單片機(jī)原理與嵌入式設(shè)計(jì) 課件 第7、8章 單總線接口技術(shù)、IIC總線接口技術(shù)

單片機(jī)原理與嵌入式設(shè)計(jì)單總線接口技術(shù)第七章電子設(shè)計(jì)系列教材01單總線接口技術(shù)原理單總線接口技術(shù)原理01單總線介紹單總線是一種異步半雙工串行傳輸總線，它只需要一條信號(hào)線（OWIO）來傳輸數(shù)據(jù)，典型的單總線傳輸架構(gòu)如圖所示。在單總線傳輸中，信號(hào)線除作為傳輸數(shù)據(jù)的用途外，還可以同時(shí)作為所連接單總線接口芯片的電源。單總線接口技術(shù)原理01單總線介紹單總線的信號(hào)線需要連接一個(gè)上拉電阻到電源。上拉電阻取決于單總線通信速度和總線負(fù)載特性,最佳上拉電阻的取值范圍為1.5~5kQ。單總線傳輸使用的速度有標(biāo)準(zhǔn)速度與高速兩種。每個(gè)單總線接口芯片擁有唯一的64位光刻ROM碼以便控制器辨識(shí)，在所連接芯片數(shù)量上幾乎無限制。單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)。主機(jī)是微控制器，從機(jī)是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號(hào)線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作;當(dāng)有多個(gè)從機(jī)時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。單總線接口技術(shù)原理01單總線通信時(shí)序單總線器件在通信時(shí)要遵循嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。單總線協(xié)議定義了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫0、寫1、讀О和讀1時(shí)序等幾種信號(hào)類型。所有的單總線命令序列，如初始化、ROM命令、功能命令等都是由這些基本的信號(hào)類型組成的。在這些信號(hào)中，除應(yīng)答脈沖外，其他均由主機(jī)發(fā)出同步信號(hào)，并且所有的命令和數(shù)據(jù)都按照從低位到高位的順序發(fā)送。單總線接口技術(shù)原理01單總線通信時(shí)序初始化時(shí)序包括主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖。主機(jī)通過拉低單總線至少480us產(chǎn)生發(fā)送(TX）復(fù)位脈沖;然后主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入接收(RX）模式。主機(jī)釋放總線時(shí)，由于上拉電阻的關(guān)系會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙?，所以單總線器件檢測到該上升沿后，延時(shí)15～60us，接著單總線器件通過拉低總線60~240us來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后，說明有單總線器件在線，然后主機(jī)就可以開始對(duì)從機(jī)進(jìn)行ROM命令和功能命令操作了。單總線接口技術(shù)原理01單總線通信時(shí)序?qū)?時(shí)序，主機(jī)將在拉低總線15us之內(nèi)釋放總線，引腳輸出高電平，即向單總線器件寫1;寫1時(shí)序如圖所示。寫0時(shí)序，主機(jī)拉低總線后能保持至少60us的低電平，引腳此時(shí)一直為低電平，即向單總線器件寫0;寫0時(shí)序如圖所示。單總線接口技術(shù)原理01單總線通信時(shí)序讀時(shí)序，單總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以在主機(jī)端口由高電平變成低電平，即主機(jī)向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，應(yīng)馬上進(jìn)入讀時(shí)序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序后，單總線器件開始在總線上發(fā)送0或1。若單總線器件發(fā)送1，則總線保持高電平，若發(fā)送0，則拉低總線。