第9章串行擴(kuò)展技術(shù)

1、第9章串行擴(kuò)展技術(shù) 了解串行擴(kuò)展的分類和特點(diǎn)。 了解Microware、1-wire、USB和CAN總線。 掌握I2C總線的原理。 掌握SPI總線的原理。nI2C總線的軟件模擬。nSPI總線的軟件模擬。 9.1 串行擴(kuò)展概述 9.2 UART串行擴(kuò)展接口 9.3 I2C串行擴(kuò)展總線 9.4 SPI串行擴(kuò)展接口 本章小結(jié)習(xí)題 9.1.1 串行擴(kuò)展的種類 9.1.2 串行擴(kuò)展的特點(diǎn) 新一代單片機(jī)技術(shù)的顯著特點(diǎn)之一就是串行擴(kuò)展總線和接口的推出。常用的串行擴(kuò)展總線和接口有I2C總線、SPI總線、Microware總線、1-wire總線和CAN總線等。 （1）UART串行擴(kuò)展接口 （Universal

2、Asynchronous Receiver/Transmitter） UART通用異步收發(fā)器，既能同步又能異步通信的硬件電路稱為UART。UART是用于控制計(jì)算機(jī)與串行設(shè)備的芯片，它提供了RS232C數(shù)據(jù)終端設(shè)備接口，這樣計(jì)算機(jī)就可以和調(diào)制解調(diào)器或其它使用RS232C接口的串行設(shè)備通信了。 （2）I2C（Inter Integrated Circuit）串行擴(kuò)展總線 I2C總線是Philip公司推出的芯片間串行傳輸總線。它用兩根線實(shí)現(xiàn)了完善的全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，可以極為方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。（3）SPI(Serial Peripheral Interface) 串行擴(kuò)展接口 S

3、PI總線是Motorola公司提出的一種同步串行外設(shè)接口。允許MCU與各種外圍設(shè)備以同步串行方式進(jìn)行通信。其外圍設(shè)備種類繁多，從最簡(jiǎn)單的TTL移位寄存器到復(fù)雜的LCD顯示驅(qū)動(dòng)器、網(wǎng)絡(luò)控制器等，可謂應(yīng)有盡有。 （4）Microware串行擴(kuò)展接口 Microware總線是NS公司提出的串行同步雙工通信接口，用于8位COP800系列單片機(jī)和16位HPC系列單片機(jī)。（5）單總線（1-wire）串行擴(kuò)展總線 1-wire總線是Dallas公司研制開發(fā)的一種協(xié)議，用于便攜式儀表和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。（6）USB（Universal Serial BUS）串行擴(kuò)展總線 USB總線是Compaq、Intel、Mi

4、crosoft、NEC等公司聯(lián)合制定的一種計(jì)算機(jī)串行通信協(xié)議。 （7）CAN（Controller Area Network）串行擴(kuò)展總線 CAN總線是德國Bosch公司最先提出的多主機(jī)局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備。 串行擴(kuò)展總線技術(shù)是新一代單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)。與并行擴(kuò)展總線相比，串行擴(kuò)展總線有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，程序編寫方便，易于實(shí)現(xiàn)用戶系統(tǒng)軟硬件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)。 常用串行擴(kuò)展總線和接口的特點(diǎn)簡(jiǎn)要說明如下： （1）

5、UART串行擴(kuò)展接口 UART接口是二線制，8051單片機(jī)的UART既能作通用異步接收和發(fā)送器，又能作同步移位寄存器。它可以實(shí)現(xiàn)8051單片機(jī)系統(tǒng)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單機(jī)通信或多機(jī)通信，也可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展I/O口。 （2）I2C總線 I2C總線是二線制，采用器件地址的硬件設(shè)置方法，通過軟件尋址完全避免了器件的片選線尋址方法，從而使硬件系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單靈活的擴(kuò)展方法。I2C總線簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，易于實(shí)現(xiàn)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化。（3）SPI串行擴(kuò)展接口 SPI總線是三線制，可直接與多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口，在SPI從設(shè)備較少而沒有總線擴(kuò)展能力的單片機(jī)系統(tǒng)中使用特別方便。即使在有總線擴(kuò)展能力的系統(tǒng)中采用SPI設(shè)備也可以簡(jiǎn)化電

