單片機(jī)原理及應(yīng)用課件：第7章 單片機(jī)系統(tǒng)的串行擴(kuò)展

1、1單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 7.1 MCS-51系統(tǒng)的串行擴(kuò)展原理系統(tǒng)的串行擴(kuò)展原理 目前，對(duì)控制系統(tǒng)微型化的要求越來(lái)越高，便攜式的智能化儀器需求量目前，對(duì)控制系統(tǒng)微型化的要求越來(lái)越高，便攜式的智能化儀器需求量越來(lái)越大。為了使儀器微型化，首先要設(shè)法減少儀器所用芯片的引腳數(shù)。這越來(lái)越大。為了使儀器微型化，首先要設(shè)法減少儀器所用芯片的引腳數(shù)。這樣一來(lái)過(guò)去常用的并行總線接口方案由于需要較多的引腳數(shù)而不得不舍棄，樣一來(lái)過(guò)去常用的并行總線接口方案由于需要較多的引腳數(shù)而不得不舍棄，轉(zhuǎn)而采用只需少量引腳數(shù)的串行總線接口方案。轉(zhuǎn)而采用只需少量引腳數(shù)的串

2、行總線接口方案。SPI ( Serial Peripheral SPI ( Serial Peripheral Interface ) Interface ) 和和I I2 2C ( Inter-Integrated Circuit ) C ( Inter-Integrated Circuit ) 就是兩種常用的串行總就是兩種常用的串行總線接口。線接口。SPISPI三線總線只需三線總線只需3 3根引腳線就可與外部設(shè)備相連。而根引腳線就可與外部設(shè)備相連。而I I2 2C C 兩線總線兩線總線則只需則只需2 2根引腳線就可與外部設(shè)備相連。根引腳線就可與外部設(shè)備相連。 7.1.1 SPI三線總線三線

3、總線 一一SPI總線概述總線概述 SPI實(shí)際上是一種串行總線接實(shí)際上是一種串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)?？跇?biāo)準(zhǔn)。SPI方式可允許同時(shí)同步方式可允許同時(shí)同步傳送和接收傳送和接收8位數(shù)據(jù)，它工作時(shí)傳位數(shù)據(jù)，它工作時(shí)傳輸速率最高可達(dá)幾十兆位輸速率最高可達(dá)幾十兆位/秒。秒。SPI用以下用以下3個(gè)引腳來(lái)完成通信：個(gè)引腳來(lái)完成通信： (1)串行數(shù)據(jù)輸出串行數(shù)據(jù)輸出SDO ( Serial Data Out )。 (2)串行數(shù)據(jù)輸入串行數(shù)據(jù)輸入SDI ( Serial Data In )。 (3)串行時(shí)鐘串行時(shí)鐘SCK ( Serial Clock )。圖圖 7-1 主機(jī)、從機(jī)之間主機(jī)、從機(jī)之間SPI總線連接示意圖總線

4、連接示意圖2單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 二二. SPI總線的結(jié)構(gòu)與工作原理總線的結(jié)構(gòu)與工作原理 SPI總線有主機(jī)、從機(jī)的概念。主機(jī)的發(fā)送與從機(jī)的接收相連，主機(jī)的總線有主機(jī)、從機(jī)的概念。主機(jī)的發(fā)送與從機(jī)的接收相連，主機(jī)的接收與從機(jī)的發(fā)送相連，主機(jī)產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)輸出到從機(jī)的時(shí)鐘引腳上，接收與從機(jī)的發(fā)送相連，主機(jī)產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)輸出到從機(jī)的時(shí)鐘引腳上，除了以上三根通訊線外，一般從機(jī)還需一根片選控制線。除了以上三根通訊線外，一般從機(jī)還需一根片選控制線。 由于由于SPI的數(shù)據(jù)輸出線（的數(shù)據(jù)輸出線（SDO）和數(shù)據(jù)輸入線（）和數(shù)據(jù)輸入線（SDI）是分開(kāi)的