由于單總線器件發(fā)送數(shù)據(jù)后可保持15us有效時(shí)間,因此，主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，且必須在15us的時(shí)間內(nèi)采樣總線狀態(tài)，以便接收從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。接收完數(shù)據(jù)后，主機(jī)端口將會(huì)通過外部的上拉電阻拉回為高電平。在一個(gè)單獨(dú)的讀操作中必須有60us的持續(xù)時(shí)間。讀時(shí)序如圖所示。單總線接口技術(shù)原理01單總線I/O模擬對(duì)于51單片機(jī)而言，由于它不帶有專門的單總線接口，所以只能通過對(duì)端口進(jìn)行模擬時(shí)序的方式來產(chǎn)生單總線時(shí)序信號(hào)。單總線接口技術(shù)原理01CRC校驗(yàn)簡介在單總線通信時(shí)，為避免數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤引起的誤讀、誤寫操作，常需要對(duì)串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行校驗(yàn)。最常用的有效檢錯(cuò)方案是循環(huán)冗余校驗(yàn)法（CRC)。這里主要介紹單總線器件的CRC的工作及特性，不涉及詳細(xì)的數(shù)學(xué)定義和描述。包含CRC特性的詳細(xì)數(shù)學(xué)概念請(qǐng)參考相關(guān)資料。單總線接口技術(shù)原理01CRC校驗(yàn)簡介CRC通常由硬件實(shí)現(xiàn)，也可用程序計(jì)算或程序查表得到，通常CRC表示帶反饋的移位寄存器，但也可將CRC看成變量x的多項(xiàng)式，每一項(xiàng)的系數(shù)為二進(jìn)制數(shù)，這些系數(shù)與移位寄存器的反饋通道直接對(duì)應(yīng)。硬件方案中的移位寄存器的階數(shù)，或者多項(xiàng)式中的最高冪次就是要計(jì)算CRC的位數(shù)。移位寄存器在數(shù)學(xué)上可被視為除法電路，其中輸入數(shù)據(jù)為被除數(shù)，反饋移位寄存器為除數(shù)，計(jì)算所得的商數(shù)在這里沒有價(jià)值，計(jì)算后的余數(shù)就是指定數(shù)據(jù)流的CRC碼。當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)移入之后，移位寄存器的值就是最后的余數(shù)。單總線接口技術(shù)原理01CRC校驗(yàn)簡介對(duì)于單片機(jī)而言，可通過程序計(jì)算或查表的方式實(shí)現(xiàn)CRC。CRC可以檢測出數(shù)據(jù)中絕大多數(shù)錯(cuò)誤的情況,只有極少情況的差錯(cuò)無法檢測到。CRC的基本原理是:在K位信息碼后再拼接R位的校驗(yàn)碼，整個(gè)編碼長度為N位，因此，這種編碼也叫(N,K)碼。對(duì)于一個(gè)給定的(N,K)碼,可以證明存在一個(gè)最高次冪為R的多項(xiàng)式G(x)。根據(jù)G(x)可以生成信息碼的校驗(yàn)碼,而G(x)叫作這個(gè)CRC碼的生成多項(xiàng)式。任意一個(gè)由二進(jìn)制位串組成的代碼都可以和一個(gè)系數(shù)僅為“O”和“1”取值的多項(xiàng)式一一對(duì)應(yīng)。例如，代碼1010111對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式為x+x*+x+x+1，而多項(xiàng)式為x+x+X+xt1對(duì)應(yīng)的代碼101111。單總線接口技術(shù)原理01CRC校驗(yàn)簡介標(biāo)準(zhǔn)CRC生成多項(xiàng)式如表所示。02單總線實(shí)現(xiàn)唯一序列號(hào)單總線實(shí)現(xiàn)唯一序列號(hào)02DS2401芯片簡介DS2401芯片（簡稱DS2401）是一款低成本的電子注冊碼，它以最少的接口提供絕對(duì)、唯一的識(shí)別功能。它內(nèi)含一個(gè)工廠刻入的64位ROM，其中包括48位唯一序列號(hào)、8位CRC碼和8位系列碼（01H)。DS2401的數(shù)據(jù)通信采用單總線協(xié)議，僅通過一條信號(hào)線和一個(gè)地回路串行傳輸。用于讀取和寫入器件的電源由數(shù)據(jù)線本身產(chǎn)生，無須外部供電。它具有T0-92、SOT-223、TSOC等封裝。