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【很好】第八章常用串行总线及应用解读

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IIC串行总线的工作原理及应用讲解

IIC串行总线的工作原理及应用讲解
SDA = 0; SomeNop( ); SCL = 1; SomeNop( ); SDA = 1; SomeNop( ); SCL = 0; }
三、在51上用P1口模拟I2C (c语言)
/* 电平模拟函数和基本读写函数 void IIC_Start(void); void IIC_Stop(void); void SEND_0(void); void SEND_1(void); bit Check_Acknowledge(void); void Write_Byte(uchar b); bit Write_N_Bytes(uchar *buffer,uchar n)； bit Read_N_Bytes(uchar SlaveAdr,uchar n,uchar *buffer); uchar Read_Byte(void); */
一、典型信号模拟 为了保证数据传送的可靠性，标准的I2C
总线的数据传送有严格的时序要求。I2C总 线的起始信号、终止信号、发送“0”及发 送“1”的模拟时序 ：
I2C总线信号类型
▪ 开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开 始传送数据。
▪ 结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结 束传送数据。
▪在起始信号后的应答时钟脉冲仅仅是为了和总线所 使用的格式一致，并不要求器件在这个脉冲线器件的接口
一、总线数据传送的模拟
主机可以采用不带I2C总线接口的单片机，如 80C51、AT89C2051等单片机，利用软件实现I2C 总线的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟。
引导过程由起始信号、起始字节、应答位、 重复起始信号（Sr）组成。
▪请求访问总线的主机发出起始信号后，发送起始字 节（0000 0001），另一个单片机可以用一个比较低 的速率采样SDA线，直到检测到起始字节中的7个 “0”中的一个为止。在检测到SDA线上的高电平后， 单片机就可以用较高的采样速率，以便寻找作为同 步信号使用的第二个起始信号Sr。

串行总线

串行总线
概述
PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工业级内含I2C总线接口 功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。 PCF8563的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及 中断输出功能。 内部时钟电路、内部振荡电路、内部低电压检测电路1.0V 以及两线制I2C总线通讯方式，不但使外围电路极其简洁， 而且也增加了芯片的可靠性。 每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。 是一款性价比极高的时钟芯片，它已被广泛用于电表、水 表、气表、电话、传真机、便携式仪器以及电池供电的仪 器仪表等产品领域。
I2C总线工作特点
SDA、SCL 启动条件 终止条件 应答信号 典型应用系统图（可挂接不同功能的芯片，不同类型的芯片 有不同的器件地址）
串行E 一 串行E2PROM 24C**
I2C总线工作特点
启动条件 终止条件 应答信号
串行E 一 串行E2PROM 24C**
24C**典型芯片管脚
串行E 一 串行E2PROM 24C**
POT非易失性数字电位器 五 E2POT非易失性数字电位器 X9313 管脚
POT非易失性数字电位器 五 E2POT非易失性数字电位器
内部结构
X9313
POT非易失性数字电位器 五 E2POT非易失性数字电位器 X9313
管脚描述
POT非易失性数字电位器 五 E2POT非易失性数字电位器 X9313 典型应用：程控放大器
典型应用图
POT非易失性数字电位器 五 E2POT非易失性数字电位器 X9313 概述
E2POT X9313非易失性数控电位器，端电压±5V,32 个抽头，X9313是固态非易失性电位器，把它用作数 字控制的微调电阻器是理想的。 X9313是一个包含有31个电阻单元的电阻阵列。在 每个单元之间和二个端点都有可以被滑动单元访问的 抽头点。滑动单元的位置由CS 、U/D和INC 三个输入 端控制。滑动端的位置可以被贮存在一个非易失性存 贮器中,因而在下一次上电工作时可以被重新调用。 X9313的分辨率等于最大的电阻值被31除。例如 X9313W(10kΩ)的每个抽头间的阻值为323Ω。 所有的Xicor非易失性存贮器都设计成并经过测试 能够用于持久地保存数据的应用场合。