5、，因此）是分開(kāi)的，因此允許主機(jī)、從機(jī)之間發(fā)送和接收同時(shí)進(jìn)行，至于數(shù)據(jù)是否有效取決與應(yīng)用允許主機(jī)、從機(jī)之間發(fā)送和接收同時(shí)進(jìn)行，至于數(shù)據(jù)是否有效取決與應(yīng)用軟件。當(dāng)主機(jī)發(fā)出片選控制信號(hào)以后，數(shù)據(jù)的傳輸節(jié)拍由主機(jī)的軟件。當(dāng)主機(jī)發(fā)出片選控制信號(hào)以后，數(shù)據(jù)的傳輸節(jié)拍由主機(jī)的SCK信號(hào)信號(hào)控制。對(duì)具有控制。對(duì)具有SPI功能的單片機(jī)，時(shí)序圖中的功能的單片機(jī)，時(shí)序圖中的SDO和和SCK的波形由硬件自的波形由硬件自動(dòng)產(chǎn)生，數(shù)據(jù)的接收也是由硬件自動(dòng)完成的。主機(jī)的動(dòng)產(chǎn)生，數(shù)據(jù)的接收也是由硬件自動(dòng)完成的。主機(jī)的SS信號(hào)有效后，選中信號(hào)有效后，選中從設(shè)備，在從設(shè)備，在SCK的上升沿主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，的上升沿主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，SC

6、K的下降沿主機(jī)接收數(shù)據(jù)。而的下降沿主機(jī)接收數(shù)據(jù)。而對(duì)沒(méi)有對(duì)沒(méi)有SPI功能的單片機(jī)，則時(shí)序圖中的功能的單片機(jī)，則時(shí)序圖中的SDO和和SCK的波形要由軟件產(chǎn)生，的波形要由軟件產(chǎn)生，數(shù)據(jù)的接收也要由軟件來(lái)完成。數(shù)據(jù)的接收也要由軟件來(lái)完成。圖圖7-2 SPI通訊的時(shí)序圖通訊的時(shí)序圖3單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 7.1.2 I C 公用雙總線公用雙總線 一一. I2C總線概述總線概述 I2C 也是一種串行總線的外設(shè)接口，它采用同步方式串行接收或發(fā)送信也是一種串行總線的外設(shè)接口，它采用同步方式串行接收或發(fā)送信息，兩個(gè)設(shè)備在同一個(gè)時(shí)鐘下工作。與息，兩個(gè)

7、設(shè)備在同一個(gè)時(shí)鐘下工作。與SPI不同的是不同的是I2C 只用兩根線：只用兩根線： (1)串行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)SDA ( Serial Data )。 (2)串行時(shí)鐘串行時(shí)鐘SCL ( Serial Clock )。 由于由于I2C 只有一根數(shù)據(jù)線，因此其發(fā)送信息和接收信息不能同時(shí)進(jìn)行。只有一根數(shù)據(jù)線，因此其發(fā)送信息和接收信息不能同時(shí)進(jìn)行。信息的發(fā)送和接收只能分時(shí)進(jìn)行。信息的發(fā)送和接收只能分時(shí)進(jìn)行。I2C 串行總線工作時(shí)傳輸速率最高可達(dá)串行總線工作時(shí)傳輸速率最高可達(dá)400K位位/秒。秒。二二I2C 的結(jié)構(gòu)與工作原理的結(jié)構(gòu)與工作原理 I2C總線上所有器件的總線上所有器件的SDA 線線并接在一起，所有器

8、件的并接在一起，所有器件的SCL線并線并接在一起，且接在一起，且SDA 線和線和SCL線必線必須通過(guò)上拉電阻連接到正電源。須通過(guò)上拉電阻連接到正電源。圖圖7-3為為I2C總線器件的連接圖。總線器件的連接圖。圖圖7-3 I2C總線器件電氣連接圖總線器件電氣連接圖4單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議要比總線的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議要比SPI總線復(fù)雜一些，因?yàn)榭偩€復(fù)雜一些，因?yàn)镮2C總線器件總線器件沒(méi)有片選控制線，所以沒(méi)有片選控制線，所以I2C總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_(kāi)始必須，由主器件產(chǎn)生通訊的總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_(kāi)始必須，由主器件產(chǎn)生通訊的開(kāi)始條件（

