单片机原理与接口技术课件 单片机系统常用串行扩展技术
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单片机原理与接口技术7ppt课件
在奇偶位或数据位（当无奇偶校验时）之后发送的是停止 位。
停止位是一个字符数据的结束标志，可以是1位，1.5位或 2位的高电平。接收设备收到停止位之后，通信线路上便 又恢复逻辑1状态，直至下一个字符数据的起始位到来。
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36
2、串行通信协议
（5）波特率设置
通信线上传送的所有位信号都保持一致的信号持续时间， 每一位的信号持续时间都由数据传送速度确定，而传送速 度是以每秒多少个二进制位来衡量的，这个速度叫波特率。
在此只讨论异步串行通信协议和异步串行协议规定的字符 数据的传送格式。
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32
2、串行通信协议
（1）起始位
通信线上没有数据被传送时处于逻辑1状态。 当发送设备要发送一个字符数据时，首先发出一个逻辑0
信号，这个逻辑低电平就是起始位。 起始位通过通信线传向接收设备，接收设备检测到这个逻
辑低电平后，就开始准备接收数据位信号。 起始位所起的作用就是设备同步，通信双方必须在传送数
1、串←→并转换与设备同步
两个通信设备在串行线路上成功地实现通信必须解决两个问 题：
一是串←→并转换， 即如何把要发送的并行数据串行化，把接收的 串行数据并行化；
二是设备同步，
即同步发送设备与接收设备的工作节拍，
以 确保发送数据在接收端被正确读出。
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25
（1）串←→并转换
串行通信是将计算机内部的并行数据转换成串行 数据，将其通过一根通信线传送；并将接收的串 行数据再转换成并行数据送到计算机中。
如 ➢89C51与存储器， ➢存储器与存储器， ➢89C51与并行打印机之间的通信。
89C51处理8位数据，至少需要8条数据线。 计算机之间、计算机与其终端之间的距离有时
停止位是一个字符数据的结束标志，可以是1位，1.5位或 2位的高电平。接收设备收到停止位之后，通信线路上便 又恢复逻辑1状态，直至下一个字符数据的起始位到来。
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2、串行通信协议
（5）波特率设置
通信线上传送的所有位信号都保持一致的信号持续时间， 每一位的信号持续时间都由数据传送速度确定，而传送速 度是以每秒多少个二进制位来衡量的，这个速度叫波特率。
在此只讨论异步串行通信协议和异步串行协议规定的字符 数据的传送格式。
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2、串行通信协议
（1）起始位
通信线上没有数据被传送时处于逻辑1状态。 当发送设备要发送一个字符数据时，首先发出一个逻辑0
信号，这个逻辑低电平就是起始位。 起始位通过通信线传向接收设备，接收设备检测到这个逻
辑低电平后，就开始准备接收数据位信号。 起始位所起的作用就是设备同步，通信双方必须在传送数
1、串←→并转换与设备同步
两个通信设备在串行线路上成功地实现通信必须解决两个问 题：
一是串←→并转换， 即如何把要发送的并行数据串行化，把接收的 串行数据并行化；
二是设备同步，
即同步发送设备与接收设备的工作节拍，
以 确保发送数据在接收端被正确读出。
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（1）串←→并转换
串行通信是将计算机内部的并行数据转换成串行 数据，将其通过一根通信线传送；并将接收的串 行数据再转换成并行数据送到计算机中。
如 ➢89C51与存储器， ➢存储器与存储器， ➢89C51与并行打印机之间的通信。
89C51处理8位数据，至少需要8条数据线。 计算机之间、计算机与其终端之间的距离有时
单片机原理与接口技术8ppt精选课件
27128与2764一样，也是28个引脚；与2764 不同的是增加了一根地址线（A13，26引脚）， 而2764的26引脚为空脚（NC）。
27128的地址范围是0000H～3FFFH。
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18
§8.3 扩展数据存储器
扩展数据存储器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ间地址同外扩程序存储器一样， 由P2口提供高8位地址，P0口分时提供低8位地址 和用作8位双向数据总线。
（3）紫外线擦除可改写ROM（EPROM）
（4）电擦除可改写ROM（EEPROM或E2PROM）
（5）快擦写ROM（flash ROM）