外部供電電源范圍為2.8～6.0V，工業(yè)級(jí)工作溫度為-40～+85℃，常應(yīng)用于PCB識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)ID、設(shè)備注冊等。例如，廠家將DS2401應(yīng)用于產(chǎn)品中，這樣每個(gè)產(chǎn)品都有唯一的編號(hào)，以便于維護(hù)或升級(jí)。單總線實(shí)現(xiàn)唯一序列號(hào)02DS2401芯片簡介DS2401的TSOC-6封裝與引腳分布如圖所示。引腳說明如下。GND:芯片電源地引腳。DQ:通信引腳。NC:無連接引腳。單總線實(shí)現(xiàn)唯一序列號(hào)02DS2401電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)DS2401的應(yīng)用電路如圖所示。電路原理說明:DS2401為單總線接口芯片,其信號(hào)引腳通過一個(gè)4.7kQ2的電阻上拉到電源,該引腳集控制、地址、數(shù)據(jù)和供電于一體，因此連接到外部控制器只需要連接此引腳即可。單總線實(shí)現(xiàn)唯一序列號(hào)02DS2401電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)對(duì)于DS2401而言，最重要的功能操作為讀操作，完成讀操作便能方便地實(shí)現(xiàn)讀取內(nèi)部的電子注冊碼。DS2401讀操作函數(shù)如下。單總線實(shí)現(xiàn)唯一序列號(hào)02DS2401操作原理DS2401的內(nèi)建ROM僅由單條數(shù)據(jù)線訪問,根據(jù)單總線協(xié)議,可以從中提取48位序列號(hào)、8位系列碼和8位CRC碼。單總線協(xié)議規(guī)定總線的收發(fā)按照特殊時(shí)隙下的總線狀態(tài)進(jìn)行，由主機(jī)發(fā)出的同步脈沖下降沿初始化,所有數(shù)據(jù)讀寫都按照低位在前的原則。DS2401內(nèi)部ROM數(shù)據(jù)位如表7-2所示。任何情況下，DS2401都是從機(jī)，而總線控制器常由微控器（如單片機(jī))擔(dān)任。單總線實(shí)現(xiàn)唯一序列號(hào)02DS2401操作原理單總線僅定義了一條信號(hào)線，所以讓總線上每個(gè)設(shè)備都在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻運(yùn)行是非常重要的。為便于達(dá)到這一目的,每個(gè)接入單總線的設(shè)備都采用開漏連接或三態(tài)輸出。DS2401為漏極開路輸出,內(nèi)部等效電路如圖所示?？偩€主控器可以采用與其一致的等效電路。如果沒有可利用的雙向引腳，則可將獨(dú)立的輸入、輸出引腳連接起來使用。在主控制器端需加一個(gè)上拉電阻,最佳的上拉電阻(RPU)取值范圍為1.5～5千歐。單總線實(shí)現(xiàn)唯一序列號(hào)02DS2401操作原理總線控制器的等效電路如圖7-9所示。在短距離傳輸情況下需一個(gè)約5kQ的上拉電阻。DS2401的單總線的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為16.3kbit/s。單總線實(shí)現(xiàn)唯一序列號(hào)02DS2401操作原理要注意的是，單總線的閑置狀態(tài)為高電平。不管是何種原因，當(dāng)傳輸操作過程需要暫停下來，或者要求傳送過程還能繼續(xù)時(shí)，單總線必須處于閑置狀態(tài);如果情況并非如此或單總線保持低電平超過120us，那么單總線上的所有器件將要復(fù)位。單總線實(shí)現(xiàn)唯一序列號(hào)02DS2401操作原理操作DS2401應(yīng)遵循以下順序:初始化、ROM命令、讀取數(shù)據(jù)。在單總線上所有的傳輸操作以初始化時(shí)序開始。初始化時(shí)序由主機(jī)發(fā)送的復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)送的在線應(yīng)答脈沖組成。在線應(yīng)答脈沖能讓主機(jī)知道DS2401在總線上并已經(jīng)做好準(zhǔn)備。一旦主機(jī)監(jiān)測到應(yīng)答脈沖，就可以發(fā)送ROM命令。所有的ROM命令長度為8位，DS2401的ROM命令如表所示。03單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20芯片(簡稱DS18B20)是一款數(shù)字溫度傳感器，它通過單一接口發(fā)送或接收信息,因此在單片機(jī)和DS18B20之間僅需一條連接線(加上地線)。