第六章 單片機存儲器與IO端口擴展(二)

1、20:14:11單片機接口技術及應用單片機接口技術及應用第六章第六章 單片機存儲器與單片機存儲器與I/O端口擴展端口擴展(二二)萬旭萬旭M.T.：660109）QQ：85431017420:14應用電子系應用電子系3第六章第六章 單片機存儲器與單片機存儲器與I/O端口擴展端口擴展課課程程目目錄錄20:14應用電子系應用電子系4第六章第六章 單片機存儲器與單片機存儲器與I/O端口擴展端口擴展 采用串行總線擴展技術可以使系統(tǒng)的硬件設計簡化，系統(tǒng)的體積減小，同時，系統(tǒng)的更改和擴充更為容易。串行擴展總線的應用是單片機目前發(fā)展的一種趨勢 常用的串行擴展總線有：I2C（Inter

2、 IC BUS）總線、SPI（Serial Peripheral Interface）總線、Microwire 總線及單總線（1-Wire BUS）。 MCS-51單片機沒有串行總線接口，利用其自身的通用并行線可以模擬多種串行總線時序信號，因此可以充分利用各種串行接口芯片資源。 I2C串行總線概述串行總線概述 I2C總線，是總線，是INTER-IC串行總線的縮寫。串行總線的縮寫。INTER-IC意思是用于相互作用的集成電路，這種集成電路意思是用于相互作用的集成電路，這種集成電路主要由主要由雙向串行時鐘線雙向串行時鐘線SCL和和雙向串行數(shù)據(jù)線雙向串行數(shù)據(jù)線SDA兩條線路組成。兩條線路組成。 I2

3、C總線是總線是PHLIPS公司推出的一種公司推出的一種串行總線串行總線，是，是具備多主機系統(tǒng)所需的包括具備多主機系統(tǒng)所需的包括總線裁決總線裁決和和高低速器高低速器件同步功能件同步功能的高性能串行總線。的高性能串行總線。20:14應用電子系應用電子系5I2C串行總線概述串行總線概述 I2C總線只有總線只有兩根雙向信號線兩根雙向信號線。一根是。一根是數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線SDA，另一根是，另一根是時鐘線時鐘線SCL。20:14應用電子系應用電子系6 I2C總線通過上拉電阻接正電源。當總線通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時，兩根線總線空閑時，兩根線均為高電平均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使

4、總。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，即各器件的線的信號變低，即各器件的SDA及及SCL都是都是線線“與與”關系。關系。I2C串行總線概述串行總線概述20:14應用電子系應用電子系7 每個接到每個接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機與其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)到其它器件由主機發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件，這，這時時主機主機即為即為發(fā)送器發(fā)送器。由總線上。由總線上接收數(shù)據(jù)的器件接收數(shù)據(jù)的器件則為則為接收器接收器。I2C串行總線概述串行總線概述主機：初始化發(fā)送、產(chǎn)生時鐘信號和終止發(fā)送的器件，它可以是發(fā)送器或

5、接收器。主機通常是微處理器。從機：被主機尋址的器件，它可以是發(fā)送器或接收器。20:14應用電子系應用電子系8 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。 I I2 2C C串行總線概述串行總線概述20:14應用電子系應用電子系9一、數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定一、數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定 I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時，總線進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間，數(shù)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)定據(jù)線

6、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。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送20:14應用電子系應用電子系10二、起始和終止信號二、起始和終止信號 SCL線為高電平期間，線為高電平期間，SDA線由高電平向低電線由高電平向低電平的變化表示起始信號平的變化表示起始信號；SCL線為高電平期間，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線由低電平向高電平的變化表示終止信號。 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送 I2C總線中唯一違反上述數(shù)據(jù)有效性的是被定義為總線中

7、唯一違反上述數(shù)據(jù)有效性的是被定義為起始（起始（S）和停止（）和停止（P）條件。條件。 20:14應用電子系應用電子系11起始和終止信號都是由主機發(fā)出的。起始和終止信號都是由主機發(fā)出的。在起始信號產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)在起始信號產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài)。在終止信號產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài)。連接到連接到I2C總線上的器件總線上的器件若具有若具有I2C總線的硬件接口，則很容易檢測到起始和終止總線的硬件接口，則很容易檢測到起始和終止信號。信號。 對于不具備對于不具備I2C總線硬件接口的有些單片機來說，為了檢總線硬件接口的有些單片機來說，為了檢測起始

