天e電子第10講.ppt

第十講IIC總線的介紹及串行通信總線的小結1 IIC串行總結原理的介紹2 AT24C02的介紹3 串行通信總線的總結 10 1IIC串行總線的組成及工作原理 采用串行總線技術可以使系統(tǒng)的硬件設計大大簡化 系統(tǒng)的體積減小 可靠性提高 同時 系統(tǒng)的更改和擴充極為容易 常用的串行擴展總線有 I2C InterICBUS 總線 單總線 1 WIREBUS SPI SerialPeripheralInterface 總線及Microwire PLUS等 本課僅討論I2C串行總線 10 1 1I2C串行總線概述 I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線 是具備多主機系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線 I2C總線只有兩根雙向信號線 一根是數(shù)據(jù)線SDA 另一根是時鐘線SCL I2C總線通過上拉電阻接正電源 當總線空閑時 兩根線均為高電平 連到總線上的任一器件輸出的低電平 都將使總線的信號變低 即各器件的SDA及SCL都是線 與 關系 每個接到I2C總線上的器件都有唯一的地址 主機與其它器件間的數(shù)據(jù)傳送可以是由主機發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件 這時主機即為發(fā)送器 由總線上接收數(shù)據(jù)的器件則為接收器 在多主機系統(tǒng)中 可能同時有幾個主機企圖啟動總線傳送數(shù)據(jù) 為了避免混亂 I2C總線要通過總線仲裁 以決定由哪一臺主機控制總線 在80C51單片機應用系統(tǒng)的串行總線擴展中 我們經(jīng)常遇到的是以80C51單片機為主機 其它接口器件為從機的單主機情況 10 1 2I2C總線的數(shù)據(jù)傳送 一 數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時 時鐘信號為高電平期間 數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定 只有在時鐘線上的信號為低電平期間 數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化 二 起始和終止信號 SCL線為高電平期間 SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號 SCL線為高電平期間 SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號 起始和終止信號都是由主機發(fā)出的 在起始信號產生后 總線就處于被占用的狀態(tài) 在終止信號產生后 總線就處于空閑狀態(tài) 連接到I2C總線上的器件 若具有I2C總線的硬件接口 則很容易檢測到起始和終止信號 接收器件收到一個完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后 有可能需要完成一些其它工作 如處理內部中斷服務等 可能無法立刻接收下一個字節(jié) 這時接收器件可以將SCL線拉成低電平 從而使主機處于等待狀態(tài) 直到接收器件準備好接收下一個字節(jié)時 再釋放SCL線使之為高電平 從而使數(shù)據(jù)傳送可以繼續(xù)進行 三 數(shù)據(jù)傳送格式 1 字節(jié)傳送與應答 每一個字節(jié)必須保證是8位長度 數(shù)據(jù)傳送時 先傳送最高位 MSB 每一個被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應答位 即一幀共有9位 2 數(shù)據(jù)幀格式I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號是廣義的 既包括地址信號 又包括真正的數(shù)據(jù)信號 在起始信號后必須傳送一個從機的地址 7位 第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位 R T 用 0 表示主機發(fā)送數(shù)據(jù) T 1 表示主機接收數(shù)據(jù) R 每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機產生的終止信號結束 但是 若主機希望繼續(xù)占用總線進行新的數(shù)據(jù)傳送 則可以不產生終止信號 馬上再次發(fā)出起始信號對另一從機進行尋址 在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中 可以有以下幾種組合方式 由于某種原因從機不對主機尋址信號應答時 如從機正在進行實時性的處理工作而無法接收總線上的數(shù)據(jù) 它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平 而由主機產生一個終止信號以結束總線的數(shù)據(jù)傳送 如果從機對主機進行了應答 但在數(shù)據(jù)傳送一段時間后無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時 從機可以通過對無法接收的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的 非應答 通知主機 主機則應發(fā)出終止信號以結束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送 當主機接收數(shù)據(jù)時 它收到最后一個數(shù)據(jù)字節(jié)后 必須向從機發(fā)出一個結束傳送的信號 這個信號是由對從機的 非應答 來實現(xiàn)的 然后 從機釋放SDA線 以允許主機產生終止信號 a 主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)傳送方向在整個傳送過程中不變 注 有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機向從機傳送 無陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機向主機傳送 A表示應答 A非表示非應答 高電平 S表示起始信號 P表示終止信號 b 主機在第一個字節(jié)后 立即從從機讀數(shù)據(jù) c 在傳送過程中 當需要改變傳送方向時 起始信號和從機地址都被重復產生一次 但兩次讀 寫方向位正好反相 四 總線的尋址 I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定 采用7位的尋址字節(jié) 尋址字節(jié)是起始信號后的第一個字節(jié) 1 尋址字節(jié)的位定義D7 D1位組成從機的地址 D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位 為 0 時表示主機向從機寫數(shù)據(jù) 為 1 時表示主機由從機讀數(shù)據(jù) 主機發(fā)送地址時 總線上的每個從機都將這7位地址碼與自己的地址進行比較 如果相同 則認為自己正被主機尋址 根據(jù)R T位將自己確定為發(fā)送器或接收器 從機的地址由固定部分和可編程部分組成 在一個系統(tǒng)中可能希望接入多個相同的從機 從機地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目 如一個從機的7位尋址位有4位是固定位 3位是可編程位 這時僅能尋址8個同樣的器件 即可以有8個同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中 10 2 1總線數(shù)據(jù)傳送的模擬 主機可以采用不帶I2C總線接口的單片機 如80C51 STC89C52等單片機 利用軟件實現(xiàn)I2C總線的數(shù)據(jù)傳送 即軟件與硬件結合的信號模擬 一 典型信號模擬為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性 標準的I2C總線的數(shù)據(jù)傳送有嚴格的時序要求 I2C總線的起始信號 終止信號 發(fā)送 0 及發(fā)送 1 的模擬時序 二 典型信號模擬子程序 1 起始信號VoidT2CStart void SDA 1 SomeNop SCL 1 SomeNop SDA 0 SomeNop 2 終止信號voidI2cStop void SDA 0 SomeNop SCL 1 SomeNop SDA 1 SomeNop 10 2 2I2C總線器件的擴展一 擴展電路 二 串行E2PROM的擴展 1 串行E2PROM典型產品ATMEL公司的AT24C系列 AT24C01 128字節(jié) 128 8位 AT24C02 256字節(jié) 256 8位 AT24C04 512字節(jié) 512 8位 AT24C08 1K字節(jié) 1K 8位 AT24C16 2K字節(jié) 2K 8位 10 3串行通信總線的總結 SPI或類SPI總線 ADC0832DS1302UART總線 串口II