用于讀/寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無須外部電源。每個(gè)DS18B20都有一個(gè)獨(dú)特的64位序列號(hào)，因此多個(gè)DS18B20可以同時(shí)連在一條單線上。其內(nèi)部擁有用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警單元，可通過命令識(shí)別并標(biāo)志限定溫度，從而進(jìn)行溫度報(bào)警。DS18B20芯片簡介單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20測溫范圍為-55～+125℃。精度為9～12位(與數(shù)據(jù)位數(shù)的設(shè)定有關(guān))，9位的溫度分辨率為0.5℃，12位的溫度分辨率為0.0625℃,默認(rèn)值為12位;在93.75～750ms內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化為9～12位的數(shù)字量，典型轉(zhuǎn)換時(shí)間為200ms。DS18B20輸出的數(shù)字量與所測溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示。DS18B20芯片簡介單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)DS18B20的應(yīng)用電路如圖所示。電路原理說明:DS18B20不工作在寄生電源模式，其VCC引腳接到5V，作為單總線接口芯片，其信號(hào)引腳通過一個(gè)4.7k2的電阻上拉到電源，然后連接到單片機(jī)。單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20操作原理DS18B20有三個(gè)主要數(shù)字部件:64位ROM、溫度傳感器和非易失性（EEPROM）溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20操作原理DS18B20作為單總線器件，可用如下方式從單信號(hào)線上汲取能量:在信號(hào)線處于高電平期間，把能量存儲(chǔ)在內(nèi)部電容里;在信號(hào)線處于低電平期間，消耗電容上的電能工作，直到高電平來到再給寄生電源（電容）充電。DS18B20也可用外部電源給DS18B20的VDD供電。當(dāng)溫度高于100℃時(shí)，不推薦使用寄生電源，因?yàn)镈S18B20此時(shí)的漏電流比較大，通信可能無法進(jìn)行。在類似這種溫度情況下，要使用DS18B20的VDD引腳。使用單個(gè)DS18B20時(shí),總線接5kQ2上拉電阻即可;但總線上所接的DS18B20超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，如減小上拉電阻等。單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20操作原理DS18B20以片上溫度測量技術(shù)來測量溫度。如圖所示為溫度測量電路的方框圖.DS18B20的測量過程:用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來得到溫度值。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于-55℃的一個(gè)值。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá)0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到-55℃)的值增加，這表明所測溫度大于-55℃。單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20操作原理操作DS18B20應(yīng)遵循以下順序:初始化(復(fù)位)、ROM操作命令、暫存器操作命令。通過單總線的所有操作都從一個(gè)初始化序列開始。初始化序列包括一個(gè)由總線控制器發(fā)出的復(fù)位脈沖和其后由從機(jī)發(fā)出的存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道DS18B20在總線上并等待接收命令。一旦總線控制器探測到一個(gè)存在脈沖，就可以發(fā)出5個(gè)ROM命令之一，所有ROM操作命令都是8位長度（LSB，即低位在前)。