9、開(kāi)始條件（SCL高電平時(shí)，高電平時(shí)，SDA產(chǎn)生負(fù)跳變）；通訊結(jié)束時(shí)，由主器件產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)跳變）；通訊結(jié)束時(shí)，由主器件產(chǎn)生通訊的結(jié)束條件（生通訊的結(jié)束條件（SCL高電平時(shí)，高電平時(shí)，SDA產(chǎn)生正跳變）。產(chǎn)生正跳變）。SDA線上的數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)在在SCL高電平期間必須保持穩(wěn)定，否則會(huì)被誤認(rèn)為開(kāi)始條件或結(jié)束條件，高電平期間必須保持穩(wěn)定，否則會(huì)被誤認(rèn)為開(kāi)始條件或結(jié)束條件，只有在只有在SCL低電平期間才能改變低電平期間才能改變SDA線上的數(shù)據(jù)。圖線上的數(shù)據(jù)。圖7-4為為I2C總線的數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸波形圖。傳輸波形圖。圖圖7-4 I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸波形圖?？偩€的數(shù)據(jù)傳輸波形圖。5單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理

10、及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 7.2 單片機(jī)的外部串行擴(kuò)展單片機(jī)的外部串行擴(kuò)展 串行外圍器件由于具有體積小、價(jià)格低、占用串行外圍器件由于具有體積小、價(jià)格低、占用I/O口線少等優(yōu)點(diǎn)。正口線少等優(yōu)點(diǎn)。正在越來(lái)越多的領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。下面分別介紹串行在越來(lái)越多的領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。下面分別介紹串行E2PROM、串行輸入輸、串行輸入輸出接口、串行出接口、串行A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 7.2.1 串行擴(kuò)展串行擴(kuò)展E2 PROM 串行串行E2PROM具有體積小（通常為具有體積?。ㄍǔ?腳封裝）、價(jià)格低、占用腳封裝）、價(jià)格低、占用I/O口線口線少、壽命長(zhǎng)（能重復(fù)使用少、壽命長(zhǎng)（能重復(fù)使

11、用100，000次及次及100年數(shù)據(jù)不丟失）、抗干擾能力年數(shù)據(jù)不丟失）、抗干擾能力強(qiáng)、不易被改寫(xiě)等優(yōu)點(diǎn)。隨著當(dāng)今智能化儀表趨于小型化，再加真正需要強(qiáng)、不易被改寫(xiě)等優(yōu)點(diǎn)。隨著當(dāng)今智能化儀表趨于小型化，再加真正需要預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)位、控制位、保密位等數(shù)據(jù)并不占據(jù)太多的存儲(chǔ)空間，串行預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)位、控制位、保密位等數(shù)據(jù)并不占據(jù)太多的存儲(chǔ)空間，串行E2PROM正被廣泛應(yīng)用于多功能的智能化儀表中。表正被廣泛應(yīng)用于多功能的智能化儀表中。表7-2列出了美國(guó)列出了美國(guó)ATMEL公司公司I2C總線的總線的AT24C系列串行系列串行E2PROM，表，表7-3列出了美國(guó)列出了美國(guó)ATMEL公司公司SPI總線的總線的AT25

12、系列串行系列串行E2PROM。為讀者選擇不同容量、。為讀者選擇不同容量、不同接口總線及了解有關(guān)串行不同接口總線及了解有關(guān)串行E2PROM的詳細(xì)性能提供參考。的詳細(xì)性能提供參考。6單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-87單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-88單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-81 AT24C系列系列E2PROM的功能及特點(diǎn)的功能及特點(diǎn) AT24C系列為美國(guó)系列為美國(guó)ATMEL公司推公司推出的串行出的串行CMOS型型E2PROM，具有功耗小，具有功