单片机常用的串行总线及特例

单片机常用的串行总线及特例

单片机与外设备之间数据传输的串行总线：（1）.SPI：高速同步串行口。

3～4线接口，收发独立、可同步进行.SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。

也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。

（1）SDO –主设备数据输出，从设备数据输入（2）SDI –主设备数据输入，从设备数据输出（3）SCLK –时钟信号，由主设备产生（4）CS –从设备使能信号，由主设备控制其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。

这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

接下来就负责通讯的3根线了。

通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。

这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。

数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。

完成一位数据传输，输入也使用同样原理。

这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。

要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。

同样，在一个基于SPI 的设备中，至少有一个主控设备。

这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。

也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。

SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。

不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。

微机原理第八章 串行通信及串行接口

微机原理第八章 串行通信及串行接口

1. 可编程串行接口典型结构
✓状态寄存器
✓控制寄存器
✓数据输入寄存器--串行输入/并行 输出移位寄存器
✓数据输出寄存器--并行输入/串行 输出移位寄存器
2. 串行通信基本概念
在串行通信时，数据和联络信号使用同一条信号线 来传送，所以收发双方必须考虑解决如下问题： ❖ 波特率---双方约定以何种速率进行数据的发送和接收 ❖ 帧格式---双方约定采用何种数据格式 ❖ 帧同步---接收方如何得知一批数据的开始和结束 ❖ 位同步--- -接收方如何从位流中正确地采样到位数据 ❖ 数据校验--- -接收方如何判断收到数据的正确性 ❖差错处理---收发出错时如何处理 收发双方必须遵守一些共同的通信协议才能解决上述问题。
串行通信适于长距离、中低速通信
并行通信
将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。
D0 0
D1 1
D2 0
源
D3 1
D4 D5
0 1
D6 1
D7 0
D0 D1 D2 D3 目 D4 的 D5 D6 D7
数据的各位同时由源到达目的地 → 快 多根数据线 → 短距离（远程费用高）
并行通信适于短距离、高速通信
工作方式下。
（8）错误检测 • 传输错误 • 覆盖错误
二、 接口与系统的连接
从结构上，可把接口分为两个部分，其中和 外设相连的接口结构与具体外设的传输要求及数 据格式相关，因此，各接口的该部分互不相同； 而与系统总线相连的部分，各接口结构类似，一 般都包括：
1． 总线收发器和相应的逻辑电路
2． 联络信号逻辑电路
接收端需要一个时钟来测定每一位的
时间长度。
波特率/位传输率---每秒传输的离散信号 的数目/每秒传输的位数。 波特率因子---

串行总线详解

串行总线详解

单总线的时序
One-Wire协议定义了复位脉冲、应答 脉冲、写0、读0和读1时序等几种信号类型 。所有的单总线命令序列（初始化，ROM 命令，功能命令）都是由这些基本的信号 类型组成的。在这些信号中，除了应答脉 冲外，其他均由主机发出同步信号，并且 发送的所有命令和数据都是字节的低位在 前。
数字化温度传感器DS18B20
One-Wire总线（单总线）
One-Wire总线是DALLAS公司研制开发的协议。 它由一个总线主节点、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位的家族代码和8位的CRC代 码。主芯片对各个从芯片的寻址依据这64位的不同 来进行。One-Wire总线利用一根线实现双向通信。 因此其协议对时序的要求较严格，如应答等时序都 有明确的时间要求。基本的时序包括复位及应答时 序、写一位时序、读一位时序。 在复位及应答时序 中，主器件发出复位信号后，要求从器件在规定的 时间内送回应答信号；在位读和位写时序中，主器 件要在规定的时间内读回或写出数据。
-10.125
-25.0625 -55
1111 1111 0101 1110
1111 1110 0110 1111 1111 1100 1001 0000
FF5EH
FE6FH FC90H
2 I C-BUS
I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，是具备多 主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高 性能串行总线。
基本的数据传输格式
在图 4 和图 5 中，各种符号的意义为
：

