常用總線、通信接口(-65)課件

3.9常用總線、通信接口數(shù)據(jù)通信的基本方式可分為并行通信與串行通信兩種：并行通信：是指利用多條數(shù)據(jù)傳輸線將一個數(shù)據(jù)的各位

同時傳送。

特點：是傳輸速度快，適用于短距離通信。串行通信：是指利用一條傳輸線將數(shù)據(jù)一位位地順序

傳送。

特點：是通信線路簡單，利用電話或電報線路就可

實現(xiàn)通信，降低成本，適用于遠距離通信，

但傳輸速度慢。8/4/202313.9常用總線、通信接口數(shù)據(jù)通信的基本方式可分為并行通串行通信：分為同步通信(SYNC)與異步通信（ASYNC）兩種方式。（實際通信中，沒有絕對的“異步”或“同步”，只是按不同的程度上“同步”。）異步通信：一個字節(jié)內(nèi)同步，而字節(jié)之間“不同步”，

稱之為“異步”。同步通信：大于一個字節(jié)的“幀數(shù)據(jù)”或“塊數(shù)據(jù)”內(nèi)

同步，稱之為“幀同步”或“塊同步”。稱

之為“同步”。（這時實際上“幀數(shù)據(jù)”

或“塊數(shù)據(jù)”之間也是“異步”）8/4/20232串行通信：分為同步通信(SYNC)與異步通信（ASYNC）兩異步通信字符格式：規(guī)定有起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位、停止位等波特率：是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(bps)。8/4/20233異步通信7/31/20233數(shù)據(jù)傳送方向單工方式只允許數(shù)據(jù)按照一個固定的方向傳送半雙工方式每次只能有一個站發(fā)送，另一個站接收全雙工方式允許通信雙方同時進行發(fā)送和接收8/4/20234數(shù)據(jù)傳送方向7/31/20234串行通信的基本特征是數(shù)據(jù)逐位順序進行傳送串行通信的格式及約定（如：同步方式、通訊速率、數(shù)據(jù)塊格式、信號電平……等）不同，形成了多種串行通信的協(xié)議與接口標準。常見的有：?通用異步收發(fā)器(UART)——本課程介紹的串口?通用串行總線（USB）單總線（1-Wire）?I2C總線?CAN總線?SPI總線?1394?RS-485，RS-232C，RS422A標準……等等8/4/20235串行通信的基本特征是數(shù)據(jù)逐位順序進行傳送7/31/20235SPI、I2C、1-Wire、RS232是目前單片機應用系統(tǒng)中最常用的幾個串行總線接口。與并行擴展總線相比，串行擴展總線能夠最大程度發(fā)揮最小系統(tǒng)的資源功能、簡化連接線路，縮小電路板面積、擴展性好，可簡化系統(tǒng)設計。串行總線的缺點是數(shù)據(jù)吞吐容量小，信號傳輸較慢。但隨著CPU芯片工作頻率的提高，以及串行總線的功能增強，這些缺點將逐步淡化。8/4/20236SPI、I2C、1-Wire、RS232是目前單片機應用系統(tǒng)3.9.1I2C總線I2C（InterIntegratedCircuit）常譯為內(nèi)部集成電路總線，或集成電路間總線，它是由Philips公司推出的芯片間串行傳輸總線。使用2線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 1根串行數(shù)據(jù)線（SDA） 1根串行時鐘線（SCL）。8/4/202373.9.1I2C總線I2C（InterIntegra1.I2C總線的基本特性硬件結構上具有相同的硬件接口界面。8/4/202381.I2C總線的基本特性硬件結構上具有相同的硬件接口界面?？偩€接口器件地址具有很大的獨立性。在單主系統(tǒng)中，每個I2C接口芯片具有唯一的器件地址，各從器件之間互不干擾，相互之間不能進行通信。MCU與I2C器件之間的通信是通過獨一無二的器件地址來實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)傳輸首先從最高位開始。傳輸速率在標準模式下可達100kbit/s，在快速模式下達400kbit/s，在高速模式下達3.4Mbit/s。它是一個真正的多主機總線。如果兩個或更多主機同時初始化數(shù)據(jù)傳輸，可以通過沖突檢測和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞。軟件操作的一致性。任何器件通過I2C總線與MCU進行數(shù)據(jù)傳送的方式基本一樣，決定了I2C總線軟件編寫的一致性。數(shù)據(jù)線SDA/時鐘線SCL(接上拉電阻）

