯片也逐步推出,为用户使用串行总线扩 展单片机应用系统的外围接口提供了极大的方便
❖ 现代单片机应用系统还广泛采用串行扩展技术。串 行扩展接线灵活，占用单片机资源少，系统结构简 单，极易形成用户的模块化结构。还具有工作电压 宽、抗干扰能力强、功耗低、数据不易丢失等特点。 ❖ 为了方便实现串行扩展，近年来已推出了一些非总 线型单片机芯片（传统型号单片机的变种产品）， 能方便地使用SPI(Serial Peripheral Interface 串行外设接口)和 （Inter IC BUS或IC TO IC BUS）等串行总线标准进行系统扩展，也可以用传 统型号单片机的并行I/O口模拟 总线或SPI等总 线的串行通信，同时与串行总线标准相配套的串行 外围接口芯片也逐步推出，为用户使用串行总线扩 展单片机应用系统的外围接口提供了极大的方便。 I C 2 I C 2
9.1c总线接口技术 忘電子工業出版社 Publishing house of Electronics Industry 本节主要介绍2C总线的工作原理、总线接口、总 线器件的寻址方式、总线上的数据传送及2C总线的 软件模拟。 9.1.12C总线接口 2C总线(全称为芯片间总线)是英文 Inter Integrate Circuit BUS或ICT0 IC BUS的简称,它是 Philips公司推出的一种双向二线制总线。PC以2根 连线实现全双工同步数据传送,可以很方便的构成外 围器件扩展系统。它可以直接连接具有总线接口 的单片机,如8XC522和8XC652等,也可挂接各种类型 的外围器件,如存储器、AD转换器、D/A转换器、键 盘、显示器等
9.1 总线接口技术 本节主要介绍 总线的工作原理、总线接口、总 线器件的寻址方式、总线上的数据传送及 总线的 软件模拟。 9.1.1 总线接口 总线（全称为芯片间总线）是英文Inter Integrate Circuit BUS或IC TO IC BUS的简称,它是 Philips公司推出的一种双向二线制总线。 以2根 连线实现全双工同步数据传送，可以很方便的构成外 围器件扩展系统。它可以直接连接具有 总线接口 的单片机，如8XC522和8XC652等，也可挂接各种类型 的外围器件，如存储器、A/D转换器、D/A转换器、键 盘、显示器等。 I C 2 I C 2 I C 2 I C 2 I C 2 I C 2 I C 2
忘電子工業出版社 Publishing house of Electronics Industry 1.12C总线的工作原理 r2C总线由一条数据线SDA和一条串行时钟线 SCL构成总线是同步传输总线,数据线上信号完 全与时钟同步。 总线的器件分为主器件和从器件,主器件的功 能是启动在总线上传送数据,并产生时钟脉冲,以 允许与被寻址的器件进行数据传送;被寻址的器件 称为从器件,一般来说,任何器件都能作为从器件, 只有微控制器才能成为主器件
1. 总线的工作原理 总线由一条数据线SDA和一条串行时钟线 SCL构成， 总线是同步传输总线，数据线上信号完 全与时钟同步。 总线的器件分为主器件和从器件，主器件的功 能是启动在总线上传送数据，并产生时钟脉冲，以 允许与被寻址的器件进行数据传送；被寻址的器件 称为从器件，一般来说，任何器件都能作为从器件， 只有微控制器才能成为主器件。 I C 2 I C 2 I C 2
忘電子工業出版社 Publishing House of Electronics Industry 总线的数据传送采用主从方式,即主器件(主 控器)寻址从器件(被控器),启动总线,产生时 钟,传送数据及结束数据传送C总线允许连接 多个微控制器,但数据传输过程中不能同时存在两 个主器件,作为主控器的器件需通过总线竞争获得 主控权,竞争成功的器件成为主器件,并启动一次 数据交换,其他则退出。竞争过程中,数据不会被 破坏、丢失。数据只能在主、从器件间传送,传送 结束后,主从器件将释放总线,退出主、从器件角 色,总线上存在主、从器件时,总线处于忙的状态, 反之,总线处于空闲状态
总线的数据传送采用主从方式，即主器件（主 控器）寻址从器件（被控器），启动总线，产生时 钟，传送数据及结束数据传送。 总线允许连接 多个微控制器，但数据传输过程中不能同时存在两 个主器件，作为主控器的器件需通过总线竞争获得 主控权，竞争成功的器件成为主器件，并启动一次 数据交换，其他则退出。竞争过程中，数据不会被 破坏、丢失。数据只能在主、从器件间传送，传送 结束后，主从器件将释放总线，退出主、从器件角 色，总线上存在主、从器件时，总线处于忙的状态， 反之，总线处于空闲状态。 I C 2