單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20操作原理DS18B20的ROM命令如表所示。單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20操作原理DS18B20的RAM暫存器如表所列。單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20操作原理通過RAM操作命令，DS18B20完成一次溫度測量。測量結(jié)果放在DS18B20的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令就可以把暫存器中的數(shù)據(jù)讀出。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL各由一個(gè)EEPROM字節(jié)構(gòu)成。DS18B20完成一次溫度轉(zhuǎn)換后，會(huì)將溫度值和存儲(chǔ)在TH和TL中的值進(jìn)行比較，如果測得的值高于TH或低于TL的值，則器件內(nèi)部就會(huì)置位一個(gè)報(bào)警標(biāo)志，當(dāng)報(bào)警標(biāo)志置位時(shí)，DS18B20會(huì)對(duì)報(bào)警搜索命令有反應(yīng)。如果沒有對(duì)DS18B20使用報(bào)警搜索命令，則這些寄存器可以作為一般用途的用戶存儲(chǔ)器使用，用一條存儲(chǔ)器操作命令對(duì)TH和TL進(jìn)行寫入，對(duì)這些寄存器的讀出需要通過暫存器。所有數(shù)據(jù)都以低有效位在前的方式(LSB）進(jìn)行讀寫。單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20操作原理6條RAM命令如表所示。單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20操作原理DS18B20可以通過配置寄存器來設(shè)置分辨率。暫存寄存器中的4字節(jié)包含配置寄存器，用戶通過改變R和R的值來配置DS18B20的分辨率。上電默認(rèn)為R=1及R=1（12位分辨率)。需要注意的是，轉(zhuǎn)換時(shí)間與分辨率之間是有制約關(guān)系的。bit7和bit0～bit4作為內(nèi)部使用而保留,不可被寫入，如表7-9所示。溫度分辨率與R、R對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示。單總線實(shí)現(xiàn)溫度測量03DS18B20操作原理DS18B20可以通過配置寄存器來設(shè)置分辨率。暫存寄存器中的4字節(jié)包含配置寄存器，用戶通過改變R和R的值來配置DS18B20的分辨率。上電默認(rèn)為R=1及R=1（12位分辨率)。需要注意的是，轉(zhuǎn)換時(shí)間與分辨率之間是有制約關(guān)系的。bit7和bit0～bit4作為內(nèi)部使用而保留,不可被寫入，如表所示。04單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438芯片簡介DS2438為一款電池檢測芯片，可用于標(biāo)識(shí)電池組的唯一序列號(hào);其直接數(shù)字化的溫度傳感器省掉了電池組內(nèi)的熱敏電阻;可測量電池電壓和電流的AD轉(zhuǎn)換器;集成電流累積器用于記錄進(jìn)入和流出電池的電流總量;一個(gè)經(jīng)歷時(shí)間記錄器;40字節(jié)的非易失性EEPROM存儲(chǔ)器，可用于存儲(chǔ)重要的電池參數(shù)，如化學(xué)類型、電池容量、充電方式和組裝日期等。DS2438使用單總線接口發(fā)送和接收信息，所以微控制器和DS2438之間僅需1條連線（還有地線)。這就意味著電池組僅需要三個(gè)輸出接頭:電池電源、地和單總線接口。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438芯片簡介每個(gè)DS2438具有唯一的硅序列號(hào)，多個(gè)DS2438可以共存于同一條單總線。這就允許多個(gè)電池組可同時(shí)充電或在系統(tǒng)中使用。DS2438作為智能電池監(jiān)視器為電池組提供了若干很有價(jià)值的功能,如用于便攜計(jì)算機(jī)、便攜/蜂窩電話及手持式儀器等需要密切監(jiān)視電池實(shí)時(shí)性能的設(shè)備。