8/4/20239總線接口器件地址具有很大的獨立性。在單主系統(tǒng)中，每個I2C接2.I2C總線工作原理

（1）I2C總線信號類型開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。結束信號：SCL為低電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數(shù)據(jù)。應答信號：接收數(shù)據(jù)的器件在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的器件（發(fā)送器）發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。發(fā)送器接收到應答信號后，根據(jù)實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，由判斷為接收器出現(xiàn)故障。數(shù)據(jù)只能在SCL為低電平時才能改變，SCL為高電平時SDA須穩(wěn)定。起始信號與結束信號都是由主器件產(chǎn)生。8/4/2023102.I2C總線工作原理（1）I2C總線信號類型7/31/28/4/2023117/31/202311（2）I2C總線數(shù)據(jù)傳輸

主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。總線必須由主器件（通常為單片機）控制，主器件產(chǎn)生串行時鐘控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。在起始信號結束后，主器件將發(fā)送一個用于選擇從器件地址的7位地址碼和一個數(shù)據(jù)方向位（R/W），方向位為“0”表示主器件把數(shù)據(jù)寫到所選擇的從器件中，此時主器件作為發(fā)送器，而從器件作為接收器；方向位為“1”表示主器件從所選擇的從器件中讀取數(shù)據(jù)，此時主器件作為接收器，而從器件作為發(fā)送器。在尋址字節(jié)后是按指定讀、寫操作的數(shù)據(jù)字節(jié)與應答位。在數(shù)據(jù)傳送完成后主器件必須發(fā)送停止信號。8/4/202312（2）I2C總線數(shù)據(jù)傳輸主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)在51上用P1口模擬I2C(c語言)/*電平模擬函數(shù)和基本讀寫函數(shù)voidIIC_Start(void);voidIIC_Stop(void);voidSEND_0(void);voidSEND_1(void);bitCheck_Acknowledge(void);voidWrite_Byte(ucharb);bitWrite_N_Bytes(uchar*buffer,ucharn)；bitRead_N_Bytes(ucharSlaveAdr,ucharn,uchar*buffer);ucharRead_Byte(void);*/8/4/202313在51上用P1口模擬I2C(c語言)/*電平模擬函數(shù)和#include<string.h>#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include"aiic_51.h"sbitSCL=P1^6;sbitSDA=P1^7;voidDELAY(uintt){while(t!=0)t--;}8/4/202314#include<string.h>7/31/202314voidIIC_Start(void){//啟動I2C總線的函數(shù)，當SCL為高電平時使SDA產(chǎn)生一個負跳變SDA=1;SCL=1;DELAY(DELAY_TIME);SDA=0;DELAY(DELAY_TIME);SCL=0;DELAY(DELAY_TIME);}8/4/202315voidIIC_Start(void)7/31/2023voidIIC_Stop(void){//終止I2C總線，當SCL為高電平時使SDA產(chǎn)生一個正跳變SDA=0;SCL=1;DELAY(DELAY_TIME);SDA=1;DELAY(DELAY_TIME);SCL=0;DELAY(