13、耗小，寬電壓范圍等優(yōu)點(diǎn)。工作電流約，寬電壓范圍等優(yōu)點(diǎn)。工作電流約3mA，靜態(tài)電流隨電源電壓不同為靜態(tài)電流隨電源電壓不同為30uA110 uA，存儲(chǔ)容量有，存儲(chǔ)容量有1288、2568、5128、1K8、2K8、4K8、8K8、16K8、32K8和和64K8等多種規(guī)格，圖等多種規(guī)格，圖7-5為為AT24C系列串行系列串行E2PROM的引腳圖。圖中的引腳圖。圖中A0、A1、A2為器件地址引腳，為器件地址引腳，VSS為地，為地，VCC為正電源，為正電源， 寫(xiě)保護(hù)，寫(xiě)保護(hù)， SCL為串行時(shí)鐘為串行時(shí)鐘線，線，SDA為串行數(shù)據(jù)線。為串行數(shù)據(jù)線。二二 AT24CAT24C系列系列E E2 2PROMPRO

14、M接口及地址選擇接口及地址選擇 AT24C AT24C系列系列E E2 2PROMPROM采用采用I I2 2C C總線，總線，I I2 2C C總線上可掛接多個(gè)接口器件，總線上可掛接多個(gè)接口器件，在在I I2 2C C總線上的每個(gè)器件應(yīng)有唯一的器件地址，按總線上的每個(gè)器件應(yīng)有唯一的器件地址，按I I2 2C C總線規(guī)則，器件地總線規(guī)則，器件地址為址為7 7位二進(jìn)制數(shù)，它與位二進(jìn)制數(shù)，它與1 1位數(shù)據(jù)方向位構(gòu)成一個(gè)器件尋址字節(jié)。器件尋位數(shù)據(jù)方向位構(gòu)成一個(gè)器件尋址字節(jié)。器件尋址字節(jié)的最低位（址字節(jié)的最低位（D0D0）為方向位（讀）為方向位（讀/ /寫(xiě)）；最高寫(xiě)）；最高4 4位（位（D7D7D4D

15、4）為器件）為器件型號(hào)地址（不同的型號(hào)地址（不同的I I2 2C C總線接口器件的型號(hào)地址由廠家給定，總線接口器件的型號(hào)地址由廠家給定，AT24CAT24C系列系列E E2 2PROMPROM的型號(hào)地址皆為的型號(hào)地址皆為10101010）；其余）；其余3 3位（位（D3D3D1D1）與器件引腳地址）與器件引腳地址A2A1A0A2A1A0相對(duì)應(yīng)。器件地址格式：相對(duì)應(yīng)。器件地址格式：1010 A2A1A0 1010 A2A1A0 圖圖7-5 AT24C系列串行系列串行E2PROM的引腳圖的引腳圖9單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 對(duì)于對(duì)于E2PRO

16、M的片內(nèi)地址，的片內(nèi)地址，AT24C 01和和AT24C02由于芯片容量由于芯片容量可用一個(gè)字節(jié)表示，故讀寫(xiě)某個(gè)單元前，先向可用一個(gè)字節(jié)表示，故讀寫(xiě)某個(gè)單元前，先向E2PROM寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的器寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的器件地址，再寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的片內(nèi)地址。而件地址，再寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的片內(nèi)地址。而AT24C04、AT24C08 和和AT24C16分別需要分別需要9位、位、10位和位和11位片內(nèi)地址，所以位片內(nèi)地址，所以AT24C04把器件地址把器件地址中的中的D1作為片內(nèi)地址的最高位，作為片內(nèi)地址的最高位，AT24C08把器件地址中的把器件地址中的D2D1作為片內(nèi)作為片內(nèi)地址的最高兩位，地址的最高兩位，AT24