8、和終止信號，必須測起始和終止信號，必須保證在每個時鐘周期內(nèi)對數(shù)據(jù)保證在每個時鐘周期內(nèi)對數(shù)據(jù)線線SDA采樣兩次采樣兩次。 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送20:14應用電子系應用電子系12 接收器件收到一個完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后，有可能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(nèi)部中斷服務等需要完成一些其它工作，如處理內(nèi)部中斷服務等，可能無法立刻接收下一個字節(jié)，這時，可能無法立刻接收下一個字節(jié)，這時接收器件接收器件可以可以將將SCL線拉成低電平線拉成低電平，從而使主機處于，從而使主機處于等待狀等待狀態(tài)態(tài)。直到接收器件準備好接收下一個字節(jié)時，再。直到接收器件準備好接收下一個字

9、節(jié)時，再釋放釋放SCL線使之為高電平，從而使數(shù)據(jù)傳送可以繼線使之為高電平，從而使數(shù)據(jù)傳送可以繼續(xù)進行續(xù)進行。 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送20:14應用電子系應用電子系13三、數(shù)據(jù)傳送格式三、數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應答）字節(jié)傳送與應答每一個字節(jié)必須保證是每一個字節(jié)必須保證是8位位長度。長度。數(shù)據(jù)傳送時，數(shù)據(jù)傳送時，先傳送最高位先傳送最高位（MSB），每一個被傳送的），每一個被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨字節(jié)后面都必須跟隨一位應答位一位應答位（即（即一幀共有一幀共有9位位）。）。 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送20:14應用電子系應用電子系14由于某種原因從機由于某種原因從機不不對主

10、機尋址信號對主機尋址信號應答應答時（如從機正在時（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)），它必必須將數(shù)據(jù)線置于高電平須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由，而由主機產(chǎn)生一個終止信號以結(jié)主機產(chǎn)生一個終止信號以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送束總線的數(shù)據(jù)傳送。如果從機對主機進行了如果從機對主機進行了應答應答，但，但在數(shù)據(jù)傳送一段時間后無在數(shù)據(jù)傳送一段時間后無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)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時，從機可以通過對無法接收的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的一個數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應答非應答”通知主機，通知主機，主機則應發(fā)出終止主機則應發(fā)出終止信號以結(jié)束

11、數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送信號以結(jié)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(jié)束傳送的信號。這個信號是由對從機的從機發(fā)出一個結(jié)束傳送的信號。這個信號是由對從機的“非應答非應答”來實現(xiàn)的。然后，從機釋放來實現(xiàn)的。然后，從機釋放SDA線，以允許主機線，以允許主機產(chǎn)生終止信號。產(chǎn)生終止信號。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送20:14應用電子系應用電子系15（2）數(shù)據(jù)幀格式）數(shù)據(jù)幀格式 I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號是廣義的，既包括總線上傳送的數(shù)據(jù)信號是廣義的，既包括地址信號地址信號，又包括真正的又包括真正的數(shù)據(jù)信號數(shù)據(jù)信號。每

12、次數(shù)據(jù)傳送每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機產(chǎn)生的終止信號結(jié)束總是由主機產(chǎn)生的終止信號結(jié)束。但是，若。但是，若主機希望繼續(xù)占用總線進行新的數(shù)據(jù)傳送，主機希望繼續(xù)占用總線進行新的數(shù)據(jù)傳送，則則可以不產(chǎn)生可以不產(chǎn)生終止信號，終止信號，馬上馬上再次發(fā)出起始信號對另一從機進行尋址再次發(fā)出起始信號對另一從機進行尋址。 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送在起始信號后必須傳送一個從機的在起始信號后必須傳送一個從機的地址地址（7位位）;第第8位位是數(shù)據(jù)的是數(shù)據(jù)的傳送方向位傳送方向位（R/W）:用用“0”表示表示主機發(fā)送數(shù)據(jù)主機發(fā)送數(shù)據(jù)（T），），用用“1”表示表示主機接收數(shù)據(jù)主機接收數(shù)據(jù)（R）。）。20:14應用電子系應

13、用電子系16A、主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向傳送方向在整個傳送過程在整個傳送過程中中不變不變。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。示數(shù)據(jù)由從機向主機傳送。A表示應答，表示應答，/A表示非應答表示非應答（高電平）。（高電平）。S表示起始信號，表示起始信號，P表示終止信號。表示終止信號。 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：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：I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送20:14應用電子系應用電子系17B、主機、主機在第一個字節(jié)