6、路設(shè)計(jì)，省掉很多常規(guī)電路中的接口器件，從而提高了設(shè)計(jì)的可靠性。 （4）Microware串行擴(kuò)展接口 Microware總線是三線制，由一根數(shù)據(jù)輸出（SO）線、一根數(shù)據(jù)輸入（SI）線和一根時(shí)鐘（SK）線組成。所有從器件的時(shí)鐘線連接到同一根SK線上，主器件向SK線發(fā)送時(shí)鐘脈沖信號(hào)，從器件在時(shí)鐘信號(hào)的同步沿輸出/輸入數(shù)據(jù)。主器件的數(shù)據(jù)輸出線SO和所有從器件的數(shù)據(jù)輸入線相接，從器件的數(shù)據(jù)輸出線都接到主器件的數(shù)據(jù)輸入線SI上。（5）1-wire總線 1-wire總線是利用一根線實(shí)現(xiàn)雙向通信，由一個(gè)總線主節(jié)點(diǎn)、一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成系統(tǒng)，通過一根信號(hào)線對(duì)從芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。每一個(gè)符合1-wire協(xié)議的從

7、芯片都有一個(gè)唯一的地址，包括8位分類碼、48位的序列號(hào)和8位CRC代碼。主芯片對(duì)各個(gè)從芯片的尋找依據(jù)這64位的不同來進(jìn)行。單總線節(jié)省I/O引腳資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)。 （6）USB串行擴(kuò)展接口 USB比較于其他傳統(tǒng)接口的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是即插即用的實(shí)現(xiàn)，即插即用（Plug-and-Play）也稱為熱插拔（Hot Plugging）。數(shù)據(jù)傳輸速度快，接口的最高傳輸率可達(dá)12 Mb/s；接口的最高傳輸率可達(dá)480 Mb/s。擴(kuò)展方便，使用USB Hub擴(kuò)展，可以連接127個(gè)USB設(shè)備，連接的方式十分靈活。（7）CAN總線 在由CAN 總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)

8、際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。CAN 可提供高達(dá)1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了CAN的抗電磁干擾能力。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10km時(shí)，CAN 仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。 9.2.1 串行口工作方式 9.2.2 UART串行擴(kuò)展應(yīng)用實(shí)例 串行口有四種工作方式，每一種工作方式都有自己的特點(diǎn)。其中方式0是8位同步通信方式，用于串/并或并/串轉(zhuǎn)換中，常用的串/并轉(zhuǎn)換芯片有74LS164和并/串轉(zhuǎn)換芯片74LS165等。74LS164 是一個(gè)雙列直插式8位串入/并出移位寄存器，其引腳如下圖所示。其引腳定義如下：lA

9、：同步串行數(shù)據(jù)輸入端lB：同步串行數(shù)據(jù)輸入端lQ0Q7：8位并行數(shù)據(jù)輸出端lCK：時(shí)鐘脈沖輸入端lCLR：數(shù)據(jù)清除端(清除輸出數(shù)據(jù)，通常用在移位完成時(shí))lGND：接地端lVCC：電源端74LS165 是一個(gè)雙列直插式8位并入/串出移位寄存器，其引腳如下圖所示。其引腳定義如下：lLD：重新裝載數(shù)據(jù)端(通常用在數(shù)據(jù)完全移出后)lCK：內(nèi)部數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘脈沖輸入端lD0D7：并行數(shù)據(jù)輸入端lQ11：取反串行輸出端lGND：接地端lQ11：串行輸出端lSE：用于填充數(shù)據(jù)移出后的空位的邏輯電平信號(hào)lCOK：和CK聯(lián)合控制數(shù)據(jù)移動(dòng)lVCC：電源端 1 2 3 4 5 6 7 10 9 8 11 12 13

10、14 A B Q7 GND CK CLR VCC Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 12 13 14 15 16 SE D7 VCC D6 D5 D4 COK Q11 1 2 3 4 5 6 7 LD CK D3 Q11 D2 D1 D0 GND 9 11 10 8 74LS164引腳圖 74LS165引腳圖 【例1】 利用74LS164串行輸入并行輸出芯片作一個(gè)簡(jiǎn)單的電子鐘，要求四個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)鐘；其中LED1顯示小時(shí)的十位，LED2顯示小時(shí)的個(gè)位，LED3顯示分鐘的十位，LED4顯示分鐘的個(gè)位。解：原理圖如下圖，采用單片機(jī)的串行口輸出字形碼，用74LS164和74LS138作為擴(kuò)展

11、芯片。 74LS164的功能是將AT89C2051串行通信口輸出的串行數(shù)據(jù)譯碼并在其并口線上輸出，從而驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管。 74LS138是一個(gè)3線-8線譯碼器，它將單片機(jī)輸出的地址信號(hào)譯碼后動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的LED。因74LS138電流驅(qū)動(dòng)能力較小，故用末級(jí)驅(qū)動(dòng)三極管9013作為地址驅(qū)動(dòng)。將4只LED的字段位都連在一起，它們的公共端則由74LS138分時(shí)選通，這樣任何一個(gè)時(shí)刻，都只有一位LED在點(diǎn)亮，也即動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，其優(yōu)點(diǎn)使用串行口進(jìn)行LED通信程序編寫相當(dāng)簡(jiǎn)單，用戶只需將需顯示的數(shù)據(jù)直接送串口發(fā)送緩沖器，等待串行中斷即可。 串行動(dòng)態(tài)LED掃描電路 TXRXORG 0000HLJMP MAI