17、C16把器件地址中的把器件地址中的D3D2D1作為片內(nèi)地址的最高作為片內(nèi)地址的最高三位。凡在系統(tǒng)中把器件的引腳地址用作片內(nèi)地址后，該引腳在電路中不三位。凡在系統(tǒng)中把器件的引腳地址用作片內(nèi)地址后，該引腳在電路中不得使用，作懸空處理。得使用，作懸空處理。AT24C32、 AT24C64、 AT24C128、 AT24C256和和 AT24C512的片內(nèi)地址采用兩個(gè)字節(jié)。的片內(nèi)地址采用兩個(gè)字節(jié)。 三三. AT24C系列系列E2PROM的讀寫(xiě)操作原理的讀寫(xiě)操作原理 下列讀寫(xiě)操作中下列讀寫(xiě)操作中SDA線上數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)標(biāo)記注釋如下：線上數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)標(biāo)記注釋如下： S為開(kāi)始信號(hào)（為開(kāi)始信號(hào)（SCL高電平時(shí)，

18、高電平時(shí)，SDA產(chǎn)生負(fù)跳變），由主機(jī)發(fā)送。產(chǎn)生負(fù)跳變），由主機(jī)發(fā)送。 P為結(jié)束信號(hào)（為結(jié)束信號(hào)（SCL高電平時(shí)，高電平時(shí)，SDA產(chǎn)生正跳變），由主機(jī)發(fā)送。產(chǎn)生正跳變），由主機(jī)發(fā)送。 addr、addr_H 和和addr_L 為地址字節(jié)，指定片內(nèi)某一單元地址，由主機(jī)發(fā)送。為地址字節(jié)，指定片內(nèi)某一單元地址，由主機(jī)發(fā)送。 data 為數(shù)據(jù)字節(jié)，由數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送。為數(shù)據(jù)字節(jié)，由數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送。 0為肯定應(yīng)答信號(hào)，由數(shù)據(jù)接收方發(fā)送。為肯定應(yīng)答信號(hào)，由數(shù)據(jù)接收方發(fā)送。10單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 1為否定應(yīng)答信號(hào)為否定應(yīng)答信號(hào), 由數(shù)據(jù)接收方發(fā)送。

19、由數(shù)據(jù)接收方發(fā)送。 主機(jī)控制數(shù)據(jù)線主機(jī)控制數(shù)據(jù)線SDA 時(shí)，在時(shí)，在SCL高電平期間必須保持高電平期間必須保持SDA線上的線上的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，否則會(huì)被誤認(rèn)為對(duì)從機(jī)開(kāi)始條件或結(jié)束條件。主機(jī)只能在數(shù)據(jù)穩(wěn)定，否則會(huì)被誤認(rèn)為對(duì)從機(jī)開(kāi)始條件或結(jié)束條件。主機(jī)只能在SCL低電平期間改變低電平期間改變SDA線上的數(shù)據(jù)。主機(jī)寫(xiě)操作期間，用線上的數(shù)據(jù)。主機(jī)寫(xiě)操作期間，用SCL的上升沿寫(xiě)入的上升沿寫(xiě)入數(shù)據(jù)；主機(jī)讀操作期間，用數(shù)據(jù)；主機(jī)讀操作期間，用SCL的下降沿讀出數(shù)據(jù)。的下降沿讀出數(shù)據(jù)。 AT24C系列系列AT24C01AT24C16芯片的存儲(chǔ)容量最多為中讀芯片的存儲(chǔ)容量最多為中讀n個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)格式

20、從從AT24C系列系列AT24C01AT24C16中讀中讀n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式：個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式：從從AT24C系列系列AT24C32AT24C512中讀中讀n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式：個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式：向向AT24C系列系列AT24C01AT24C16中寫(xiě)中寫(xiě)n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式（個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式（n頁(yè)頁(yè)長(zhǎng)，且長(zhǎng)，且n個(gè)字節(jié)不能跨頁(yè)）：個(gè)字節(jié)不能跨頁(yè)）：11單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8向向AT24C系列系列AT24C32AT24C512中寫(xiě)中寫(xiě)n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式（個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式（n頁(yè)長(zhǎng)，頁(yè)長(zhǎng)，且且n個(gè)字節(jié)不能跨頁(yè)）：個(gè)字節(jié)不能跨頁(yè)）：四、四、AT2