14、在第一個字節(jié)(尋址字節(jié)尋址字節(jié))后后，立即立即由從機讀數(shù)據(jù)。由從機讀數(shù)據(jù)。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送 在從機產(chǎn)生響應時，在從機產(chǎn)生響應時，主機從發(fā)送變成接收，從機從接收變主機從發(fā)送變成接收，從機從接收變成發(fā)送成發(fā)送。之后，。之后，數(shù)據(jù)由從機發(fā)送，主機接收，每個應答由主數(shù)據(jù)由從機發(fā)送，主機接收，每個應答由主機產(chǎn)生機產(chǎn)生，時鐘信號仍由主機產(chǎn)生時鐘信號仍由主機產(chǎn)生。若主機要終止本次傳輸，。若主機要終止本次傳輸，則發(fā)送一個非應答信號則發(fā)送一個非應答信號(A)，接著主機產(chǎn)生停止條件。，接著主機產(chǎn)生停止條件。 C、在傳送過程中，當需要、在傳送過程中，當需要改變傳送方向改變傳送方向時時，起始信號，起

15、始信號和和從從機地址都被重復產(chǎn)生一次，機地址都被重復產(chǎn)生一次，但但兩次讀兩次讀/寫方向位正好反相。寫方向位正好反相。20:14應用電子系應用電子系1820:14應用電子系應用電子系19四、總線的尋址四、總線的尋址 I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)位的尋址字節(jié)（尋址字（尋址字節(jié)是起始信號后的第一個字節(jié)）。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）尋址字節(jié)的位定義 D7D1位組成從機的地址。位組成從機的地址。D0位是數(shù)據(jù)位是數(shù)據(jù)傳送方向位傳送方向位，為，為“0”時表示時表示主機向從機寫數(shù)據(jù)主機向從機寫數(shù)據(jù)，為，為“1”時表示時表示主機由從機讀主

16、機由從機讀數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送20:14應用電子系應用電子系20主機發(fā)送地址時，總線上的每個主機發(fā)送地址時，總線上的每個從機從機都都將這將這7位地址碼與位地址碼與自己的地址進行比較自己的地址進行比較，如果相同，則認為自己正被主機，如果相同，則認為自己正被主機尋址，根據(jù)尋址，根據(jù)R/W位將自己確定為發(fā)送器或接收器位將自己確定為發(fā)送器或接收器。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送 如一個從機的如一個從機的7位尋址位有位尋址位有4位是固定位，位是固定位，3位位是可編程是可編程位，這時僅能尋址位，這時僅能尋址8個同樣的器件，即可以有個同樣的器件，即可以有8個個同樣的器同樣的器件接

17、入到該件接入到該I2C總線系統(tǒng)中?？偩€系統(tǒng)中。 從機的地址由從機的地址由固定部分固定部分和和可編程部分可編程部分組成。在一個系統(tǒng)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。決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。（2）尋址字節(jié)中的特殊地址）尋址字節(jié)中的特殊地址 固定地址編號固定地址編號0000和和1111已被保留作為特殊用途。已被保留作為特殊用途。 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送20:14應用電子系應用電子系2122 起始信號后的第一字節(jié)的起始信號后的第一字節(jié)的8位為位為“0000 00

18、00”時，稱為時，稱為通用呼叫地址通用呼叫地址。通用呼叫地址的用意在第二字節(jié)中加以說。通用呼叫地址的用意在第二字節(jié)中加以說明。格式為：明。格式為： 第二字節(jié)為第二字節(jié)為 06H時，所有能響應通用呼叫地址的從機器件時，所有能響應通用呼叫地址的從機器件復位，并由硬件裝入從機地址的可編程部分。能響應命令復位，并由硬件裝入從機地址的可編程部分。能響應命令的從機器件復位時不拉低的從機器件復位時不拉低SDA和和SCL線，以免堵塞總線。線，以免堵塞總線。第二字節(jié)為第二字節(jié)為 04H時，所有能響應通用呼叫地址并通過硬件時，所有能響應通用呼叫地址并通過硬件來定義其可編程地址的從機器件將鎖定地址中的可編程位來定義

19、其可編程地址的從機器件將鎖定地址中的可編程位，但不進行復位。，但不進行復位。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送20:14應用電子系應用電子系22如果第二字節(jié)的方向位為如果第二字節(jié)的方向位為“1”，則這兩個字節(jié)命令稱為硬，則這兩個字節(jié)命令稱為硬件件通用呼叫命令通用呼叫命令。在這第二字節(jié)的高在這第二字節(jié)的高7位說明自己的地址。接在總線上的智位說明自己的地址。接在總線上的智能器件，如單片機或其他微處理器能識別這個地址，并與能器件，如單片機或其他微處理器能識別這個地址，并與之傳送數(shù)據(jù)。硬件主器件作為從機使用時，也用這個地址之傳送數(shù)據(jù)。硬件主器件作為從機使用時，也用這個地址作為從機地址。格式為：作為從機