12、NORG 0040HMAIN：MOV SCON，#00H；初始化串口為方式0MOV R3，#00HLOOP：MOV R4，#0E8HDELAY：LCALL DISPLAY；動(dòng)態(tài)掃描顯示DJNZ R4，DELAYINC R3；顯示數(shù)字增1CJNE R3，#0AH，LOOP；不等于10轉(zhuǎn)移LJMP MAIN 下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)掃描程序，如果再利用上第六章的定時(shí)器就可做成一個(gè)完整的電子鐘，四個(gè)數(shù)碼管顯示為00：00這種形式。在本例中冒號(hào)就不顯示出來了，分別用20H、21H、22H、23H地址存放時(shí)間的時(shí)鐘的十位、時(shí)鐘的個(gè)位、分鐘的十位、分鐘的個(gè)位。用中斷方式做一個(gè)不帶時(shí)鐘芯片的電子鐘，請(qǐng)讀者自己完

13、成。 DISPLAY：CLR P3.2；顯示LED1CLR P3.3LCALL DISPLCALL DELAY1SETB P3.3；顯示LED2LCALL DISPLCALL DELAY1SETB P3.3；顯示LED3CLR P3.2LCALL DISPLCALL DELAY1SETB P3.2；顯示LED4SETB P3.3LCALL DISPLCALL DELAY1RET參考程序:DISP：MOV A，R3；將字形碼送串口MOV DPTR，#TABLEMOVC A，A+DPTRMOV SBUF，AWAIT：JNB TI，WAIT；等待串口傳送CLR TIRETDELAY1：MOV R6，

14、#10H；動(dòng)態(tài)掃描的時(shí)間LOOP1：MOV R7，#38H；間隔DJNZ R7，$DJNZ R6，LOOP1RETTABLE：DB 3FH， 06H,，5BH；09的字形碼DB 4FH， 66H， 6DHDB 7DH， 07H,，7FH,，6FH參考程序:9.3.1 I2C總線的結(jié)構(gòu)原理 9.3.2 I2C總線的軟件模擬 9.3.3 I2C串行擴(kuò)展應(yīng)用實(shí)例 I2C總線是芯片間串行傳輸總線。它用數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL兩根線實(shí)現(xiàn)全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，可方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。I2C總線采用了器件地址的硬件設(shè)置方法，通過軟件尋址完全避免了器件的片選線尋址方法，從而使硬件系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單靈

15、活的擴(kuò)展方法。按照I2C總線規(guī)范，總線傳輸中的所有狀態(tài)都生成相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)碼，系統(tǒng)中的主機(jī)能夠依照這些狀態(tài)碼自動(dòng)地進(jìn)行總線管理，用戶只要在程序中裝入這些標(biāo)準(zhǔn)處理模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)操作要求完成I2C總線的初始化，啟動(dòng)I2C總線，就能自動(dòng)完成規(guī)定的數(shù)據(jù)傳送操作。 #1 #2 #3 #4 VDD SDA SCL RP RP SDA SDA SDA SDA SCL SCL SCL SCL I2C總線接口電路結(jié)構(gòu) I2C總線接口為開漏或開集電極輸出，需加上拉電阻。系統(tǒng)中所有的單片機(jī)、外圍器件都將數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL的同名端相連在一起，總線上的所有節(jié)點(diǎn)都由器件和管腳給定地址。系統(tǒng)中可以直接連接具有I2C總

16、線接口的單片機(jī)，也可以通過總線擴(kuò)展芯片或I/O口的軟件仿真與I2C總線相連。在I2C總線上可以掛接各種類型的外圍器件，如RAM/EEPROM、日歷/時(shí)鐘芯片、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、以及由I/O口、顯示驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的各種模塊。 SDA 和SCL 都是雙向線路，都通過一個(gè)電流源或上拉電阻連接到正的電源電壓；當(dāng)總線空閑時(shí)，這兩條線路都是高電平；連接到總線的器件輸出級(jí)必須是漏極開路或集電極開路才能執(zhí)行線與的功能。I2C 總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率l在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s。l在快速模式下可達(dá)400kbit/s。 l在高速模式下可達(dá)。連接到總線的接口數(shù)量只由總線電容是400pF 的限制決定關(guān)于高