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14
典型的EPROM芯片有Intel公司的2716(2K×8)、2732(4 K×8)、
2764(8 K×8)、27128(16 K×8)、 27256(32 K×8)、27512(64 K×8)等。
A8~A15
地址 锁存器
A0~A7 D0~A7
最新课件
地址总线（AB）
数据总线（DB） 控制总线（CB）
图 扩展的三总线 5
ALE
P0.0 P0.1 P0.2 P0.3
8031
P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
74LS373
G
VCC
D0
Q0
D1
Q1
D2
Q2
D3
Q3
D4
Q4
D5
Q5
D6
Q6
D7
Q7
A1
A0
D0 2764
D1
D2 27128
D3 D4 D5 D6
D7
PSEN ALE
OE
29
30
返回1
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图8-6 扩展16KB EPROM 27128系统连接图
27128的地址范围是0000H～3FFFH。
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§8.3 扩展数据存储器
扩展数据存储器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ间地址同外扩程序存储器一样， 由P2口提供高8位地址，P0口分时提供低8位地址 和用作8位双向数据总线。
（3）紫外线擦除可改写ROM（EPROM）
（4）电擦除可改写ROM（EEPROM或E2PROM）
（5）快擦写ROM（flash ROM）
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典型的EPROM芯片有Intel公司的2716(2K×8)、2732(4 K×8)、
2764(8 K×8)、27128(16 K×8)、 27256(32 K×8)、27512(64 K×8)等。
A8~A15
地址 锁存器
A0~A7 D0~A7
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地址总线（AB）
数据总线（DB） 控制总线（CB）
图 扩展的三总线 5
ALE
P0.0 P0.1 P0.2 P0.3
8031
P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
74LS373
G
VCC
D0
Q0
D1
Q1
D2
Q2
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Q5
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Q6
D7
Q7
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A0
D0 2764
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D2 27128
D3 D4 D5 D6
D7
PSEN ALE
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图8-6 扩展16KB EPROM 27128系统连接图
第2章(第5版)李朝青-单片机原理及接口技术(第5版)课件
包括数据定义伪指令、符号定义伪指令、段定义伪指令等，用于辅 助汇编程序的设计。
顺序程序设计方法
01
02
03
顺序程序结构
按照程序中的指令顺序， 逐条执行，不改变执行流 程。
指令的执行过程
取指、分析、执行，每条 指令执行完毕后，自动转 向下一条指令。
示例
通过简单的顺序程序实现 数据的加减运算。
分支程序设计方法
SPI/I2C接口标准
是两种常用的同步串行通信接口标准，具有简单、高速、低功耗等优点。它们被广泛应用 于微控制器、传感器、存储器等芯片之间的通信。
THANKS
感谢观看
其他串行通信接口标准简介
RS-422/485标准
采用差分信号传输方式，因此可以有效抵抗外界干扰，在传输距离较远时仍能保持信号的 稳定性。它们被广泛应用于工业控制、仪器仪表等领域。
USB接口标准
是一种通用串行总线接口标准，采用四线制接线方式，具有热插拔、即插即用、传输速率 快等优点。在计算机与外部设备的连接中得到了广泛应用，如U盘、鼠标、键盘等。
在发送数据时，CPU将数据写 入SBUF，然后启动发送过程。 串行接口将数据从SBUF中一位 一位地发送到传输线上。在接 收数据时，串行接口从传输线 上一位一位地接收数据，并将 其存入SBUF中。CPU可以通过 读取SBUF中的数据来完成接收 操作。
波特率设置