20、地址。格式為： 在系統(tǒng)中另一種選擇可能是系統(tǒng)復位時在系統(tǒng)中另一種選擇可能是系統(tǒng)復位時硬件主機器件工作硬件主機器件工作在從機接收器方式在從機接收器方式，這時由系統(tǒng)中的主機先告訴硬件主機，這時由系統(tǒng)中的主機先告訴硬件主機器件數(shù)據(jù)應送往的從機器件地址，當硬件主機器件要發(fā)送器件數(shù)據(jù)應送往的從機器件地址，當硬件主機器件要發(fā)送數(shù)據(jù)時就可以直接向指定從機器件發(fā)送數(shù)據(jù)了。數(shù)據(jù)時就可以直接向指定從機器件發(fā)送數(shù)據(jù)了。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送20:14應用電子系應用電子系23（3）起始字節(jié)）起始字節(jié) 不具備不具備I I2 2C C總線接口的單片機，則必須通過軟件不斷地檢總線接口的單片機，則必須通過軟件不斷

21、地檢測總線，以便及時地響應總線的請求。單片機的速度與硬測總線，以便及時地響應總線的請求。單片機的速度與硬件接口器件的速度就出現(xiàn)了較大的差別，為此，件接口器件的速度就出現(xiàn)了較大的差別，為此，I I2 2C C總線總線上的數(shù)據(jù)傳送要由一個較長的起始過程加以引導。上的數(shù)據(jù)傳送要由一個較長的起始過程加以引導。 起始字節(jié)是提供給沒有起始字節(jié)是提供給沒有I I2 2C C總線接口的單片機查詢總線接口的單片機查詢I I2 2C C總線總線時使用的特殊字節(jié)。時使用的特殊字節(jié)。 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送20:14應用電子系應用電子系2420:14應用電子系應用電子系25 引導過程由引導過程由起始信號、

22、起始字節(jié)、應答位、重復起起始信號、起始字節(jié)、應答位、重復起始信號始信號（Sr）組成。）組成。請求訪問總線的主機發(fā)出起始信號后，發(fā)送起始字節(jié)（請求訪問總線的主機發(fā)出起始信號后，發(fā)送起始字節(jié)（0000 0001），另一個單片機可以用一個比較低的速率采），另一個單片機可以用一個比較低的速率采樣樣SDA線，直到檢測到起始字節(jié)中的線，直到檢測到起始字節(jié)中的7個個“0”中的一個為中的一個為止。在檢測到止。在檢測到SDA線上的高電平后，單片機就可以用較線上的高電平后，單片機就可以用較高的采樣速率，以便尋找作為同步信號使用的第二個起高的采樣速率，以便尋找作為同步信號使用的第二個起始信號始信號Sr。在起始信號后

23、的應答時鐘脈沖僅僅是為了和總線所使用在起始信號后的應答時鐘脈沖僅僅是為了和總線所使用的格式一致，并不要求器件在這個脈沖期間作應答。的格式一致，并不要求器件在這個脈沖期間作應答。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送I2C總線仲裁與時鐘發(fā)生總線仲裁與時鐘發(fā)生 在多主的通信系統(tǒng)中?？偩€上有多個節(jié)點，它們都有自在多主的通信系統(tǒng)中?？偩€上有多個節(jié)點，它們都有自己的尋址地址，可以己的尋址地址，可以作為從節(jié)點被別的節(jié)點訪問作為從節(jié)點被別的節(jié)點訪問，同時它，同時它們都可以們都可以作為主節(jié)點向其它的節(jié)點發(fā)送控制字節(jié)和傳送數(shù)作為主節(jié)點向其它的節(jié)點發(fā)送控制字節(jié)和傳送數(shù)據(jù)據(jù)。但是如果有兩個或兩個以上的節(jié)點都向總線上發(fā)送

24、啟。但是如果有兩個或兩個以上的節(jié)點都向總線上發(fā)送啟動信號并開始傳送數(shù)據(jù)，這樣就形成了動信號并開始傳送數(shù)據(jù)，這樣就形成了沖突沖突。要解決這種。要解決這種沖突，就要進行仲裁的判決，這就是沖突，就要進行仲裁的判決，這就是I2C總線上的仲裁。總線上的仲裁。 I2C總線上的仲裁分兩部分：總線上的仲裁分兩部分：SCL線的同步線的同步和和SDA線的仲裁線的仲裁。 20:14應用電子系應用電子系26I2C總線仲裁與時鐘發(fā)生總線仲裁與時鐘發(fā)生 SCL線的同步線的同步（時鐘同步）（時鐘同步） SCL同步是由于總線具有同步是由于總線具有線線“與與”的邏輯功能，即的邏輯功能，即只要有一只要有一個節(jié)點發(fā)送低電平時，總線