17、速模式主機(jī)器件的信息。 I2C總線上數(shù)據(jù)傳送的基本單位為字節(jié)，采用低位在前的格式。主從器件之間一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為一幀，由啟動(dòng)信號(hào)、若干個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和應(yīng)答位以及停止信號(hào)組成。I2C的主要命令只有讀、寫兩種，雖然讀寫的字節(jié)根據(jù)具體器件的不同而不同，但其時(shí)序關(guān)系不會(huì)發(fā)生改變。下位機(jī)只要具備I2C的基本時(shí)序即可。 這些基本時(shí)序包括：?jiǎn)?dòng)、寫字節(jié)、讀字節(jié)、應(yīng)答位、停止信號(hào)，并可以組合成兩個(gè)子程序：讀N字節(jié)子程序、寫N字節(jié)子程序。 I2C總線最顯著的特點(diǎn)是規(guī)范的完整性、結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性和用戶使用時(shí)的“傻瓜”化。 lI2C總線有嚴(yán)格的規(guī)范，如接口的電氣特性、信號(hào)時(shí)序、信號(hào)傳輸?shù)亩x、總線狀態(tài)設(shè)置、總線管理規(guī)則及總

18、線狀態(tài)處理等。l在I2C總線規(guī)范中，總線上的器件節(jié)點(diǎn)的電氣特性及地址給定都具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，而且各節(jié)點(diǎn)上的器件、模塊都有相對(duì)獨(dú)立的地址編號(hào)。l嚴(yán)格、完善的規(guī)范，并將這些規(guī)范的應(yīng)用盡可能“傻瓜”化，除了有充分的硬件支持外，在軟件方面，Philips公司為用戶提供了一套完善的總線狀態(tài)處理軟件包，以致于用戶可以不去熟悉I2C總線的規(guī)范，不去理睬總線的管理方法，只要掌握I2C總線的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法就可方便地使用I2C總線，并且能很快地掌握I2C總線系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)方法。 1.產(chǎn)生起始位和停止位 I2C總線的起始和停止條件如下圖所示。 分別用和模擬I2C總線的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線，則可給時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線

19、SDA賦值。程序如下： SDA SCL 起始條件 停止條件 SDL EQU P1.0SCA EQU P1.12.發(fā)送起始條件 當(dāng)時(shí)鐘SCL為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線SDA從高電平向低電平切換表示起始條件，即啟動(dòng)I2C總線數(shù)據(jù)傳送。模擬時(shí)序產(chǎn)生時(shí)鐘SCL和SDA發(fā)送的起始條件子程序如下： 使用不同頻率的晶體振蕩器，則要相應(yīng)增刪程序段中NOP指令的條數(shù)，以滿足時(shí)序的要求。 START：SETB SDASETB SCLNOP；NOP的數(shù)目根據(jù)時(shí)鐘頻率確定NOP；此處用NOP來延時(shí)CLR SDANOPNOPCLR SCLRET3.發(fā)送停止條件 當(dāng)時(shí)鐘SCL為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線SDA由低電平向高電平切換表示停止條

20、件，即停止I2C總線數(shù)據(jù)傳送。模擬時(shí)序產(chǎn)生時(shí)鐘SCL和SDA發(fā)送的停止條件子程序如下： 使用不同頻率的晶體振蕩器，則要相應(yīng)增刪程序段中NOP指令的條數(shù)，以滿足時(shí)序的要求。 STOP：CLR SDASETB SCLNOP；NOP的數(shù)目根據(jù)時(shí)鐘頻率確定NOP；此處用NOP來延時(shí)SETB SDANOPNOPCLR SDACLR SCLRET4.發(fā)送應(yīng)答位、非應(yīng)答位子程序I2C總線上的第9個(gè)時(shí)鐘脈沖對(duì)應(yīng)于應(yīng)答位，當(dāng)該位為低電平表示應(yīng)答ACK，當(dāng)該位為高電平表示非應(yīng)答ACK。 I2C總線的應(yīng)答位和非應(yīng)答位如下圖所示。發(fā)送ACK和ACK子程序如下。 發(fā)送 ACK 發(fā)送 ACK SDASCL(1) 發(fā)送應(yīng)答

21、位ACK 由上圖可知，當(dāng)發(fā)送應(yīng)答位ACK時(shí)，只需將SDA設(shè)為低電平、SCL設(shè)為高電平，其區(qū)間的長(zhǎng)短根據(jù)晶振的頻率確定，即改變下列子程序中的NOP數(shù)即可達(dá)到要求，發(fā)送ACK子程序如下： YACK：CLR SDASETB SCLNOP；NOP的數(shù)目根據(jù)時(shí)鐘頻率確定NOP；此處用NOP來延時(shí)CLR SCLSETB SDARET(2) 發(fā)送非應(yīng)答位 由上圖可知，當(dāng)發(fā)送非應(yīng)答位ACK時(shí)，只需將SDA設(shè)為高電平、SCL設(shè)為高電平，其區(qū)間的長(zhǎng)短根據(jù)晶振的頻率確定，即改變下列子程序中的NOP數(shù)即可達(dá)到要求，發(fā)送ACK子程序如下： YNACK：SETB SDASETB SCLNOP；NOP的數(shù)目根據(jù)時(shí)鐘頻率確定

