第11章单片机应用系统的串行扩展 11.1单总线串行扩展 11.1.1单总线系统的典型应用-DS18B20的温度测量系统 11.12单总线DS18B20温度测量系统的设计 11.2S門总线串行扩展 11.312C总线的串行扩展 11.3,112C串行总线系统的基本结构 113212c总线的数据传送规定 11.3.3AT89S52的2C总线系统扩展 11.3.412C总线数据传送的模拟 11.3.5利用2C总线扩展E2 PROM AT24c02的C卡设计
2 第11章 单片机应用系统的串行扩展 11.1 单总线串行扩展 11.1.1 单总线系统的典型应用-DS18B20的温度测量系统 11.1.2 单总线DS18B20温度测量系统的设计 11.2 SPI总线串行扩展 11.3 I2C总线的串行扩展 11.3.1 I2C串行总线系统的基本结构 11.3.2 I2C总线的数据传送规定 11.3.3 AT89S52的I2C总线系统扩展 11.3.4 I2C总线数据传送的模拟 11.3.5 利用I2C总线扩展E2PROM AT24C02的IC卡设计
内容概要 单片机应用系统除并行扩展外,串行扩展技术也已得到广泛应 用。与并行扩展相比,串行接口器件与单片机相连需要的o 口线很少,极大地简化了器件间的连接,进而提高了可靠性; 串行接口器件体积小,占用电路板的空间小,减少了电路板空 间和成本。 常见的单片机串行扩展总线接口有单总线(1Wire)、SPl串 行外设接口以及l2C( Inter Interface Circuit串行总线接口, 本章介绍这几种串行扩展接口总线的工作原理及特点以及如何 进行系统串行扩展的典型设计
3 内容概要 单片机应用系统除并行扩展外，串行扩展技术也已得到广泛应 用。与并行扩展相比，串行接口器件与单片机相连需要的I/O 口线很少，极大地简化了器件间的连接，进而提高了可靠性； 串行接口器件体积小，占用电路板的空间小，减少了电路板空 间和成本。 常见的单片机串行扩展总线接口有单总线（1-Wire）、SPI串 行外设接口以及I2C（Inter Interface Circuit）串行总线接口， 本章介绍这几种串行扩展接口总线的工作原理及特点以及如何 进行系统串行扩展的典型设计
11.1单总线串行扩展 单总线也称1 Wire bus,由美国 DALLAS公司推出的外围串 行扩展总线。它只有一条数据输入输出线DQ,总线上的所有 器件都挂在DQ上,电源也通过这条信号线供给,这种只使用 条信号线的串行扩展技术,称为单总线技术 单总线系统中配置的各种器件,由 DALLAS公司提供的专用 芯片实现。每个芯片都有64位ROM,厂家对每一芯片都用激 光烧写编码,其中存有16位十进制编码序列号,它是器件的地 址编号,确保它挂在总线上后,可唯一地被确定
4 11.1 单总线串行扩展 单总线也称1-Wire bus，由美国DALLAS公司推出的外围串 行扩展总线。它只有一条数据输入/输出线DQ，总线上的所有 器件都挂在DQ上，电源也通过这条信号线供给，这种只使用 一条信号线的串行扩展技术，称为单总线技术。 单总线系统中配置的各种器件，由DALLAS公司提供的专用 芯片实现。每个芯片都有64位ROM，厂家对每一芯片都用激 光烧写编码，其中存有16位十进制编码序列号，它是器件的地 址编号，确保它挂在总线上后，可唯一地被确定。 4
除了器件的地址编码外,芯片内还包含收发控制和电源存储 电路,如图11-1所示。这些芯片的耗电量都很小(空闲时几 pW,工作时几mW),工作时从总线上馈送电能到大电容中就 可以工作,故一般不需另加电源
5 除了器件的地址编码外，芯片内还包含收发控制和电源存储 电路，如图11-1所示。这些芯片的耗电量都很小（空闲时几 µW，工作时几mW），工作时从总线上馈送电能到大电容中就 可以工作，故一般不需另加电源
单总线— 序列号 ≯接收 发送 电源 能量存储 工 图11-1单总线芯片的内部结构示意图
6 图11-1 单总线芯片的内部结构示意图
11.11单总线系统的典型应用-Ds18B20的温度测量系统 单总线应用的典型案例是采用单总线温度传感器 DS18B20的温度测量系统。 1.单总线温度传感器DS18B20简介 美国 DALLAS公司推出的单总线接口的数字温度传感器, 温度测量范围为-55~+128℃,在-10~+85°C范围内,测量 精度可达±05°C。DS18B20体积小、功耗低,现场温度的 测量直接通过“单总线”以数字方式传输,大大提高了系统 的抗干扰性。非常适合于恶劣环境的现场温度测量,也可用 于各种狭小空间内设备的测温,如环境控制、过程监测、测 温类消费电子产品以及多点温度测控系统等