25、上就表現(xiàn)為低電平。個節(jié)點發(fā)送低電平時，總線上就表現(xiàn)為低電平。由于線由于線“與與”邏輯功能的原理，當多個節(jié)點同時發(fā)送時鐘信號時，邏輯功能的原理，當多個節(jié)點同時發(fā)送時鐘信號時，在總線上表現(xiàn)的是統(tǒng)一的時鐘信號。這就是在總線上表現(xiàn)的是統(tǒng)一的時鐘信號。這就是SCL的同步原理。的同步原理。 當所有的節(jié)點都當所有的節(jié)點都發(fā)送高電平時，總線發(fā)送高電平時，總線才能表現(xiàn)為高電平才能表現(xiàn)為高電平。20:14應用電子系應用電子系27I2C總線仲裁與時鐘發(fā)生總線仲裁與時鐘發(fā)生 SDA仲裁仲裁 SDA線的仲裁也是建立在總線具有線的仲裁也是建立在總線具有線線“與與”邏輯功能的邏輯功能的原理上的。原理上的。 節(jié)點在發(fā)送節(jié)點在

26、發(fā)送1位數(shù)據(jù)后，比較總線上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)與位數(shù)據(jù)后，比較總線上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)與自己發(fā)送的是否一致。自己發(fā)送的是否一致。是，繼續(xù)發(fā)送；否則，退出競是，繼續(xù)發(fā)送；否則，退出競爭爭。 SDA線的仲裁可以保證線的仲裁可以保證I2C總線系統(tǒng)在多個主節(jié)點同時總線系統(tǒng)在多個主節(jié)點同時企圖控制總線時通信正常進行并且數(shù)據(jù)不丟失。企圖控制總線時通信正常進行并且數(shù)據(jù)不丟失。總線總線系統(tǒng)通過仲裁只允許一個主節(jié)點可以繼續(xù)占據(jù)總線系統(tǒng)通過仲裁只允許一個主節(jié)點可以繼續(xù)占據(jù)總線。20:14應用電子系應用電子系2829I2C總線仲裁與時鐘發(fā)生總線仲裁與時鐘發(fā)生仲裁過程仲裁過程DATA1和和DATA2分別是主節(jié)點向總線所發(fā)送的數(shù)據(jù)信

27、號；分別是主節(jié)點向總線所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號；SDA為總線為總線上所呈現(xiàn)的上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)信號數(shù)據(jù)信號，SCL是總線是總線上所呈現(xiàn)的上所呈現(xiàn)的時鐘時鐘信號信號。20:14應用電子系應用電子系2920:14應用電子系應用電子系30單主機系統(tǒng)單主機系統(tǒng)I I2 2C C總線擴展示意圖總線擴展示意圖 I2C總線外設擴展總線外設擴展20:14應用電子系應用電子系31 I2C總線的數(shù)據(jù)讀寫總線的數(shù)據(jù)讀寫20:14應用電子系應用電子系32起始起始傳送傳送7 7個外圍器件或接口的地址位，以及個外圍器件或接口的地址位，以及1 1個讀寫個讀寫控制位控制位對方應答對方應答傳送數(shù)據(jù)和應答傳送數(shù)據(jù)和應答終止終止 I2C總線的

28、數(shù)據(jù)讀寫總線的數(shù)據(jù)讀寫20:14應用電子系應用電子系334.74.7usus4.04.0ususSDA/VSDASDA/VSDASCL/VSCLSCL/VSCL1) 起始起始 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線SDASDA和和SCLSCL低電平，低電平，SDASDA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)高電平高電平數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線SDASDA保持高電平至少保持高電平至少4.7us4.7us當數(shù)據(jù)線當數(shù)據(jù)線SDASDA變低電平之后，時變低電平之后，時鐘鐘SCLSCL繼續(xù)保持高電平繼續(xù)保持高電平4.0us4.0us2) 終止終止 4.74.7usus4.04.0ususSDA/VSDASDA/VSDASCL/VSCLSCL/VSCL時鐘線時鐘線SCLSCL