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438芯片簡介DS2438的SOIC-8封裝與引腳分布如圖所示。引腳說明如下。GND:芯片電源地引腳。VSENS+:電池測量電流輸入（+)。VSENS-:電池測量電流輸入(-)。VAD:通用電壓A/D采樣輸入引腳。VDD:供電電壓（2.4～10V)。NC:無連接引腳。DQ:單總線的數(shù)據(jù)IO口。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)以常用的兩節(jié)鋰電池監(jiān)控為例，設(shè)計(jì)DS2438的應(yīng)用電路如圖所示。電路原理說明:電池的正端接到VAD引腳，作為電池電壓的監(jiān)控測量，電池的負(fù)端通過一個(gè)50mQ2的采樣電阻到地，然后連接到VSENS+引腳，作為電流的監(jiān)控。此外，DS2438為單總線接口芯片，其信號(hào)引腳通過一個(gè)4.7kQ的電阻上拉到電源，該引腳集控制、地址、數(shù)據(jù)通信于一體，因此連接到外部控制器只需要連接此引腳即可。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438操作原理DS2438的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含單總線控制器、溫度傳感器、電壓A/D轉(zhuǎn)換器、電流A/D轉(zhuǎn)換器、電流累加器、40字節(jié)非易失性存儲(chǔ)器等,如圖所示。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438操作原理DS2438通過片上溫度測量技術(shù)測量溫度。能讀取13位二進(jìn)制補(bǔ)碼格式的溫度數(shù)據(jù)，分辨率為0.03125℃。數(shù)據(jù)在單總線接口上串行傳輸。DS2438可以測量溫度的范圍是-55~+125℃,以0.03125℃的增量增加。對(duì)于華氏溫度表示法,必須使用查找表或轉(zhuǎn)換因子。溫度測量輸出數(shù)據(jù)位格式如表所示。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438操作原理溫度測量輸出數(shù)據(jù)的確切關(guān)系如表所示。值得注意的是，在DS2438中最低有效位表示0.03125℃。溫度寄存器的3個(gè)低有效位始終為0，剩下的13位用℃的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示溫度，最高有效位保持符號(hào)位。可通過查看“存儲(chǔ)器映射”找到溫度寄存器地址。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438操作原理DS2438片上的A/D轉(zhuǎn)換器有10位的分辨率，當(dāng)DS2438收到指示它轉(zhuǎn)換電壓的命令時(shí)，執(zhí)行轉(zhuǎn)換。這個(gè)測量的結(jié)果放在2字節(jié)電壓寄存器中。DS2438的A/D轉(zhuǎn)換范圍是0~10V。這個(gè)范圍對(duì)于六節(jié)鎳鎘電池、鎳氫電池組或兩節(jié)鋰電池組來說是合適的。A/D轉(zhuǎn)換的滿量程值是10.23V,分辨率為10mV。雖然A/D轉(zhuǎn)換最低量程可達(dá)0V，但有一點(diǎn)需要注意，就是待測電池電壓也是DS2438的供電電壓。因此，當(dāng)電池電壓低于2.4V時(shí),電壓AD轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性下降，執(zhí)行轉(zhuǎn)換的能力受到DS2438的操作電壓范圍的限制。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438操作原理對(duì)于應(yīng)用程序需要一個(gè)通用的電壓A/D轉(zhuǎn)換器，DS2438可以被配置，以致電壓轉(zhuǎn)換指令的結(jié)果能夠?qū)AD輸入(而不是Vop輸入)存入電壓寄存器中。電壓寄存器格式如表所示。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438操作原理電壓寄存器輸出數(shù)據(jù)的確切關(guān)系如表所示。根據(jù)狀態(tài)/配置寄存器的聲明，Vpp或VAD(兩者之一)將在接收到電壓轉(zhuǎn)換命令后存儲(chǔ)在電壓寄存器中。參閱寄存器映射中關(guān)于狀態(tài)/配置寄存器的詳細(xì)描述。