7 11.1.1 单总线系统的典型应用-DS18B20的温度测量系统 单总线应用的典型案例是采用单总线温度传感器 DS18B20的温度测量系统。 1. 单总线温度传感器DS18B20简介 美国DALLAS公司推出的单总线接口的数字温度传感器， 温度测量范围为−55～+128℃，在-10～+85℃范围内，测量 精度可达±0.5℃。DS18B20体积小、功耗低，现场温度的 测量直接通过“单总线”以数字方式传输，大大提高了系统 的抗干扰性。非常适合于恶劣环境的现场温度测量，也可用 于各种狭小空间内设备的测温，如环境控制、过程监测、测 温类消费电子产品以及多点温度测控系统等。 7
由于DS18B20可直接将温度转化成数字信号传送给单片机 处理,因而可省去传统的信号放大、AD转换等外围电路。 图11-2为单片机与多个带有单总线接口的数字温度传感器 DS18B20芯片的分布式温度监测系统,图中多个DS18B20都 挂在单片机的1根MO口线(即DQ线)上。 单片机对每个DS18B20通过总线DQ寻址。DQ为漏极开路, 须加上拉电阻。DS18B20的一种封装形式如图11-2所示。除 DS18B20外,在该数字温度传感器系列中还有Ds1820 DS18S20、DS1822等其他型号产品,工作原理与特性基本相
8 由于DS18B20可直接将温度转化成数字信号传送给单片机 处理，因而可省去传统的信号放大、A/D转换等外围电路。 图11-2为单片机与多个带有单总线接口的数字温度传感器 DS18B20芯片的分布式温度监测系统，图中多个DS18B20都 挂在单片机的1根I/O口线（即DQ线）上。 单片机对每个DS18B20通过总线DQ寻址。DQ为漏极开路， 须加上拉电阻。DS18B20的一种封装形式如图11-2所示。除 DS18B20外，在该数字温度传感器系列中还有DS1820、 DS18S20、DS1822等其他型号产品，工作原理与特性基本相 同
数字温度计 AT89S52 DALLAS 单片机 DQ DO DO DO DS18B20 DS18B20|DS18B20||Ds18B20Ds18B20 GND DQ VDD 图11-2单总线构成的分布式温度监测系统
9 图11-2 单总线构成的分布式温度监测系统
片内有9个字节的高速暂存器RAM单元,具体内容如下: 温度低位温度高位TH 配置 8位CRC 第字节第字节 第9宇节 第1字节和第2字节是在单片机发给DS18B20温度转换命令发 布后,经转换所得的温度值,以两字节补码形式存放其中。 般情况下,用户多使用第1字节和第2字节。单片机通过单总线 可读得该数据,读取时低位在前,高位在后。第3、4字节分别 是由软件写入用户报警的上下限值TH和TL。第5字节为配置寄 存器,可对其更改DS18B20的测温分辨率,高速暂存器的
10 片内有9个字节的高速暂存器RAM单元，具体内容如下： 10 第1字节和第2字节是在单片机发给DS18B20温度转换命令发 布后，经转换所得的温度值，以两字节补码形式存放其中。一 般情况下，用户多使用第1字节和第2字节。单片机通过单总线 可读得该数据，读取时低位在前，高位在后。第3、4字节分别 是由软件写入用户报警的上下限值TH和TL。第5字节为配置寄 存器，可对其更改DS18B20的测温分辨率，高速暂存器的
第6、7、8字节未用,为全1。第9字节是前面所有8个字节的 cRC码,用来保证正确通信。片内还有1个E2PRoM为TH TL以及配置寄存器的映像。 配置寄存器(第5字节)各位的定义如下: IM R1 1 其中,最高位TM出厂时已被写入0,用户不能改变;低5位 都为1;R1和R用来设置分辨率。表11-1列出了R1、R0与分 辨率和转换时间的关系。用户可通过修改R1、R0位的编码, 获得合适的分辨率
11 第6、7、8字节未用，为全1。第9字节是前面所有8个字节的 CRC码，用来保证正确通信。片内还有1个E2PROM为TH、 TL以及配置寄存器的映像。 配置寄存器（第5字节）各位的定义如下： 其中，最高位TM出厂时已被写入0，用户不能改变；低5位 都为1；R1和R0用来设置分辨率。表11-1列出了R1、R0与分 辨率和转换时间的关系。用户可通过修改R1、R0位的编码， 获得合适的分辨率