通过设置SCON寄存器中的相 关位以及定时器T1或T2的工作 模式和工作频率，可以实现不 同的波特率设置，以满足不同 串行通信协议的要求。
点处继续执行。
外部中断应用举例
外部中断0应用举例
利用外部中断0实现按键输入功能。当按键按下时，触发外部中断0，在中断服务程序中读取按键值并 进行相应处理。
顺序程序设计方法
01
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顺序程序结构
按照程序中的指令顺序， 逐条执行，不改变执行流 程。
指令的执行过程
取指、分析、执行，每条 指令执行完毕后，自动转 向下一条指令。
示例
通过简单的顺序程序实现 数据的加减运算。
分支程序设计方法
SPI/I2C接口标准
是两种常用的同步串行通信接口标准，具有简单、高速、低功耗等优点。它们被广泛应用 于微控制器、传感器、存储器等芯片之间的通信。
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其他串行通信接口标准简介
RS-422/485标准
采用差分信号传输方式，因此可以有效抵抗外界干扰，在传输距离较远时仍能保持信号的 稳定性。它们被广泛应用于工业控制、仪器仪表等领域。
USB接口标准
是一种通用串行总线接口标准，采用四线制接线方式，具有热插拔、即插即用、传输速率 快等优点。在计算机与外部设备的连接中得到了广泛应用，如U盘、鼠标、键盘等。
在发送数据时，CPU将数据写 入SBUF，然后启动发送过程。 串行接口将数据从SBUF中一位 一位地发送到传输线上。在接 收数据时，串行接口从传输线 上一位一位地接收数据，并将 其存入SBUF中。CPU可以通过 读取SBUF中的数据来完成接收 操作。
波特率设置
通过设置SCON寄存器中的相 关位以及定时器T1或T2的工作 模式和工作频率，可以实现不 同的波特率设置，以满足不同 串行通信协议的要求。
点处继续执行。
外部中断应用举例
外部中断0应用举例
利用外部中断0实现按键输入功能。当按键按下时，触发外部中断0，在中断服务程序中读取按键值并 进行相应处理。
单片机的串行扩展技术
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。
精选ppt
（一）I2C总线工作方式
I2C总线上进行一次数据传输的通信格式如下图9-2所示。
SDA
SCL
起始信号
17 地址
8 读/写
9 应答
17
8
数据
9
17 8
应答
数据
9 应答
终止信号
精选ppt
（二）I2C总线数据传输方式模拟
目前已有多家公司生产具有I2C总线的单片机，如 Philips 、Motorola、韩国三星、日本三菱等公司。这类单 片机在工作时，总线状态由硬件监测，无须用户介入，应 用非常方便。对于不具有I2C总线接口的MCS-51单片机， 在单主机应用系统中可以通过软件模拟I2C总线的工作时 序，在使用时，只需正确调用该软件包就可很方便地实现 扩展I2C总线接口器件。
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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。
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（一）I2C总线工作方式
I2C总线上进行一次数据传输的通信格式如下图9-2所示。
SDA
SCL
起始信号
17 地址
8 读/写
9 应答
17
8
数据
9
17 8
应答
数据
9 应答
终止信号
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（二）I2C总线数据传输方式模拟
目前已有多家公司生产具有I2C总线的单片机，如 Philips 、Motorola、韩国三星、日本三菱等公司。这类单 片机在工作时，总线状态由硬件监测，无须用户介入，应 用非常方便。对于不具有I2C总线接口的MCS-51单片机， 在单主机应用系统中可以通过软件模拟I2C总线的工作时 序，在使用时，只需正确调用该软件包就可很方便地实现 扩展I2C总线接口器件。
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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。
《单片微机原理与接口技术》-V1.2-第7章-80C51单片机的串行口及串行总线扩展
7.1.4 串行通信的波特率
衡量串行通信系统中数据传输的快慢程度 。 波特率：指每秒钟传送信号的数量，单位 为波特（B，Baud）。 比特率：每秒钟传送二进制数的信号数（ 即二进制数的位数），单位是bps（bit per second）或写成b/s（位/秒）。
在单片机串行通信中，传送的信号是二进 制信号，因此波特率与比特率数值上相等 ，单位采用bps。