22、NOP；此處用NOP來延時(shí)CLR SCLCLR SDARET5.應(yīng)答位檢查子程序根據(jù)I2C總線協(xié)議，在接收到一個(gè)字節(jié)后，要發(fā)送一個(gè)應(yīng)答位以供檢查，此時(shí)可設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位表示應(yīng)答狀態(tài)。當(dāng)檢查結(jié)果為正常應(yīng)答時(shí)，則標(biāo)志位置0；否則，標(biāo)志位置0。應(yīng)答位檢查子程序如下： TACK：SETB SDA；設(shè)置SDA為輸入方式SETB SCL；產(chǎn)生第9個(gè)時(shí)鐘脈沖NOP；NOP的數(shù)目根據(jù)時(shí)鐘頻率確定NOP；此處用NOP來延時(shí)CLR 30HMOV C，SDAJNC TEND；若正常應(yīng)答，則轉(zhuǎn)移SETB 30HTEND：CLR SCLRET6.字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送子程序根據(jù)I2C總線協(xié)議，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘線為低電平時(shí)變化，高電平時(shí)穩(wěn)

23、定，每一個(gè)時(shí)鐘脈沖傳送一位。模擬I2C總線的SDA接在并行口線，并口中無移位寄存器，要通過指令完成移位后再從SDA串行輸出。I2C總線的字節(jié)數(shù)據(jù)傳送如下圖所示。將待發(fā)送的字節(jié)存于累加器A中，字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送子程序如下： SCL SDA 起始 停止 1 ACK 2 WOBYT：MOV R4，#08H；要發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位LOOP2：RLC A；將待發(fā)送的位送入位CY中JC LOOP1；CY位為1轉(zhuǎn)到LOOP1CLR SDA；置為低電平，發(fā)送0SETB SCL；時(shí)鐘高電平數(shù)據(jù)保持?jǐn)?shù)據(jù)穩(wěn)定NOP；調(diào)節(jié)NOP的個(gè)數(shù)，使延時(shí)4.7u sNOPCLR SCL；時(shí)鐘脈沖變?yōu)榈碗娖剑瑴?zhǔn)備改變數(shù)據(jù)DJNZ R4，

24、LOOP2；若8位未發(fā)送完，轉(zhuǎn)LOOP2繼續(xù)RET；8位發(fā)送完成返回LOOP1：SETB SDA；置為高電平，發(fā)送1SETB SCL；時(shí)鐘為高電平保持?jǐn)?shù)據(jù)穩(wěn)定NOP；調(diào)節(jié)NOP的個(gè)數(shù)，使延時(shí)4.7u sNOPCLR SCL；時(shí)鐘脈沖變?yōu)榈碗娖?，?zhǔn)備改變數(shù)據(jù)CLR SDA；將數(shù)據(jù)改為低電平DJNZ R4，LOOP2；若8位未發(fā)送完，轉(zhuǎn)LOOP2繼續(xù)RET；8位發(fā)送完成返回字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送子程序7.字節(jié)數(shù)據(jù)接收子程序根據(jù)I2C總線協(xié)議，數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘處于高電平期間，數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)才能讀取數(shù)據(jù)，在經(jīng)過八次的時(shí)鐘轉(zhuǎn)換后，讀出八位即一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。I2C總線起始字節(jié)如下圖所示。將讀出的字節(jié)數(shù)據(jù)存于R5中，接收字節(jié)

25、數(shù)據(jù)子程序如下： ACK 起始字節(jié) SCL SDA 起始 停止 1 ACK 2 7 8 9 接收字節(jié)數(shù)據(jù)子程序ROBYT：MOV R4，#08H；要接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位LOOP3：SETB SDA；設(shè)置SDA為輸入方式SETB SCL；SDA上數(shù)據(jù)有效MOV C，SDA；讀入SDA引腳狀態(tài)MOV A，R5；將存放結(jié)果送入A中RLC A；將讀出的1位移入A中MOV R5，ACLR SCL；一個(gè)脈沖結(jié)束，SDA上數(shù)據(jù)無效DJNZ R4，LOOP3；未讀完8位，轉(zhuǎn)到LOOP3RET；讀完返回8.多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送子程序 在完成上述模擬子程序后，根據(jù)I2C總線協(xié)議，可編寫多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送子程序。要發(fā)送的