29、和數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)線SDASDA低電平，低電平，SCLSCL轉(zhuǎn)高電平轉(zhuǎn)高電平SCLSCL保持高電平至少保持高電平至少4.0us4.0us之后，之后，數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線SDASDA由低電平變?yōu)楦唠娖接傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖?SDASDA保持高電平至少保持高電平至少4.7us4.7us之后，之后，轉(zhuǎn)低電平。轉(zhuǎn)低電平。 I2C總線的時序參數(shù)總線的時序參數(shù)20:14應用電子系應用電子系343) 3) 應答應答單片機每發(fā)送完一個字節(jié)數(shù)據(jù)（8位），對方會從SDA/VSDA發(fā)送一個應答位，低電平為有效應答信號。 4) 4) 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸按照從高位到低位的傳輸次序（與80C51串行口擴展方式相反） 4.0us4.0us輸

30、出輸出0 0SDA/VSDASDA/VSDASCL/VSCLSCL/VSCLa. a. 輸出輸出0 0 SDA/VSDA變低電平SCL/VSCL變高電平，并保持4.0us以上時間，SCL/VSCL變低電平SDA/VSDA變高電平 b. b. 輸出輸出1 1：與輸出0同理可得 4.0us4.0us輸出輸出1 1SDA/VSDASDA/VSDASCL/VSCLSCL/VSCL5) I5) I2 2C C總線上一次完整的數(shù)據(jù)傳送過程總線上一次完整的數(shù)據(jù)傳送過程 I2C總線的時序參數(shù)總線的時序參數(shù)20:14應用電子系應用電子系35 I I2 2C C總線模擬子程序總線模擬子程序 設單片機時鐘頻率為設單

31、片機時鐘頻率為6MHz，則一個機器周期的時間為則一個機器周期的時間為12/6*106=2（us） 1) 1) 啟動子程序啟動子程序 VSDAVSDA變高電平變高電平VSCLVSCL變高電平變高電平延時延時( (使使VSDAVSDA保持高電平保持高電平4.7us)4.7us)VSDAVSDA變低電平變低電平延時延時( (使使VSCLVSCL繼續(xù)保持高電平繼續(xù)保持高電平4us)4us)VSCLVSCL變低電平變低電平返回主程序返回主程序4.74.7usus4.04.0ususSDA/VSDASDA/VSDASCL/VSCLSCL/VSCL流程圖流程圖 20:14應用電子系應用電子系36子程序子程序

32、STASTA： SETB VSDA SETB VSDA ；VSDAVSDA高電平高電平 SETB VSCL SETB VSCL ；VSCLVSCL高電平高電平 NOP NOP NOP NOP ；延時，；延時，NOPNOP的執(zhí)行需要的執(zhí)行需要1 1個機器周期，個機器周期， ；因此兩條；因此兩條NOPNOP指令共指令共2 2個機器周期，耗時個機器周期，耗時2 2* *2us=4us2us=4us CLR VSDA CLR VSDA ；VSDAVSDA變低電平變低電平 NOP NOP NOP NOP ；延時；延時4us 4us CLR VSCL CLR VSCL ；VSCLVSCL變低電平變低電平

33、RETRET I I2 2C C總線模擬子程序總線模擬子程序 20:14應用電子系應用電子系372) 終止子程序終止子程序 4.7u4.7us s4.0u4.0us sSDA/VSDASDA/VSDASCL/VSCLSCL/VSCL流程圖流程圖 （與啟動類似，略）（與啟動類似，略） 子程序：子程序：STOPSTOP： CLR VSDACLR VSDA SETB VSCLSETB VSCL NOP NOP NOP NOP SETB VSDASETB VSDA NOP NOP NOP NOP CLR VSDACLR VSDA CLR VSCLCLR VSCL RET RET I I2 2C C總線

34、模擬子程序總線模擬子程序 20:14應用電子系應用電子系383) 3) 應答位檢查子程序應答位檢查子程序CACK CACK 有效的應答標志：有效的應答標志：0 0 SDA/VSDASDA/VSDASCL/VSCLSCL/VSCL應答應答查詢查詢VSDAVSDAVSDAVSDA為為0 0？YESYES設置標志位設置標志位F0F0NONO標志位標志位F0F0清零清零VSDAVSDA置置1 1VSCLVSCL變高電平變高電平VSCLVSCL變低電平變低電平返回主程序返回主程序流流程程圖圖 子程序子程序CACKCACK： SETB VSDASETB VSDA SETB VSCLSETB VSCL CL