21、4C系列系列E2PROM與與MCS-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換 圖圖7-6 為一片為一片AT24C系列系列E2PROM與與MCS-51單片機(jī)的連接電路圖。單片機(jī)的連接電路圖。若有多片若有多片E2PROM與與MCS-51單片機(jī)相連，則各單片機(jī)相連，則各E2PROM的器件地址引的器件地址引腳接線要不同。腳接線要不同。圖圖7-6 AT24C系列系列E2PROM與與MCS-51單片機(jī)的連接電路圖單片機(jī)的連接電路圖12單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 7.2.2 串行擴(kuò)展串行擴(kuò)展I/O接口接口 MCS-51單片機(jī)的并行單片機(jī)的并行I/O接口與外

22、部接口與外部RAM是統(tǒng)一編址的，即擴(kuò)展并是統(tǒng)一編址的，即擴(kuò)展并行行I/O接口要占用單片機(jī)的外部接口要占用單片機(jī)的外部RAM的空間。若用串行的方法擴(kuò)展的空間。若用串行的方法擴(kuò)展I/O接口，接口，則可以節(jié)省系統(tǒng)的硬件開(kāi)銷(xiāo)，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法。下面分別介紹串則可以節(jié)省系統(tǒng)的硬件開(kāi)銷(xiāo)，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法。下面分別介紹串行輸入接口和串行輸出接口。行輸入接口和串行輸出接口。一一.串行輸入接口串行輸入接口74LS165 74LS165是一個(gè)是一個(gè)8輸入，串行輸出的接口電路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖輸入，串行輸出的接口電路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7-7所所示。示。圖圖7-7 74LS165內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖13單片機(jī)

23、原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 為為 數(shù)據(jù)鎖存端，當(dāng)數(shù)據(jù)鎖存端，當(dāng) 為低電平時(shí)鎖存數(shù)據(jù)；為低電平時(shí)鎖存數(shù)據(jù)；CP1和和CP2為移位為移位脈沖輸入端；脈沖輸入端；Q7為數(shù)據(jù)輸出端；為數(shù)據(jù)輸出端；DS為數(shù)據(jù)輸出端；為數(shù)據(jù)輸出端；CP的上升沿移出數(shù)的上升沿移出數(shù)據(jù)。據(jù)。74LS165作為串行輸入接口可以單片使用，也可級(jí)聯(lián)使用。級(jí)聯(lián)使作為串行輸入接口可以單片使用，也可級(jí)聯(lián)使用。級(jí)聯(lián)使用的電路圖用的電路圖7-8所示。所示。PLPL圖圖7-8 74LS165級(jí)聯(lián)使用電路連接圖級(jí)聯(lián)使用電路連接圖二串行輸出接口二串行輸出接口74LS164 74LS164是一個(gè)串行

24、輸入，是一個(gè)串行輸入，8位并行輸出的接口電路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)位并行輸出的接口電路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖如圖7-9所示。所示。 為清零端，當(dāng)為清零端，當(dāng) 為低電平時(shí)清零；為低電平時(shí)清零；A和和B為數(shù)據(jù)輸出端；為數(shù)據(jù)輸出端；CP端為移位脈沖輸入端，端為移位脈沖輸入端，CP的上升沿移入數(shù)據(jù)。的上升沿移入數(shù)據(jù)。74LS164作為串行輸作為串行輸出接口可以單片使用，也可級(jí)聯(lián)使用。級(jí)聯(lián)使用的電路連接如圖出接口可以單片使用，也可級(jí)聯(lián)使用。級(jí)聯(lián)使用的電路連接如圖7-10MRMR14單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8圖圖7-9 74LS164內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖圖7-10