例如，通信双方每秒钟所传送数据的速率 是960字符/秒，每一字符包含10位（1 个起始位、8个数据位、1个停止位）， 则波特率为
960 ×10 =2400b/s=2400B
7.2 80C51单片机的串行口
80C51单片机带有一个全双工的串行通 信接口，可作： 通用异步接收/发送器UART 同步移位寄存器 网络通信
SBUF中的串行数据由RXD逐位移入；TXD输出 串行数据。
数据移入/移出的频率=（2SMOD /32）T1（或 T0）的溢出率。
发送/接收数据时，每送出/接收8位数据 TI/ RI自 动置1；需要用软件清零 TI/ RI。
工作时，发送端自动添加一个起始位和一个 停止位；接收端自动去掉一个起始位和一个 停止位。
第7 章
80C51单片机的串行口及串行总线扩展
7.1 串行通信基本知识 7.2 80C51单片机的串行口 7.3 80C51单片机的串行口应用 7.4 单片机的串行总线扩展
7.1 串行通信基本知识
单片机与外界进行信息交换的过程统 称为通信。
不同的通信方式下CPU与外设之间的连 线结构和数据传送方式是不同的，这样就 导致了不同的通信方式的特点和适用范围 也不同。
2400
11.0592
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F4H
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单片机原理及应用电子课件第7章系统扩展
场景。
3
串口通信原理
学习串口通信的基本原理和工作原理。
实例：串口数据传输
通过实例了解如何在两个单片机之间进 行串口数据传输。
原理与实现方法：I2 C总线
1
I2C总线原理
学习I2C总线的基本原理和工作原理。
2
I2C总线实现方法
了解如何实现I2C总线通信，并学习其在嵌入式系统中的应用。
3
I2C总线调试技巧
掌握定时器和计数器的编程技巧和最佳实践。
PWM控制及应用
PWM控制原理
PWM控制应用
深入了解PWM控制的原理和作用。 学习PWM控制在嵌入式系统中的 各种应用场景。
实例：PWM控制电机速度
通过实例了解如何使用PWM控制 电机的转速和方向。
DAC原理与应用
1 DAC原理
学习数字模拟转换器(DAC)的基本原理和工作方式。
掌握调试I2C总线的常见问题和解决方法。
介绍SPI接口及应用
SPI接口原理
探索SPI接口的工作原理和基本 特征。
SPI接口应用
了解嵌入式系统中SPI接口的应 用场景和优势。
实例：SPI接口通信
通过实例了解如何使用SPI接口 进行数据通信。
嵌入式系统中的中断控制器
中断控制器原理
学习中断控制器的基本原理和 工作方式。
单片机原理及应用电子课 件第7章系统扩展
在这一章节中，我们将探讨与单片机系统扩展相关的主题。从串口通信和I2C 总线到嵌入式系统中的中断控制器、定时器、PWM控制、DAC和ADC的原理与 应用等各个方面，了解如何应用这些技术扩展和优化嵌入式系统。
串口通信原理及应用
1
串口通信应用
2
了解嵌入式系统中串口通信的各种应用
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I2C总线的外围扩展器件大都是CMOS器件，总 线有足够的电流驱动能力，因此总线扩展的节点数 由负载电容特性决定，I2C总线的驱动能力为400 pF。 可根据器件的I2C总线接口的等效电容确定可扩展的 器件数目和总线的长度，以减小总线传输的延迟和 出错。
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单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社
----总线信号，时钟
(4)数据信号：地址和数据均以字节为单位，且高位在前，低位在 后。数据接收方每接收一字节数据都产生一个应答信号。发送 器必须在接收器发送应答信号前，预先释放对SDA线的控制 (SDA=1)，以便主控器件对SDA线上应答信号的检测。
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10
9.1.1 I2C串行总线
----总线器件寻址方式
器件的地址由4位固定位和3位可编程位组成。固定位由生产
厂家给出，用户不能改变。可编程位与器件的地址管脚的连接相 对应，当系统中使用了多个相同芯片时可以进行正确的访问。
不同的器件有时会有 相同的固定地址编码，例 如静态RAM器件PCF8570 和EEPROM器件PCF8582 的固定位均为1010，此时 通过可编程位进行区分， 如图所示。
数据接收方可以接收数据时, 产生应答信号(ACK) 。当主器 件接收从器件送来的最后一个数据后, 必须给从器件发一个非 应答信号(NACK), 令从器件释放SDA信号线, 这样主器件可 以发送终止信号来结束数据的传输。
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13