26、字節(jié)數(shù)存放在R5中，要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊的第一個(gè)數(shù)據(jù)的地址為40H，外圍器件的地址存放在60H中，參考程序如下： WDBYT：LCALL START；起始WLP1：MOV A，60H；設(shè)60H為存放的控制字LCALL WOBYT；發(fā)送讀控制字節(jié)LCALL TACK；檢查應(yīng)答位JB 30H，WLP1；無應(yīng)答位，重發(fā)MOV R0，#40H；40H為第一個(gè)數(shù)據(jù)的首地址WLP2：MOV A， R0；讀一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)LCALL WOBYT；發(fā)送LCALL TACK；檢查應(yīng)答位JB 30H，WLP1；無應(yīng)答位，重發(fā)INC R0；指向下一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)DJNZ R5，WLP2；要發(fā)送數(shù)據(jù)未發(fā)完，再發(fā)送LCALL S

27、TOP；全部數(shù)據(jù)發(fā)完，停止RET；返回9.多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)接收子程序 根據(jù)I2C總線協(xié)議，同樣可編寫多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)接收子程序。要接收的字節(jié)數(shù)存放在R5中，要接收的數(shù)據(jù)塊存放的首地址為50H，外圍器件的地址存放在60H中，參考程序如下： RDBYT：LCALL START；起始RLP1：MOV A，60H；設(shè)60H為存放的控制字LCALL WOBYT；發(fā)送讀控制字節(jié)LCALL TACK；檢查應(yīng)答位JB 30H，RLP1；無應(yīng)答位，重發(fā)MOV R0，#50H；50H為第一個(gè)數(shù)據(jù)的首地址RLP2：LCALL ROBYT；讀入一個(gè)字節(jié)MOV R0，ADJNZ R5，RLP3；要接收數(shù)據(jù)未讀完，再讀入LCAL

28、L YNACK；發(fā)送非應(yīng)答位LCALL STOP；全部數(shù)據(jù)發(fā)完，停止RET；返回RLP3：LCALL YACK；發(fā)送應(yīng)答位INC R0；指向下一個(gè)要存放數(shù)據(jù)的地址SJMP RLP2；調(diào)節(jié)NOP的個(gè)數(shù)，使延時(shí)4.7u s【例2】 將AT89C2051片內(nèi)RAM40H47H單元中的八個(gè)8位數(shù)據(jù)通過I2C總線接口傳送到存儲(chǔ)器AT24C01的50H57H單元中。解：AT24C01是Atmel公司生產(chǎn)的具有I2C總線接口的E2PROM，是目前應(yīng)用較多的AT24C系列存儲(chǔ)器中的一種，芯片存儲(chǔ)容量為1Kb(1288位)。AT24C01引腳如下圖所示。其引腳定義如下： lSCL：串行時(shí)鐘端。lSDA：串行數(shù)據(jù)

29、端，漏極開路， 需接上拉電阻到VCC。lWP：寫保護(hù)， 當(dāng)WP為高電平時(shí)存儲(chǔ)器只讀； 當(dāng)WP為低電平時(shí)存儲(chǔ)器可讀可寫。lA2A0：芯片地址。 1 2 3 4 5 6 7 8 A0 A1 VSS VCC A2 SCA SCL WP AT89C2051與AT24C01通過串行總線接口傳送數(shù)據(jù)的接線如下圖所示。因AT89C2051沒有I2C總線接口，可用軟件的辦法來模擬I2C總線操作。模擬I2C總線的時(shí)鐘線SCL，模擬I2C總線的數(shù)據(jù)線SDA。 A T89C2051 P1.0 P1.1 A T24C01 SCL SCA VCC 10k 2 AT89C2051與AT24C01的接口接線 AT24C01

30、的讀寫操作有多種形式，寫操作有兩種類型：字節(jié)寫和頁面寫；讀操作有三種類型：讀當(dāng)前地址內(nèi)容、讀隨機(jī)地址內(nèi)容和讀順序地址內(nèi)容。 AT24C01寫N個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的操作時(shí)序如下圖所示， AT24C01讀N個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的操作時(shí)序如下圖所示。 上圖中器件地址說明如下： 器件地址碼的第74位從器件地址位，用于確認(rèn)器件的類型。 AT24C01的器件地址碼為1010，1010 表示從器件為串行E2PROM。 器件地址碼的第31位18片的片選或存儲(chǔ)器內(nèi)的頁面地址選擇位。此三個(gè)控制位用于選片或者內(nèi)部頁面選擇。 如在存儲(chǔ)容量8Kb(10248位)的AT24C08內(nèi)部，存儲(chǔ)矩陣分為4個(gè)頁面，每一頁面有256個(gè)字節(jié)。通過器件