DELAY_TIME);}8/4/202316voidIIC_Stop(void)7/31/20231voidSEND_0(void){//發(fā)送0，在SCL為低電平時使SDA信號變?yōu)榈蚐CL=0;SDA=0;SCL=1;DELAY(DELAY_TIME);SCL=0;DELAY(DELAY_TIME);}voidSEND_1(void){//發(fā)送1，在SCL為低電平時使SDA信號變?yōu)楦逽CL=0;SDA=1;SCL=1;DELAY(DELAY_TIME);SCL=0;DELAY(DELAY_TIME);}8/4/202317voidSEND_0(void)7/31/202317bitCheck_Acknowledge(void){//發(fā)送完一個字節(jié)后檢驗設備的應答信號SDA=1;SCL=1;DELAY(DELAY_TIME/2);F0=SDA;DELAY(DELAY_TIME/2);SCL=0;DELAY(DELAY_TIME);if(F0==1)returnFALSE;returnTRUE;}8/4/202318bitCheck_Acknowledge(void)7/voidWrite_Byte(ucharb){//向IIC總線寫一個字節(jié)uchari;for(i=0;i<8;i++)if((b<<i)&0x80)SEND_1();elseSEND_0();}8/4/202319voidWrite_Byte(ucharb)7/31/bitWrite_N_Bytes(uchar*buffer,ucharn){//向I2C總線寫n個字節(jié)uchari;IIC_Start();for(i=0;i<n;i++) { Write_Byte(buffer[i]); if(!Check_Acknowledge()) { IIC_Stop(); return(i==n); } }IIC_Stop();returnTRUE;}8/4/202320bitWrite_N_Bytes(uchar*buffeucharRead_Byte(void)reentrant{//從I2C總線讀一個字節(jié)ucharb=0,i;for(i=0;i<8;i++) { SDA=1;//釋放總線 SCL=1;//接受數(shù)據(jù) DELAY(10); F0=SDA; DELAY(10); SCL=0; if(F0==1) { b=b<<1; b=b|0x01; } else b=b<<1; }returnb;}8/4/202321ucharRead_Byte(void)reentrantbitRead_N_Bytes(ucharSlaveAdr,ucharn,uchar*buffer){//從I2C總線讀n個字節(jié)uchari;IIC_Start();Write_Byte(SlaveAdr);//向總線發(fā)送接收器地址if(!Check_Acknowledge())//等待接收器應答信號returnFALSE;for(i=0;i<n;i++) { buffer[i]=Read_Byte(); if(i!=n) SEND_0();//發(fā)送應答 else SEND_1();//發(fā)送非應答 }IIC_Stop();returnTRUE;}8/4/202322bitRead_N_Bytes(ucharSlaveAdIIC例：8/4/202323IIC例：7/31/2023238/4/2023247/31/2023248/4/2023257/31/2023258/4/2023267/31/2023268/4/2023277/31/2023278/4/2023287/31/2023288/4/2023297/31/2023298/4/2023307/31/2023308/4/2023317/31/2023318/4/2023327/31/2023328/4/2023337/31/2023338/4/2023347/31/2023348/4/2023357/31/2023358/4/2023367/31/2023368/4/2023377/31/2023378/4/2023387/31/2023388/4/2023397/31/2023391.SPI總線的特點（串行外圍設備接口:serialperipheralinterface）一般使用4條線