25、 74LS164級(jí)聯(lián)使用電路連接圖級(jí)聯(lián)使用電路連接圖15單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 7.2.3 串行擴(kuò)展串行擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 隨著對(duì)智能化儀表微型化要求的越來(lái)越高，串行隨著對(duì)智能化儀表微型化要求的越來(lái)越高，串行A/D轉(zhuǎn)換器件由于具轉(zhuǎn)換器件由于具有體積小、價(jià)格低、占用有體積小、價(jià)格低、占用I/O口線少等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。美國(guó)的模擬器件口線少等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。美國(guó)的模擬器件公司公司(ADI)、MAXIM公司和德州儀器公司和德州儀器(TI)公司等許多公司紛紛推出能滿足不公司等許多公司紛紛推出能滿足不同用戶要求的串行同用戶要求的串行A/D

26、轉(zhuǎn)換器件。表轉(zhuǎn)換器件。表7.4列出了美國(guó)列出了美國(guó)TI公司系列串行公司系列串行A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器件。換器件。一一. 11通道通道12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹 TLC2543是德州儀器公司生產(chǎn)的是德州儀器公司生產(chǎn)的12位開(kāi)關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，位開(kāi)關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間最大轉(zhuǎn)換時(shí)間10s，11個(gè)模擬輸入通道，個(gè)模擬輸入通道，3路內(nèi)置自測(cè)試方式，采樣率為路內(nèi)置自測(cè)試方式，采樣率為66kbps，線性誤差，線性誤差1LSBmax，有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出，有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出EOC，具有單、雙極性，具有單、雙極性輸出，可編程的輸出，可編程的

27、MSB或或LSB前導(dǎo)，可編程輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。它具有三個(gè)控制前導(dǎo)，可編程輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。它具有三個(gè)控制輸入端，采用簡(jiǎn)單的輸入端，采用簡(jiǎn)單的3線線SPI串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接，是串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接，是12位數(shù)位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。圖據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。圖7-11和圖和圖7-12分別是分別是TLC2543的引腳的引腳排列圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。排列圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。TLC2543有兩種封裝形式。表有兩種封裝形式。表7.5是是TLC2543的引的引腳功能說(shuō)明腳功能說(shuō)明16單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8圖圖7-11 TLC2

28、543的引腳排列圖的引腳排列圖圖圖7-12 TLC2543的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖17單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-818單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 表表7-5 TLC2543的引腳功能說(shuō)明的引腳功能說(shuō)明二二TLC2543的工作方式和輸入通道的選擇的工作方式和輸入通道的選擇 TLC2543是一個(gè)多通道和多工作方式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，其工作方式是一個(gè)多通道和多工作方式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，其工作方式和輸入通道的選擇是通過(guò)向和輸入通道的選擇是通過(guò)向TLC2543的控制寄存器寫(xiě)入一個(gè)八位的控制的控制寄存器

29、寫(xiě)入一個(gè)八位的控制字來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)八位的控制字由四個(gè)部份組成：字來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)八位的控制字由四個(gè)部份組成：D7 D6 D5 D4選擇輸入選擇輸入通道，通道，D3 D2選擇輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，選擇輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，D1選擇輸出數(shù)據(jù)順序，選擇輸出數(shù)據(jù)順序，D0選擇轉(zhuǎn)換結(jié)選擇轉(zhuǎn)換結(jié)果的極性。八位控制字的各位的含義如表果的極性。八位控制字的各位的含義如表7-6表表7-9所示。主機(jī)以所示。主機(jī)以MSB為為前導(dǎo)方式將控制字寫(xiě)入前導(dǎo)方式將控制字寫(xiě)入TLC2543的控制寄存器，每個(gè)數(shù)據(jù)位都是在的控制寄存器，每個(gè)數(shù)據(jù)位都是在CLOCK序列的上升沿被寫(xiě)入控制寄存器。序列的上升沿被寫(xiě)入控制寄存器。19單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原