31、地址碼的第2位和第1位，可以選擇數(shù)據(jù)讀寫的頁面。 器件地址碼的第0位讀、寫(R/W)操作控制碼。若此位為1，下一字節(jié)進(jìn)行讀操作(R)；此位為0，下一字節(jié)進(jìn)行寫操作(W)。 編程說明：lAT24C01每接收一個(gè)字節(jié)后，都必須發(fā)送一個(gè)確認(rèn)應(yīng)答信號(hào)位ACK，即時(shí)序中的響應(yīng)信號(hào)。此時(shí)AT89C2051必須產(chǎn)生一個(gè)與此確認(rèn)位相應(yīng)的時(shí)鐘脈沖。lAT24C01在讀寫操作時(shí)，具有地址自動(dòng)加1功能，即讀、寫完某一地址空間后，會(huì)自動(dòng)指向下一個(gè)地址單元。l將AT89C2051片內(nèi)RAM40H47H單元中的八個(gè)8位數(shù)據(jù)通過I2C總線接口傳送到存儲(chǔ)器AT24C01的50H57H單元中，參考子程序如下。 l程序中用到的子

32、程序均為節(jié)所編寫的模擬I2C總線的子程序。 ICW：LCALL START；發(fā)送起始信號(hào)ICWLP1：MOV A，0A0H；#10100000B器件地址碼，LCALL WOBYT；發(fā)送器件地址LCALL TACK；檢查應(yīng)答位JB 30H，ICWLP1；無應(yīng)答位，重發(fā)ICWLP2：MOV A，50H；50H為待寫存儲(chǔ)單元首地址LCALL WOBYT；發(fā)送待寫存儲(chǔ)單元地址LCALL TACK；檢查應(yīng)答位JB 30H，ICWLP1；無應(yīng)答位，重發(fā)MOV R5，#8；待發(fā)送數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度MOV R0，#40H；40H為第一個(gè)數(shù)據(jù)的首地址ICWLP3：MOV A， R0；讀一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)LCALL WOBY

33、T；發(fā)送LCALL TACK；檢查應(yīng)答位JB 30H，ICWLP1；無應(yīng)答位，重發(fā)INC R0；指向下一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)DJNZ R5，WLP2；要發(fā)送數(shù)據(jù)未發(fā)完，再發(fā)送LCALL STOP；全部數(shù)據(jù)發(fā)完，停止LCALL DELAY；延時(shí)，等待AT24C01內(nèi)部寫操作RET；返回9.4.1 SPI總線的結(jié)構(gòu)原理 9.4.2 SPI總線的軟件模擬 9.4.3 SPI串行擴(kuò)展應(yīng)用實(shí)例 SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，允許MCU與各種外圍設(shè)備以同步串行方式進(jìn)行通信來交換信息。SPI總線接口一般使用4根線：串行時(shí)鐘線SCK、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平

34、有效的從機(jī)選擇線SS。由于SPI系統(tǒng)總線只需3根公共的時(shí)鐘數(shù)據(jù)線和若干位獨(dú)立的從機(jī)選擇線，在SPI從設(shè)備較少而沒有總線擴(kuò)展能力的單片機(jī)系統(tǒng)中使用特別方便。SPI總線包括1根串行同步時(shí)鐘信號(hào)線以及2根數(shù)據(jù)線。SPI總線接口電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。 SCK MOSI MISO MCU MISO MOSI SCK 器件 1 SS SCK MOSI MISO MISO MOSI SCK 器件 2 SS MISO MOSI SCK 器件 3 SS SPI總線接口電路結(jié)構(gòu) SPI模塊為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設(shè)工作要求，其輸出的串行同步時(shí)鐘極性和相位可以進(jìn)行配置。時(shí)鐘極性(CPOL)對(duì)傳輸協(xié)議沒有重大的影

35、響。l如果CPOL=0，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平；l如果CPOL=1，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時(shí)鐘相位(CPHA)能夠用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。l如果CPHA=0，在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣；l如果CPHA=1，在串行同步時(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣。SPI主模塊和與之通信的外設(shè)間時(shí)鐘相位和極性應(yīng)該一致。 特點(diǎn)：由于SPI系統(tǒng)總線一共只需34位數(shù)據(jù)線和控制線即可實(shí)現(xiàn)與具有SPI總線接口功能的各種I/O器件進(jìn)行連接，而擴(kuò)展并行總線則需要8根數(shù)據(jù)線、816位地址線、23位控制線，因此，采用SPI總線接口可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，節(jié)省很多常

36、規(guī)電路中的接口器件和I/O口線，提高設(shè)計(jì)的可靠性。應(yīng)用：在MCS51系列等不具有SPI接口的單片機(jī)組成的智能儀器和工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，當(dāng)傳輸速度要求不是太高時(shí)，使用SPI總線可以增加應(yīng)用系統(tǒng)接口器件的種類，提高應(yīng)用系統(tǒng)的性能。 對(duì)于沒有提供SPI接口的單片機(jī)而言，通?？墒褂密浖霓k法來模擬SPI的總線操作，包括串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和輸出。Atmel公司生產(chǎn)的EEPROM具有SPI接口，存儲(chǔ)容量為4Kb的AT25040就有SPI接口，MCS51系列單片機(jī)與AT25010的SPI總線接口接線如下圖所示。 圖中，模擬SPI的數(shù)據(jù)輸出端(MOSI)，模擬SPI的SCK輸出端，模擬SPI的從機(jī)選擇端(SS)，