串行時鐘線（SCK） 主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線MISO 主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI 低電平有效的從機選擇線SSSPI總線技術是Motorola公司推出的一種同步串行接口

3.9.2SPI串行總線8/4/2023401.SPI總線的特點3.9.2SPI串行總線7/31/22.SPI總線系統(tǒng)的構成單片機與多個SPI串行接口設備典型結構如圖6.1所示。8/4/2023412.SPI總線系統(tǒng)的構成單片機與多個SPI串行接口設備典型結3.SPI串行總線在MCS-51系列單片機中的實現(xiàn)

MCS-51單片機I/O口模擬SPI總線接口原理圖如圖6.2所示。8/4/2023423.SPI串行總線在MCS-51系列單片機中的實現(xiàn)MCS-單片機，如Motorola公司的M68HC08系列、Cygnal公司的C8051F0XX系列、Philips公司的P89LPC93X系列。A/D和D/A轉換器，如：AD公司的AD7811/12、TI公司的TLC1543、TLC2543、TLC5615等。實時時鐘RTC，如Dallas公司的DS1302/05/06等。溫度傳感器，如AD公司的AD7816/17/18；NS公司的LM74等。其他設備，如LED控制驅動器MAX7219、HD7279等，集成看門狗、電壓監(jiān)控、E2PROM等功能的X5045等。4.常用SPI串行總線接口的器件8/4/2023434.常用SPI串行總線接口的器件7/31/202343SPI例：串行專用鍵盤/顯示器接口芯片HD72791.HD7279的主要特點 ⑴與CPU間采用串行接口方式，僅占用4根口線； ⑵內(nèi)部含有譯碼器，可直接接收BCD碼或16進制碼，同時具有兩種譯碼方式，實現(xiàn)LED數(shù)碼管位尋址和段尋址，消隱和閃爍屬性等多種控制指令，編程靈活； ⑶循環(huán)左移和循環(huán)右移指令； ⑷內(nèi)部含有驅動器，無需外圍元件可直接驅動LED ⑸具有級聯(lián)功能，可方便的實現(xiàn)多于8位顯示或多于64鍵的鍵盤接口； ⑹具有自動消除抖動并識別按鍵鍵值的功能。 8/4/202344SPI例：串行專用鍵盤/顯示器接口芯片HD72791.HD72.HD7279的引腳說明DIG0~DIG7：8個LED管的位驅動輸出端。SA~SG：LED數(shù)碼管的A段~G段的輸出端。DP為小數(shù)點的驅動輸出端。：片選信號。DATA:串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端。CLK：數(shù)據(jù)串行傳送的同步時鐘輸入端。KEY：按鍵信號輸出端。RC：連接HD7279的外接振蕩元件，其典型值為R=1.5kΩ,C=15pF。：復位端。CLKO:振蕩輸出端VDD:正電源（＋5V）VSS:接地8/4/2023452.HD7279的引腳說明DIG0~DIG7：8個LED3.HD7279的控制與實現(xiàn) HD7279的控制指令由6條純指令、7條帶數(shù)據(jù)指令和1條讀鍵盤指令組成。1）純指令 （1）復位（清除）指令（A4H）

該指令將所有的顯示清除，所有設置的字符消隱、閃爍等屬性也被一起清除。執(zhí)行該指令后，芯片所處的狀態(tài)與系統(tǒng)上電后所處的狀態(tài)一樣。

D7D6D5D4D3D2D1D0101001008/4/2023463.HD7279的控制與實現(xiàn) HD7279的控制指令由6（2）測試指令（BFH）

該指令使所有的LED全部點亮，并處于閃爍狀態(tài)，主要用于測試。（3）左移指令（A1H）

該指令使所有的顯示自右向左（從第1位向第8位)移動一位（包括處于消隱狀態(tài)的顯示位），但對各位所設置的消隱及閃爍屬性不變。移動后，最右邊一位為空（無顯示）。D7D6D5D4D3D2D1D010111111D7D6D5D4D3D2D1D0101000018/4/202347（2）測試指令（BFH）D7D6D5D4D3D2D1D010（4）右移指令（A0H）

（5）循環(huán)左移指令（A3H）

該指令與左移指令類似，不同之處在于移動后原最左邊一位（第8位）的內(nèi)容顯示于最右位（第1位）。D7D6D5D4D3D2D1D010100000D7D6D5D4D3D2D1D010100011（6）循環(huán)右移指令（A2H）該指令與循環(huán)左移指令類似，但移動方向相反。

D7D6D5D4D3D2D1D0101000108/4/202348（4）右移指令（A0H）D7D6D5D4D3D2D1D012）帶數(shù)據(jù)的指令 帶數(shù)據(jù)指令均由雙字節(jié)組成，第1字節(jié)為指令標志碼（有的還含有位地址），第2字節(jié)為顯示內(nèi)容。（1）按方式0譯碼顯示指令