S：起始位（START） SA：从机地址（Slave Address） ，7 位从机地址 W：写标志位（Write） ，1 位写标志 R：读标志位（Read） ，1位读标志 A：应答位（Acknowledge） ，1 位应答 /A：非应答位（Not Acknowledge） ，1位非应答 D：数据（Data） ，每个数据都必须是 8 位 P：停止位（STOP） 阴影：主机产生的信号 无阴影：从机产生的信号

电子系统设计中常用串行接口及其应用

电子系统设计中常用串行接口及其应用

电子系统设计中常用串行接口及其应用在电子系统设计中，串行接口是一种常用的通信协议，用于在多个设备之间传输数据。

与并行接口相比，串行接口只需使用一条信号线来传输数据，因此可以减少硬件复杂度、节省成本，并且具有更好的扩展性和可靠性。

下面将介绍一些常见的串行接口及其应用。

1. 串行通用总线（Serial General Purpose Interface，SGPI）：SGPI是一种开放标准的串行总线接口，可以在各种应用中使用，包括计算机、通信设备、工业自动化等。

它支持高速的全双工数据传输，可以连接多个设备，并提供了可靠的错误检测和纠正机制。

SGPI还支持热插拔功能，方便设备的添加和移除。

2. 串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）：SPI是一种常用的串行通信接口，常用于连接微控制器和外设设备，如存储器、传感器、显示器等。

SPI接口使用4条信号线实现全双工的数据传输：主设备输出SCLK时钟信号，从设备接收数据（MISO）、主设备发送数据（MOSI）和主设备选择从设备（SS）。

SPI接口具有高速传输、简单灵活、可靠性高等特点，适用于多种应用场景。

3. 串行高速接口（Serial Advanced Technology Attachment，SATA）：SATA是一种用于连接计算机硬盘驱动器和光盘驱动器的串行接口，取代了传统的并行接口（IDE）。

SATA接口使用7条信号线进行数据传输，支持高达6 Gbps的传输速度。

SATA接口具有高速传输、抗干扰能力强、线缆长度灵活等特点，广泛应用于个人电脑、服务器等领域。

4. 通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）：USB是一种广泛应用于计算机和消费电子产品中的串行接口标准。

USB接口可以连接各种外部设备，如键盘、鼠标、打印机、摄像头等。

USB接口提供了简单易用的插拔功能，支持高速数据传输和供电能力。

USB接口还定义了各种协议和设备类别，方便不同设备的互联互通。

第8章串行口及其应用优秀PPT

第8章串行口及其应用优秀PPT

11
3 11位异步收发，波特率可变(T1溢出率/n，
n=32或16)
(2) SM2：多机通信控制器位
位地址 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 HHHHHHHH
SCO SM SM SM RE TB RB TI RI N 0 1 2N8 8
在方式0中，SM2必须设成0。
在方式1中，当处于接收状态时，若SM2=1，则只有接收 到有效的停止位“1”时，RI才能被激活成“1”(产生中断 请求)。
(3) REN：串行允许接受控制位。该位由软件置位或复位。 当REN=1，允许接收；当REN=0，禁止接收。
REN=0，禁止接收。
位地址 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 HHHHHHHH
SCO SM SM SM RE TB RB TI RI N 0 1 2N8 8
(4) TB8：方式2和方式3中要发送的第9位数据。该位由软件置 位或复位。在方式2和方式3时，TB8是发送的第9位数 据。在多机通信中，以TB8位的状态表示主机发送的 是地址还是数据：TB8=1表示地址，TB8=0表示数据。 TB8还可用作奇偶校验位。
同步 数 据 数 据 … 数据字 数 据 校 验 (校验
字符 字符1 字符2
符n-1 字符n 字 符 字符)
图3 同步通信数据传送格式
2. 异步通信(Asynchronous Communication)
在异步传输中，传输的数据如会被:
1个start bit 0和1个stop bit 打包, 新的数据称为1帧.
(2) 数据接收 REN=1，RI=0时，启动接收
①若SM2=0，接收到的8位数据送SBUF，第9位数 据送RB8。
② 若SM2=1，接收到的第9位数据为0，数据不送 SBUF；接收到的第9位数据为1，数据送SBUF，第9 位送RB8。