9.1.1 I2C串行总线
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9.1.1 I2C串行总线
----特性
由于I2C总线的双向特性，总线上的主器件和从器件都可能 成为发送器和接收器。
在主器件发送数据或命令时，主器件是发送器（主发送 器）；
在主器件接收从器件的数据时，主器件为接收器（主接收 器）；
从器件在接收主器件命令或数据时，从器件是接收器（从 接收器）；
所有I2C器件都连接在SDA和SCL上。 单片机系统采用I2C总线可方便地扩展外部存储器、AD和DA 转换器、实时时钟、键盘、显示等接口电路。如下图。
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8
9.1.1 I2C串行总线
----电气性能
为了避免总线信号混乱和冲突，I2C总线接口电 路均为漏极开路或集电极开路，总线上必须有上拉 电阻。上拉电阻与电源电压VDD和SDA/SCL总线串 接电阻Rs有关，一般可选5~10K。
单片机原理与接口技术课件 单片机系统常用串行扩展技 术
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当主器件发送了数据帧的第一个字节后，总线上连接的从器 件会将接收到的地址数据与自己的地址进行比较，被选中的从器 件再根据方向位确定是接收数据还是发送数据。
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9.1.1 I2C串行总线
----数据传输过程
4．I2C总线的的数据传输过程
从器件向主器件返回数据时则是发送器（从发送器）。
由于采用串行数据传输方式，其传输速率不是太高。
标准模式下数据传输速率为100 kb/s； 快速模式下传输速率为400 KB/s； 高速模式传输速率为3.4 Mb/s。
*
单片机原理与接口技术(第2.1.1 I2C串行总线
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9
9.1.1 I2C串行总线
----工作及寻址方式
2．I2C总线的工作方式
I2C总线支持多主和主从两种工作方式。一般的设计中 I2C总线工作在主从工作方式，I2C总线上只有一个主器件，
其它均为从器件。主器件对总线具有控制权。在多主方式中，
通过硬件和软件的仲裁，主控制器取得总线控制权。
3．I2C总线的器件寻址方式
----特点
采用I2C总线设计系统具有如下的优点： (1) 实际的器件与功能框图中的功能模块相对应，所有I2C器
件共用一条总线，便于将框图转化成原理图。
(2) 在两条线上完成寻址和数据传输，节省电路板体积。 (3) 器件通过内置地址结合可编程地址的方式寻址，不需设
计总线接口；增加和删减系统中的外围器件，不会影响 总线和其他器件的工作，便于系统功能的改进和升级。
I2C总线必须由主控器件控制，主控器件产生起始和停
止条件，控制总线的传输方向，并产生时钟信号同步数据传
输，如下图所示。
总线上信号有： 起始信号(S), 终止信号(P), 应答信号(A/NA), 数据信号等
*
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12
9.1.1 I2C串行总线
(4) 数据传输协议可以使系统完全由软件来定义，应用灵活 适应面广。
(5) 通过多主器件模式可以将外部调试设备连接到总线上， 为调试、诊断提供便利。
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7
9.1.1 I2C串行总线
----I2C总线
1．I2C总线的电气连接
I2C总线采用二线制传输，分别是： 串行数据线SDA（Serial Data Line） 串行时钟线SCL（serial clock line）
总线信号：
----总线信号
(1)起始信号(S)：在时钟信号SCL为高电平时，数据线SDA从高 电平变为低电平产生起始条件，标志着启动I2C总线。
(2)终止信号(P)：在时钟信号SCL为高电平时，数据线SDA从低 电平变为高电平，标志着终止I2C总线传输过程。
(3)应答信号(A/NA)：I2C协议规定总线每传输一字节数据后，都 要有一个应答位。应答位由接收器件产生，即主器件向从器件 发送数据时，应答位由从器件产生；主器件接收从器件数据时， 应答位由主器件产生。
I2C总线上连接的器件都是总线上的节点，每个时刻只 有一个主控器件操控总线。每个器件都有一个唯一确定的地
址，主控器件通过这个地址实现对从器件的点对点数据传输。
器件的地址由7位组成，其后附加了1位方向位，确定数据的 传输方向。这8位构
成了传输起始状态S后的
第一个字节，如图所示。
*
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