命令由二個字節(jié)組成，前半部分為指令，其中a2、a1、a0為LED數(shù)碼管的位地址，即顯示數(shù)據(jù)是送給哪一位LED的。具體分配如表6.6所列。指令中的d3～d0為顯示數(shù)據(jù)，收到此指令時，HD7279按表6.7規(guī)則（譯碼方式0）進行譯碼和顯示。小數(shù)點的顯示由DP位控制，DP=1時，小數(shù)點顯示，DP=0時，小數(shù)點不顯示。指令中的XXX為無影響位。位D7D6D5D4D3D2D1D0十六進制碼指令碼10000a2a1a080H～87H數(shù)據(jù)碼DPXXXd3d2d1d08/4/2023492）帶數(shù)據(jù)的指令 帶數(shù)據(jù)指令均由雙字節(jié)組成，第1字節(jié)為指令LED位地址譯碼表a2a1a0LED顯示位000LED1001LED2010LED3011LED4100LED5101LED6110LED7111LED88/4/202350LED位地址譯碼表a2a1a0LED顯示位000LED100方式0譯碼顯示表d3～d0LED顯示字d3～d0LED顯示字00H008H801H109H902H20AH—03H30BHE04H40CHH05H50DHL06H60EHP07H70FH空(無顯示)8/4/202351方式0譯碼顯示表d3～d0LED顯示字d3～d0LED顯示字（2）按方式1譯碼顯示指令 此指令與上一條指令基本相同，所不同的是譯碼方式。方式1情況下，LED顯示的內(nèi)容與十六進制相對應，該指令的譯碼規(guī)則見表(譯碼方式1)。a2、a1、a0位地址譯碼見表。位D7D6D5D4D3D2D1D0十六進制碼指令碼11001a2a1a0C8H～CFH數(shù)據(jù)碼DPXXXd3d2d1d08/4/202352（2）按方式1譯碼顯示指令 此指令與上一條指令基本相同，方式1譯碼顯示表d3～d0LED顯示字d3～d0LED顯示字00H008H801H109H902H20AHA03H30BHB04H40CHC05H50DHD06H60EHE07H70FHF8/4/202353方式1譯碼顯示表d3～d0LED顯示字d3～d0LED顯示字（3）不譯碼顯示指令(方式2) 其中a2，a1，a0為位地址，位地址譯碼見表。第2字節(jié)仍為LED顯示的內(nèi)容，其中A-G和DP為顯示數(shù)據(jù)，分別對應LED數(shù)碼管的各段和小數(shù)點，當取值為“1”時，該段點亮；取值為“0”時，該段熄滅。位D7D6D5D4D3D2D1D0十六進制碼指令碼10010a2a1a090H～9FH數(shù)據(jù)碼DPABCDEFG8/4/202354（3）不譯碼顯示指令(方式2) 其中a2，a1，a0為位（4）閃爍控制指令 此命令控制各個數(shù)碼管的閃爍屬性。d0～d7分別對應LED1～LED8數(shù)碼管，當取值為1時，LED不閃爍；取值為0時，LED閃爍。開機后，缺省的狀態(tài)為各位均不閃爍。位D7D6D5D4D3D2D1D0十六進制碼指令碼1000100088H數(shù)據(jù)碼d7d6d5d4d3d2d1d08/4/202355（4）閃爍控制指令 此命令控制各個數(shù)碼管的閃爍屬性。d0～（5）消隱控制指令

此命令控制各個數(shù)碼管的消隱屬性。d0～d7分別對應LED1～LED8數(shù)碼管，當取值為“1”時，LED顯示；取值為“0”時，LED消隱。位D7D6D5D4D3D2D1D0十六進制碼指令碼1001100098H數(shù)據(jù)碼d7d6d5d4d3d2d1d08/4/202356（5）消隱控制指令 此命令控制各個數(shù)碼管的消隱屬性。d0～（6）段點亮指令位D7D6D5D4D3D2D1D0十六進制碼指令碼11100000E0H數(shù)據(jù)碼XXd5d4d3d2d1d0該指令的作用是點亮某個數(shù)碼管中某一指定的段，或64個LED矩陣中某一指定的LED。d5～d0為段地址，范圍從00H～3FH，

8/4/202357（6）段點亮指令位D7D6D5D4D3D2D1D0十六進制 該指令作用為關閉（熄滅）數(shù)碼管中的某一段，d5～d0為段地址，范圍從00H～3FH，作用與段點亮指令相同，僅將點亮段改為關閉段。（7）段關閉指令位D7D6D5D4D3D2D1D0十六進制碼指令碼11000000C0H數(shù)據(jù)碼d7d6d5d4d3d2d1d08/4/202358 該指令作用為關閉（熄滅）數(shù)碼管中的某一段，d5～d0為段地3）讀鍵盤數(shù)據(jù)指令 該指令從HD7279讀出當前的按鍵代碼。與其它指令不同，此命令的前一個字節(jié)15H為單片機傳送到HD7279的指令，而后一個字節(jié)d7～d0則為HD7279返回的按鍵代碼，其范圍是00H～3FH（無鍵按下時為0xFF）。。位D7D6D5D4D3D2D1D0