35、R F0 CLR F0 MOV CMOV C，VSDA VSDA JNC CEND JNC CEND ；查詢數(shù)據(jù)信號是否；查詢數(shù)據(jù)信號是否 ；為；為0 0，若為，若為0 0，說明，說明 ；有；正常應答信號；有；正常應答信號 ；，標志位；，標志位F0=0F0=0 SETB F0 SETB F0 ；若無正常應答信號；若無正常應答信號 ；，標志位；，標志位F0=1F0=1CENDCEND： CLR VSCLCLR VSCL RET RET I I2 2C C總線模擬子程序總線模擬子程序 20:14應用電子系應用電子系394) 4) 發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)子程序發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)子程序WRBYT WRBYT

36、I I2 2C C總線模擬子程序總線模擬子程序 一個字節(jié)8位，從高位到低位依次發(fā)送設數(shù)據(jù)已存放于A中 VSDAVSDA清零清零C C為為1 1？YESYESVSCLVSCL清零清零NONOVSDAVSDA置置1 1位數(shù)位數(shù)8 8送送R2R2A A帶進位位左移一位（帶進位位左移一位（ACC.7CACC.7C）VSCLVSCL置置1 1返回主程序返回主程序延時延時4us4us已輸出已輸出8 8位位? ?VSCLVSCL清零清零NONOYESYES流流程程圖圖 子程序子程序WRBYTWRBYT：MOV R2MOV R2，#08H#08H MOV A MOV A，DA ;DADA ;DA為數(shù)據(jù)的為數(shù)據(jù)

37、的 ; ;片內(nèi)存儲地址片內(nèi)存儲地址 CLR VSCLCLR VSCLWLP WLP ：RLC ARLC A JNC WR0 ; JNC WR0 ;若要發(fā)送的位若要發(fā)送的位 ; ;為為“0 0”，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)WR0WR0WR1 WR1 ：SETB VSDA ;SETB VSDA ;發(fā)送發(fā)送“1 1” AJMP BITSEND AJMP BITSENDWR0 WR0 ：CLR VSDA ;CLR VSDA ;發(fā)送發(fā)送“0 0”BITSENDBITSEND：SETB VSCLSETB VSCL NOP NOP NOP NOP CLR VSCL CLR VSCL DJNZ R2 DJNZ R2，WLPWLP

38、 RET RET20:14應用電子系應用電子系405) N5) N個字節(jié)發(fā)送子程序個字節(jié)發(fā)送子程序 I I2 2C C總線模擬子程序總線模擬子程序 WRNBYTWRNBYT： MOV R3MOV R3，NUMBYT NUMBYT ；數(shù)據(jù)塊長度送；數(shù)據(jù)塊長度送R3R3 LCALL STA LCALL STA ；啟動；啟動 MOV AMOV A，SLA SLA ；I I2 2C C總線外圍器件地址送總線外圍器件地址送A A LCALL WRBYT LCALL WRBYT ；發(fā)送地址；發(fā)送地址 LCALL CACK LCALL CACK JB F0JB F0，WRNBYTWRNBYT ；檢查應答信號

39、；檢查應答信號 MOV R1MOV R1， #MTD #MTD ；R1R1指向數(shù)據(jù)塊首地址指向數(shù)據(jù)塊首地址WRDA WRDA ： MOV AMOV A，R1R1 LCALL WRBYT LCALL WRBYT ；發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)；發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù) LCALL CACKLCALL CACK JB F0 JB F0，WRNBYT WRNBYT ；檢查應答信號檢查應答信號 INC R1INC R1 DJNZ R3 DJNZ R3，WRDA WRDA ；若數(shù)據(jù)塊未發(fā)送完，繼續(xù)循環(huán)；若數(shù)據(jù)塊未發(fā)送完，繼續(xù)循環(huán) LCALL STOP LCALL STOP ；若數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢，停止；若數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢，停止

40、RETRET 主程序需要設置：主程序需要設置：NUMBYT MTD NUMBYT MTD 20:14應用電子系應用電子系41器件型號器件型號字節(jié)容量字節(jié)容量尋址字節(jié)尋址字節(jié)內(nèi)部地址內(nèi)部地址字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)頁面寫頁面寫字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)最多可掛最多可掛器件數(shù)器件數(shù) 固定標識固定標識 片片 選選R/WR/WAT24C01AAT24C01A1281281 10 01 10 0A2A2A1A1A0A01/01/01 18 88 8AT24C02256A2A1A01/088AT24C04AT24C04512512A2A2A1A1P01/01/016164 4AT24C08AAT24C08A1K1KA2A2P1P0

41、1/01/016162 2AT24C16AAT24C16A2K2KP2P1P01/01/016161 1AT24C32AAT24C32A4K4KA2A2A1A1A0A01/01/02 232328 8AT24C64AAT24C64A8K8KA2A2A1A1A0A01/01/032328 8AT24C128BAT24C128B16K16KA2A2A1A1A0A01/01/064648 8AT24C256BAT24C256B32K32KA2A2A1A1A0A01/01/064648 8AT24C512BAT24C512B64K64KA2A2A1A1A0A01/01/01281288 820:14應