串行通信和并行通信的详解

串行通信和并行通信的详解
17:18:24
串行通信
通信双方使用一根或两根数据信号线相连,同一 时刻,数据在一根数据信号线上一位一位地顺序 传送,每一位数据都占据一个固定的时间长度. 与并行通信相比,串行通信的优点是传输线少、 成本低、适合远距离传送及易于扩展.缺点是速 度慢、传输时间长等. 如计算机上常用的COM设备、USB设备和网络 通信等设备都采用串行通信.
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并行通信
以字节Byte或字节的倍数为传输单位 一次传送一个或一个以上字节的数据,数据的各 位同时进行传送 适合于外部设备与微机之间进行近距离、大量 和快速的信息交换.计算机的各个总线传输数据 时就是以并行方式进行的. 并行通信的特点就是传输速度快,但当距离较远、 位数较多时,通信线路复杂且成本高.
半双工通信方式类似对讲机,某时刻A发送B接
收,另一时刻B发送A接收,双方不能同时进行发送
A 和接收.
B
A

K
K
a)单工通信b方 )半 式双工通
17:18:24
图c为全双工通信方式Full Duplex.在这种方式 中,分别用2根独立的传输线来连接发送方和接 收方,A、B既可同时发送,又可同时接收.
17:18:24
外同步
外同步通信的数据格式中没有同步字符,而是用 一条专用控制线来传送同步字符,使接收端及发 送端实现同步.当每一帧信息结束时均用两个字 节的循环控制码CRC为结束.
17:18:24
②面向比特型的数据格式 根据同步数据链路控制规程SDLC,面向比特型 的数据每帧由六个部分组成.
第一部分是开始标志7EH； 第二部分是一个字节的地址场； 第三部分是一个字节的控制场； 第四部分是需要传送的数据,数据都是位bit的集 合； 第五部分是两个字节的循环控制玛CRC； 最后部分又是7EH,作为结束标志.
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5)配置寄存器 暂存器的第五字节是配置寄存器，可以通过相应的写命令 进行配置其内容如下表：
低五位一直都是“1”，TM是测试模式位，用于设置 DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂 时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置 DS18B20的分辨率 。
8.1.3
单总线开发使用

单总线的开发使用过程分三步：1）单总线的 硬件连接结构；2）单总线的操作命令序列；3） 单总线的通信协议，总线的操作时序。 1．硬件结构 主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连接 至该数据线，这样允许设备在不发送数据时释 放数据总线，以便总线被其它设备所使用。
为了使总线上所有电路的输出能完成“线与” 的功能，连接到总线上的器件的输出级必须为 “开漏”或“开集”的形式。其内部等效电路 如图8-3所示

2 . DS18B20的构成
DS18B20内部结构图如图8-2所示。主要包括： 寄生电源、温度传感器、64位激光(lasered)ROM、存放 中间数据的高速暂存器RAM、非易失性温度报警触发器 TH和TL、配置寄存器等部分。


