串行通信方式

【例题9-2】在电路原理图8-5基础上，对其电路结构稍作调 整，以便外扩展一个静态128KEPROM数据存储器。利用RC3、RC4、 RC5引脚组成一个SPI同步串行方式，通过164移位产生17位寻址功 能，实现对HM628128的并行数据传送（RD端口）。
编程要求：首先将256个数据00H-FFH存入EPROM单元0000H00FFH中，然后再将这些单元中的数据逐个取出，送往数码显示区 的最后两位显示数据内容，每个数显示停留1秒种。
名称 特点
用途
常见的串行通信协议
USART
PPCC与与MMCCUU
USB
PC与MCU
I2C
MCU之间
SPI
MCU之间
特点
简单
快， 可靠
简单 复杂，可靠
串行输出原理
串行输入原理
F877单片机主要配置有2种形式的串行通信模块：
主控同步串行通信MSSP
（Master Synchronous Serial Port）
在I2C被控方式下： 0：写操作； 1：读操作。 在I2C主控方式下： 0：不在进行发送；
1：正在进行发送。
Bit3/S：启动位，用于I2C总线方式，当SSPEN = 0, MSSP被关闭，该位被自 动清零。
0：当前没有检测到启动位； 1：当前检测到了启动位（单片机复位时改为位0）。
Bit4/P：停止位，仅用于I2C总线方式，当SSPEN = 0，MSSP被关闭时，该 位被自动清零。
Bit7/SMP：SPI采样控制位兼I2C总线转换率控制位。 在SPI主控方式下： 0：在输出数据的中间采样输入数据； 1：在输出数据的末尾采样输入数据。 注意：在SPI从动方式下，SMP位必须置位。
3．SSPCON（同步串口控制寄存器）
Bit3-Bit0/SSPM3-SSPM0：同步串行口MSSP方式选择位。
1：使能接收模式。 Bit4/ACKEN：应答信号时序发送使能位，在I2C主控接收方式下：
0：表示不在SDA和SCL引脚上建立和发送应答信号时序； 1：表示在SDA和SCL上建立和发送一个带ACKDT的应答信号（被硬件自动清零）。
Bit1/UA：地址更新标志位（I2C总线10位寻址方式），由硬件自动设置。 0：不需要更新SSPADD寄存器中的地址； 1：需要更新SSPADD寄存器中的地址。
Bit2/R/W：读写信息位（仅用于I2C总线方式）。 该位记录最近一次地址匹配后，从地址字节中获取的读/写状态信息
。它与SEN、RSEN、PEN、RCEN或ACKEN位一起，将用于显示MSSP是否处于空 闲状态。该位仅仅从地址匹配到下一个启动位或停止位或非应答位被检测到 的期间有效。
9.2.1 I2C串行通信模式
I2C总线的数据传输过程，在一次通信过程中，如主控器为 发送器则称主控发送器，而被控器为接收器则称被控接收器；如 主控器为接收器则称主控接收器，而被控器为发送器则被控发送 器。
1．I2C数据格式
I2C数据格式有五部分组成：启动信号（ SCL=1，SDA从高到低）；被控器地址（可7位或10位） ；R/ W信号；若干个数据字节；停止信号（SCL=1， SDA从低到高）。
串行通信方式
什么是通信
两个设备之间交换数据的过程我们称之为通信
•单
•A 工•双
•B
工
❖ 从同时传输的数据位数来分为：
1、并行通信(Parrel) 2、串行通信(Serial)
通信的方式
串并行方式各自特点
速度价格 距离并行来自相对快 •贵 •短串行
•相对慢 •廉价 •远
串行通信帧格式
•帧的概念：起始位，数据位，速率(波特率)，应答位或停止位。
0：表示当前没有检测到停止位； 1：表示当前检测到了停止位（单片机复位时改为位0）。
Bit5/D/A：数据/地址标志位（I2C总线规范有效）。 0：当前接收或发送的字节是地址； 1：当前接收或发送的字节是数据。
Bit6/CKE：I2C总线输入电平规范选择位或SPI时钟沿选择位。 在I2C主控和被控方式下： 0：输入电平遵循I2C总线规范； 1：输入电平遵循SMBus总线规范。
。
Bit6/SSPOV：接收溢出标志位，被动参数。 0：未发生接收溢出； 1：发生接收溢出。
注意：所指的接收溢出是缓冲器SSPBUF中数据还未取出时，移位 寄存器SSPSR中又收到新的数据，原SSPSR中的数据丢失。
Bit7/WCOL：写操作冲突检测位，被动参数。 在SPI从动方式下： 0：未发生冲突； 1：发生冲突。
9.2 I2C串行通信模式
1980年PHILIPS公司首创I2C（Inter Integrated Circuit Bus）总线规范，已成为一种串行总线事实上的工业标准。I2C总 线是一种高性能芯片间串行同步传输总线，被大量的用作系统内 部的电路板级总线。
它定义了两根信号线，串行数据线SDA和串形时钟线SCL，可 实现双工同步数据传输，能够极其方便的构成多机系统和外围器 件扩展系统。