30、理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8表表7-6 輸入通道選擇輸入通道選擇表表7-7 輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇20單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8表表7-8 輸出數(shù)據(jù)順序選擇輸出數(shù)據(jù)順序選擇表表7-9 轉(zhuǎn)換結(jié)果極性選擇轉(zhuǎn)換結(jié)果極性選擇21單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用常州大學(xué)信息學(xué)常州大學(xué)信息學(xué)院院2021-10-8 三三TLC2543的讀寫(xiě)時(shí)序的讀寫(xiě)時(shí)序 當(dāng)片選信號(hào)為高電平時(shí)，當(dāng)片選信號(hào)為高電平時(shí)，CLOCK 和和 DATA_ IN 被禁止、被禁止、DATA_ OUT為高阻狀態(tài)，以便為為高阻狀態(tài)，以便為SPI總線

31、上的其它器件讓出總線。在片選信號(hào)總線上的其它器件讓出總線。在片選信號(hào) 的下降沿，的下降沿，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的第一位數(shù)據(jù)出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換結(jié)果的第一位數(shù)據(jù)出現(xiàn)在DATA_ OUT引腳上，引腳上，A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換結(jié)果的其它數(shù)據(jù)位在時(shí)鐘信號(hào)換結(jié)果的其它數(shù)據(jù)位在時(shí)鐘信號(hào)CLOCK 的下降沿被串行輸出到的下降沿被串行輸出到DATA_ OUT引腳。在片選信號(hào)下降沿以后，時(shí)鐘信號(hào)引腳。在片選信號(hào)下降沿以后，時(shí)鐘信號(hào)CLOCK 的前八個(gè)上升沿將的前八個(gè)上升沿將八位控制字從八位控制字從DATA_ IN引腳串行輸入到引腳串行輸入到TLC2543的控制寄存器。在片選的控制寄存器。在片選信號(hào)下降沿以后，經(jīng)歷信號(hào)下降沿以后，經(jīng)歷8個(gè)

32、個(gè)(或或12個(gè)個(gè)/或或16個(gè)個(gè)) 時(shí)鐘信號(hào)完成對(duì)時(shí)鐘信號(hào)完成對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的一次讀寫(xiě)。本次寫(xiě)入的控制字在下一次轉(zhuǎn)換中起作用，本次讀出的結(jié)果由一次讀寫(xiě)。本次寫(xiě)入的控制字在下一次轉(zhuǎn)換中起作用，本次讀出的結(jié)果由上次輸入的控制字決定。上次輸入的控制字決定。A/D轉(zhuǎn)換可由片選的下降沿觸發(fā)，也可由轉(zhuǎn)換可由片選的下降沿觸發(fā)，也可由CLOCK信號(hào)觸發(fā)。圖信號(hào)觸發(fā)。圖7-13是由片選的下降沿觸發(fā)是由片選的下降沿觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位、位、以以MSB導(dǎo)前的讀寫(xiě)時(shí)序圖。圖導(dǎo)前的讀寫(xiě)時(shí)序圖。圖7-14是由是由CLOCK信號(hào)觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為據(jù)長(zhǎng)度為8位、以位、以MSB導(dǎo)前的讀寫(xiě)時(shí)序圖。圖導(dǎo)前的讀寫(xiě)時(shí)序圖。圖7-15是由片選的下降沿觸發(fā)是由片選的下降沿觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為12位、以位、以MSB導(dǎo)前的讀寫(xiě)時(shí)序圖。圖導(dǎo)前的讀寫(xiě)時(shí)序圖。圖7-16是由是由CLOCK信號(hào)觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為12位、以位、以MSB導(dǎo)前的讀寫(xiě)時(shí)導(dǎo)前的讀寫(xiě)時(shí)序圖。圖中的（序圖。圖中的（A11 A10 A9 A8） A7 A0為（為（12）8位的位的A/D