37、模擬SPI的數(shù)據(jù)輸入端(MISO)。下面給出模擬SPI串行輸入、串行輸出和串行輸入/輸出的3個(gè)子程序。 8051 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 AT25010 SI SCK CS SO 1. MCU串行輸入子程序SPIIN 從AT25040的SO端接收8位數(shù)據(jù)并放入寄存器R0中。參考程序如下： SPIIN：SETB P1.1 ;使P1.1(時(shí)鐘)輸出為1 CLR P1.2 ;選擇從機(jī) MOV R1,#08H ;置循環(huán)次數(shù) SPIIN1：CLR P1.1 ;使P1.1(時(shí)鐘)輸出為0 NOP ;延時(shí) NOP MOV C,P1.3 ;從機(jī)輸出送進(jìn)位C RLC A ;左移至累加器A SET

38、B P1.1 ;使P1.0(時(shí)鐘)輸出為1 DJNZ R1,SPIIN1 ;判斷是否循環(huán)8次 (8位數(shù)據(jù)) MOV R0,A ;8位數(shù)據(jù)送R0 RET2. MCU串行輸出子程序SPIOUT 將MCS51單片機(jī)中R0寄存器的內(nèi)容傳送到AT25040的SI端。參考程序如下： SPIOUT：SETB P1.1 ;使P1.1(時(shí)鐘)輸出為1 CLR P1.2 ;選擇從機(jī) MOV R1,#08H ;置循環(huán)次數(shù) MOV A,R0 ;8位數(shù)據(jù)送累加器ASPIOUT1：CLR P1.1 ;使P1.1(時(shí)鐘)輸出為0 NOP ;延時(shí) NOP RLC A ;左移至累加器A最高位至C MOV P1.0,C ;進(jìn)位C

39、送從機(jī)輸入 SETB P1.1 ;使P1.1(時(shí)鐘)輸出為1 DJNZ R1,SPIOUT1 ;判是否循環(huán)8次(8位數(shù)據(jù)) RET3. MCU串行輸入/輸出子程序SPIIO 將MCS51單片機(jī)R0寄存器的內(nèi)容傳送到AT25040的SI端，同時(shí)從AT25040的SO端接收8位數(shù)據(jù)。參考程序如下： SPIIO：SETB P1.1 ;使P1.1(時(shí)鐘)輸出為1 CLR P1.2 ;選擇從機(jī) MOV R1,#08H ;置循環(huán)次數(shù) MOV A,R0 ;8位數(shù)據(jù)送累加器A SPIIO1：CLR P1.1 ;使P1.1(時(shí)鐘)輸出為0 NOP ;延時(shí) NOP MOV C,P1.3 ;從機(jī)輸出送進(jìn)位C RLC

40、 A ;左移至累加器A最高位至C MOV P1.0,C ;進(jìn)位C送從機(jī)輸入 SETB P1.1 ;使P1.1(時(shí)鐘)輸出為1 DJNZ R1,SPIIO1 ;判斷是否循環(huán)8次(8位數(shù)據(jù)) RET這些子程序適用于在串行時(shí)鐘的上升沿輸入和下降沿輸出的各種串行外圍接口芯片(如D/A和A/D轉(zhuǎn)換芯片、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片等)。對(duì)于下降沿輸入、上升沿輸出的各種串行外圍接口芯片，只要改變的輸出電平順序，這些子程序也同樣適用。如先置為低電平，之后再次置為高電平，再置為低電平等等。 【例3】 將AT89C2051片內(nèi)RAM30H、31H單元中的16位數(shù)據(jù)通過SPI總線接口傳送到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器TLC5

41、615。解：TLC5615是3線串行總線接口10位電壓輸出數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，它既可與單片機(jī)的SPI總線接口相連接，又可與單片機(jī)的Microwire總線接口相連接。TLC5615內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。 TLC5615內(nèi)部結(jié)構(gòu) lTLC5615通過固定增益為2的運(yùn)放緩沖電阻網(wǎng)絡(luò)，把10位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓。在TLC5615芯片上電時(shí)，內(nèi)部電路把D/A寄存器復(fù)位為0。其輸出具有與基準(zhǔn)輸入相同的極性，表達(dá)式為 VO=2REFCODE/1024 其中，CMOD是通過串行總線接口輸入的待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)；REF是基準(zhǔn)電壓。lTLC5615最大的串行時(shí)鐘速率不超過14MHz，10位DAC的建立時(shí)間為，通常更新速率限制至80kHz以內(nèi)。lTLC5615的16位移位寄存