42、用電子系應用電子系42 SPI總線 （一）SPI總線構成 MOSI（Master Out Slave In）：主機發(fā)送從機接收。 MISO（Master In Slave Out）：主機接收從機發(fā)送 SCLK或SCK（Serial Clock）：串行時鐘 CSSS (Chip Select for the peripheral)：外圍器件的片選。有的微控制器設有專用的SPI接口的片許，稱為從機選擇（ ）。 MOSI (SI或SDI)信號由主機產(chǎn)生，接收者為從機；ISO (SO或SDO)信號由從機發(fā)出；CLK或SCK由主機發(fā)出，用來同步數(shù)據(jù)傳送；片選信號也由主機產(chǎn)生，用來選擇從機芯片或裝置。 2

43、0:14應用電子系應用電子系43（二）SPI總線信號線基本連接關系： SPI 總線系統(tǒng)有以下幾種形式：1個主機和多個從機、多個從機相互連接構成多主機系統(tǒng)(分布式系統(tǒng)) 、1個主機與1個或幾個I/ O設備構成的系統(tǒng)等。20:14應用電子系應用電子系44（三）主從方式SPI總線接口系統(tǒng)的典型結(jié)構（1）在大多數(shù)應用場合，可使用1個微控制器作為主控機來控制數(shù)據(jù)傳送，并向1個或幾個外圍器件傳送數(shù)據(jù)。從機只有在主機發(fā)命令時才能接收或發(fā)送數(shù)據(jù) 。（2）當一個主機通過SPI與多個芯片相連時，必須使用每個芯片的片選，這可通過MCU的I/O端口輸出線來實現(xiàn)。 MCUIC1IC2IC3SCKSISOCSCSCSSC

44、KMOSIMISOSCKSISOSCKSISOIO1IO2IO320:14應用電子系應用電子系45SPISPI接口實際上是兩個簡單的接口實際上是兩個簡單的移位寄存器移位寄存器, ,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為8 8位位, ,在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號和移位脈沖下在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號和移位脈沖下, ,按位傳輸按位傳輸, ,高位高位在前在前, ,低位在后。低位在后。 上升沿發(fā)送，下降沿接收。（有的器件是上升沿接收，下上升沿發(fā)送，下降沿接收。（有的器件是上升沿接收，下降沿發(fā)送）降沿發(fā)送）時鐘發(fā)生器時鐘發(fā)生器 主器件主器件MOSI 從器件從器件MISONSSSCK7 6 5 4 3 2 1 07

45、 6 5 4 3 2 1 020:14應用電子系應用電子系46思考思考與實踐與實踐1說明說明I2C總線主機從機數(shù)據(jù)傳輸過程。總線主機從機數(shù)據(jù)傳輸過程。2 SPI總線有幾種工作模式，各模式的區(qū)別是什么？總線有幾種工作模式，各模式的區(qū)別是什么？3 SPI總線與總線與I2C總線在擴展多個外部器件時有何不同？總線在擴展多個外部器件時有何不同？4 EEPROM與與Flash存儲器在使用上有何不同？存儲器在使用上有何不同？5 根據(jù)根據(jù)SPI模式模式0的時序圖，采用的時序圖，采用MCS-51單片機的單片機的P1口的口的P1.0、P1.1和和P1.2分別作為分別作為SCK、MISO和和MOSI，試編寫，試編寫

46、SPI數(shù)據(jù)傳輸程序。數(shù)據(jù)傳輸程序。6 I2C總線如何擴展兩個以上相同的外部芯片總線如何擴展兩個以上相同的外部芯片?7 簡述單線總線的操作原理。簡述單線總線的操作原理。8 根據(jù)根據(jù)I2C總線協(xié)議，編寫總線協(xié)議，編寫I2C總線數(shù)據(jù)讀寫總線數(shù)據(jù)讀寫N字節(jié)子程序。字節(jié)子程序。20:14應用電子系應用電子系47(1) 總線典型信號的模擬子程序 啟動信號子程序STASTA：SETBP1.0 ；總線啟動子程序 SETB P1.1 NOP NOP CLRP1.1 NOP NOP CLRP1.0 RET附: 匯編語言模擬程序終止信號子程序STOPSTOP：NOP；停止子程序 CLR P1.1 SETB P1.0 NOP NOP SETB P1.1 NOP NOP CLR P1.0 RET附:匯編語言模擬程序發(fā)