忘電子工業出版社 Publishing House of Electronics Industry SDA/SCL总线上挂接的单片机(主控器)或外围器件(被控器),其接 口电路都应具有C总线接口,所有器件都通过总线寻址,所有 SDA/SCL同 名端相连,如图9.1所示。 作为被控器的外围器件,必须选用带有C总线接口,作为主控器的 单片机,在使用不具有2C总线接口的单片机时,可通过软件模拟C总 线的接口功能。 VDD 单片机 存储器 RP R P SDA SCL SDA SCL SCL SDA SDA SCL SDA SCL SDA SCL SDA SCL 键盘接口 LED亚动 打印接口 ADC 图9.12C总线应用系统的组成
SDA/SCL总线上挂接的单片机（主控器）或外围器件（被控器），其接 口电路都应具有 总线接口，所有器件都通过总线寻址，所有SDA/SCL同 名端相连，如图9.1所示。 作为被控器的外围器件，必须选用带有 总线接口，作为主控器的 单片机，在使用不具有 总线接口的单片机时，可通过软件模拟 总 线的接口功能。 I C 2 I C 2 I C 2 I C 2
忘電子工業出版社 Publishing House of Electronics Industry 2.总线接口 如图9.2所示,PC总线接口内部为双向传输电路。 总线端口输出端为漏极(或集电极开路)开路,具有 线与功能,所以总线上必须有上拉电阻Rp。上拉电阻 与电源电压、总线串接电阻有关,可参考有关数据手 册,一般取值5~109。总线空闲时,这两根线处于 高电平状态。总线上的外围器件都是CMOS器件,总线 上的器件数量(总线折负载能力)受总线电容400Pf 的限制。PC总线的传输速率为100Kb/s~400Kb/s
2.总线接口 如图9.2所示, 总线接口内部为双向传输电路。 总线端口输出端为漏极（或集电极开路）开路，具有 线与功能，所以总线上必须有上拉电阻Rp。上拉电阻 与电源电压、总线串接电阻有关，可参考有关数据手 册，一般取值5～10Ω。总线空闲时，这两根线处于 高电平状态。总线上的外围器件都是CMOS器件，总线 上的器件数量（总线折负载能力）受总线电容400Pf 的限制。 总线的传输速率为100Kb/s～400Kb/s。 I C 2 I C 2
忘電子工業出版社 Publishing House of Electronics Industry DD RP RI SDA SCL sDA出 SCL出 SDA出 SCL出 sDA入 SCL SDA入 ScI入 器件#1 器件 图9212c总线接口的电气结构
忘電子工業出版社 Publishing house of Electronics Industry 3.总线器件的寻址方式 与并行接口扩展系统的地址形成方式不同,12C总线系统 中,地址是由器件类型及其地址引脚电平决定的,对器件的寻址 采用软件方法。 r2C总线上的器件地址由7位组成,它与一位方向位共同构 成了C总线器件的寻址字节。其格式如表9.1所示。 表91寻址字节格式 位序m706D5m4D3m2n1|D0 器件地址 引脚地址 方向位 寻址字节DA3|DA2|DA1DA0A2A1A0/
3.总线器件的寻址方式 与并行接口扩展系统的地址形成方式不同, 总线系统 中,地址是由器件类型及其地址引脚电平决定的,对器件的寻址 采用软件方法。 总线上的器件地址由7位组成，它与一位方向位共同构 成了 总线器件的寻址字节。其格式如表9.1所示。 I C 2 I C 2 I C 2
忘電子工業出版社 Publishing house of Electronics Industry 4C总线上的数据传送 1)数据传送 12C总线上每传送一位数据都有一个时钟脉冲相对应。在时钟 线高电平期间,数据线上必须保持稳定的逻辑电平状态,高电 平为数据1,低电平为数据0。要改变数据线上的电平,必须在 时钟线为0时方可进行。 12C总线上数据传送以一个字节为一帧,启动C总线后,传 送的帧数不限,只需每传送一帧后,接收方回答一个应答位。 令总线传送完一帧数据后,可以通过对时钟线的控制,使传送 暂停。比如,传输过程中某一方需要暂停时,可在应答信号后 将时钟线SCL置为低电平,即可控制总线暂停。 今在发送时,首先发送数据的最高位。每次传送开始有起始信 号,结束有停止信号
4. 总线上的数据传送 ⑴ 数据传送 ❖ 总线上每传送一位数据都有一个时钟脉冲相对应。在时钟 线高电平期间，数据线上必须保持稳定的逻辑电平状态，高电 平为数据1，低电平为数据0。要改变数据线上的电平，必须在 时钟线为0时方可进行。 ❖ 总线上数据传送以一个字节为一帧，启动 总线后，传 送的帧数不限，只需每传送一帧后，接收方回答一个应答位。 ❖ 总线传送完一帧数据后，可以通过对时钟线的控制，使传送 暂停。比如，传输过程中某一方需要暂停时，可在应答信号后 将时钟线SCL置为低电平，即可控制总线暂停。 ❖ 在发送时，首先发送数据的最高位。每次传送开始有起始信 号，结束有停止信号。 I C 2 I C 2 I C 2 I C 2