1）寄生电源 寄生电源由二极管VD1、VD2、寄生电容C和电源检测电路 组成，电源检测电路用于判定供电方式，DS18B20有两种 供电方式：3V～5.5V的电源供电方式和寄生电源供电方式。 在寄生电源供电方式下，DS18B20从单线信号线上汲取能 量：在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内部电容里， 在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高 电平到来再给寄生电源（电容）充电。该寄生电源有两个 优点：第一，检测远程温度时无需本地电源；第二，缺少 正常电源时也能读ROM。 2）64位只读存储器ROM ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它是该 DS18B20的地址序列码。光刻ROM的作用是使每一个 DS18B20都各不相同，可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20。64位光刻ROM序列号的排列是：开始8位 （28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身 的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码 （CRC=X8+X5+X4+1）。
3)内部存储器
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和 一个非易失性的可电擦除的EEPROM，EEPROM用于存放 高温度和低温度触发器TH、TL和配置寄存器的内容。高速 暂存存储器由9个字ห้องสมุดไป่ตู้组成。

4）温度传感器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 DS18B20中的温度传感器可 23 22 21 2-0 2-1 2-2 2-3 2-4 以完成对温度的测量。 DS18B20的温度测量范围是55℃～+125℃,分辨率的默认 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 值是12位。DS18B20温度采 集转化后得到16位数据，存储 S S S S S 26 25 24 在DS18B20的两个8位RAM中， 高字节的高5位S代表符号位， 如果温度值大于或等于零，符 对应的温度计算：当符号位S=0时，直 号位为0；温度值小于零，符 接将二进制位转换为十进制；当S=1时， 号位为1。低字节的第四位是 先将补码变为原码，再计算十进制值。 小数部分，中间7位是整数部 分。
控制器对18B20操作流程
总流程：初始化1-WIRE 总线——>发送ROM 命令——>发送Memory 命令——>提取数据（可以没有） 1.复位：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器 （单片机）给DS18B20单总线至少480uS的低电平信号。当18B20接 到此复位信号后则会在15~60uS后回发一个芯片的存在脉冲。 2.存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以 便于在15~60uS后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60~240uS的低电 平信号。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制 器与18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的 电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。
8.1.1 DS18B20的简介
DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器具有超小的 体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强。 DS18B20的优势是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的 不二选择。
DS18B20的主要特征：




������ 全数字温度转换及输出。 ������ 先进的单总线数据通信。 ������ 最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。 ������ 12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。 ������ 可选择寄生工作方式。 ������ 检测温度范围为–55°C ~+125°C (–67°F ~+257°F) ������ 内置EEPROM，限温报警功能。 ������ 64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。 ������ 多样封装形式，适应不同硬件系统。

２．单总线操作命令序列
典型的单总线命令序列如图8-4所示，每次访问单 总线器件,必须严格遵守这个命令序列,否则，单总 线器件不会响应主机。但是，这个准则对于搜索 ROM命令和报警搜索命令例外，在执行两者中任 何一条命令之后，主机不能执行其后的功能命令， 必须返回，从初始化开始。
根据DS18B20的通讯协议，主机（单 片机）控制DS18B20完成温度转换必须 经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20进行复位操作，复位成功后发 送一条ROM指令，最后发送RAM指令， 这样才能对DS18B20进行预定的操作。
8.1.2 DS18B20的引脚及内部结构
1 .DS18B20的封装 DS18B20的封装采用TO-92和8-Pin SOIC封装，外形及管脚排列如图 8-1。 DS18B20引脚定义： GND 为电源地。 DQ 为数字信号输入/输出端。 VDD 为外接供电电源输入端 （在寄生电源接线方式时接地）。 NC 空引脚。
第八章 常用串行总线介绍及 应用

目前单片机应用系统比较常见的串行扩展接口 和串行扩展总线有：1-Wair单总线、SPI串行 总线、IIC总线。
8.1

1-wire总线

1-wire单总线采用单根信号线，既可以传输时钟又可以传 输数据，而且数据传输是双向的。它具有节省I/O口资源、 结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。 1-wire单总线适用于单个主机系统，能够控制一个或多个 从机设备。当只有一个从机位于总线上时，系统可按照单 节点系统操作，而当多个从机位于总线上时则系统按照多 节点系统操作。 我们以单总线温度传感器DS18B20的应 用为例，详细介绍1-wire的应用。
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