0：不在SDA和SCL引脚上建立和发送重启动信号时序； 1：在SDA和SCL上建立并发送一个重启动信号（被硬件自动清零）。 Bit2/PEN：停止信号时序发送使能位。 0：不在SDA和SCL引脚上建立和发送停止信号时序； 1：在SDA和SCL上建立并发送一个停止信号（被硬件自动清零）。 Bit3/RCEN：接收使能位。 0：禁止接收模式工作；
1．SSPSTAT同步串口寄存器
SSPSTAT用来记录MSSP模块的各种工作状态：
Bit0/BF：缓冲器已满标志位，被动参数。 在I2C总线方式下接收时： 0：缓冲器SSPBUF还为空； 1：缓冲器SSPBUF已经满。 在I2C总线方式下发送时： 0：数据发送已完成（不含应答和停止位），缓冲器SSPBUF已经空； 1：数据正在发送（不含应答和停止位），缓冲器SSPBUF还是满的。
4． 同步串口控制寄存器2-SSPCON2
主要是为增强MSSP模块I2C总线模式的主控器功能 而新增加的。
Bit0/SEN：启动信号时序发送使能位。 0：不在SDA和SCL引脚上建立和发送启动信号时序； 1：在SDA和SCL上建立并发送一个启动信号（被硬件自动清零）。 Bit1/RSEN：重启动信号时序发送使能位。
1．SSPBUF（收/发数据缓冲器） •2．SSPSTAT（同步串口状态寄存器）
Bit0/BF:缓冲器满标志位，被动参数。 仅仅用于SPI接收状态下：
0：缓冲器空； 1：缓冲器满。 Bit6/CKE：SPI时钟沿选择和I2C总线输入电平选择位。
在CKP = 0，静态电平为低时： 0：SCK的下降沿发送数据； 1：SCK的上升沿发送数据。 在CKP = 1, 静态电平为高时： 0：SCK的上升沿发送数据； 1：SCK的下降沿发送数据。
Bit4/CKP：时钟极性选择位（对于SPI模式而言）。 在I2C被控方式下，SCL时钟使能位（I2C主控下没有用）： 0：将时钟线拉低并保持，以延长时钟周期，来确保数据建立时间； 1：时钟正常工作。
Bit5/SSPEN：同步串口MSSP使能位。 0：不允许关闭串行端口工作，设定SDA和SCL为普通数字I/O引脚； 1：允许串行端口工作，设定SDA和SCL为I2C总线专用引脚。 Bit6/SSPOV：接收溢出标志位。 当接收溢出时，SSPBUF前一个数据还没被取走，又收到了新数据； 在发送方式下此位无效，必须用软件清零。 0：未发生接收溢出； 1：发生接收溢出。
Bit7/WCOL：写操作冲突检测位。 当发生冲突时，I2C总线的状态还没有准备好时，试图向SSPBUF缓 冲器写入数据，WCOL = 1，必须用软件清零。
0：未发生冲突； 1：发生冲突。
3．SSPADD从地址/波特率寄存器
在I2C主控工作方式下，该寄存器被用作波特率发生器的定时常 数装载寄存器。在I2C被控器工作方式下。
主控器向被控器写数据
主控器向被控器读数据
10位地址格式
•其中A9、A8是10位地址的高2位。
2．I2C地址设定
在I2C总线系统中的器件，一般都有一个专用的7位 从器件地址码。地址码分为两部分，A6、A5、A4、A3为 器件类型码。如存贮器为：1010，LCD点阵显示器启动 器为：0111等等，不可更改统一规定。A2、A1、A0可由 器件改变，所以同一类器件在I2C总线系统中最多能接8 个。
SPI模式电路的基本结构
SPI工作原理示意图
【例题9-1】如图9-5为8位数码显示和16个键盘电路，利用 F877的SPI同步串行功能实现数码管数据串行传送，并通过8个 74LS164组成的移位电路，达到数码数据的静态显示。而16个键盘 组成矩阵电路，采用RD口高低四复合选通。
请编写相应的应用程序，要求：在系统复位后8位数码管全 暗，接着1、2、3…7分别从数码管的最高位到最低位依次点亮， 最后直接进入系统的监控状态，以在最高位出现“-”为标志。
Bit7/SMP：I2C总线传送率控制位或SPI采样控制位，主动参数。 在I2C主控和被控方式下： 0：传送率为快速速度模式（400kHz）； 1：传送率为标准速度模式（100kHz）。
2．SSPCON同步串口控制寄存器
SSPCON用来对MSSP模块的多种功能和指标进行控制:
Bit3-Bit0/SSPM3-SSPM0：同步串口MSSP方式选择位
9.1 SPI串行通信模块
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种单 片机外设芯片同步串行扩展接口，由摩托罗拉公司推 出。采用SPI接口外围器件的特点是引脚性价比高等优 点，因而在市场上得到了广泛的应用。
10.1.1 SPI模式下相关寄存器
在SPI模式下，有关的寄存器共有10个，其中无 编址的只有一个SSPSR。这10个寄存器中有6个寄存器 是与其它模块共用的。另外有4个寄存器与MSSP模块相 关，它们是与I2C模式共用的。