如果Vz輸入作為電壓輸入，則A/D轉(zhuǎn)換器在1.5V<VAD<2Vpp范圍內(nèi)是準(zhǔn)確的，其中Vpp的范圍是2.4V<VDD<5.0V。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438操作原理DS2438A/D轉(zhuǎn)換器以通過測量外部檢測電阻兩端的電壓，來有效地檢測流入和流出電池組的電流。A/D轉(zhuǎn)換器將在后臺(tái)以36.41次/s的頻率采樣，因此不需要命令啟動(dòng)電流測量。但DS2438只會(huì)在狀態(tài)/配置寄存器中IAD位置1時(shí)才啟動(dòng)電流A/D轉(zhuǎn)換。DS2438通過VSENS引腳測量流入和流出電池的電流，VSENS+引腳到VSENS-引腳的電壓被認(rèn)為是電流檢測電阻RSENS兩端的電壓。VSENS+端與電阻RSENS直接相關(guān)，然而，對(duì)于VSENS-，建議在該引腳和RSENS的接地端之間接一個(gè)RC低通濾波電路。用一個(gè)阻值為100kQ的電阻和一個(gè)0.1uF的鋁電容器，該濾波器的截止頻率是15.9Hz，電流A/D轉(zhuǎn)換器以36.41次/s或27.46次/ms的頻率采樣。這個(gè)濾波器能消除大部分的尖峰毛刺的影響，從而允許電流累加器準(zhǔn)確反映流入和流出電池的總電荷。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438操作原理隨著時(shí)間的推移，整合的電流會(huì)因?yàn)樾‰娏鰽D轉(zhuǎn)換器存在偏置誤差可以有一個(gè)大的累積效應(yīng)，DS2438在電流A/D轉(zhuǎn)換器中提供了一種抵消偏置誤差的方法。在每次電流測量完成后,測量值被加到偏置寄存器的內(nèi)容中，結(jié)果隨后被存儲(chǔ)在電流寄存器中。偏移寄存器是一個(gè)2字節(jié)非易失性的讀/寫寄存器，是以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)的。這個(gè)寄存器的高4位中最高有效位包含偏置的符號(hào)，偏移寄存器格式如表所示。其中，unit=0.2441mV。單總線實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)控04DS2438操作原理下面的步驟可以用來調(diào)整電流A/D轉(zhuǎn)換器。向偏置寄存器寫全0。驅(qū)動(dòng)零電流通過RSENS電阻。讀取電流寄存器值。通過將狀態(tài)/配置寄存器中的IAD位置0，關(guān)閉電流A/D轉(zhuǎn)換器。改變當(dāng)前讀取的電流寄存器的值的符號(hào)，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式，并將結(jié)果寫入偏置寄存器中。通過將狀態(tài)/配置寄存器中的IAD位置1，開啟電流A/D轉(zhuǎn)換器。注意,當(dāng)寫入偏置寄存器時(shí),必須禁止電流測量(IAD位置0)。05單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DS2431芯片簡介DS2431是一款1024位單總線EEPROM（電可擦除可編程ROM）芯片，由4頁存儲(chǔ)區(qū)組成，每頁256位。數(shù)據(jù)先被寫入一個(gè)8字節(jié)暫存器中，經(jīng)校驗(yàn)后復(fù)制到EEPROM存儲(chǔ)器。該器件的特點(diǎn)是，4頁存儲(chǔ)區(qū)相互獨(dú)立，可以單獨(dú)進(jìn)行寫保護(hù)或進(jìn)入EEPROM仿真模式，在該模式下，所有位的狀態(tài)只能從1變成0。DS2431通過一條單總線進(jìn)行通信。通信采用了標(biāo)準(zhǔn)的單總線協(xié)議。每個(gè)器件都有不能更改的、唯一的64位ROM注冊號(hào)，該注冊號(hào)由工廠光刻寫入芯片。在一個(gè)多點(diǎn)的單總線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，該注冊號(hào)用作器件地址。DS2431可在2.8~5.25V電壓范圍內(nèi)進(jìn)行讀寫操作。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DS2431芯片簡介DS2431的TSOC-6封裝與引腳分布如圖所示。引腳說明如下。GND:芯片電源地引腳。DQ:通信引腳,集控制、地址、數(shù)據(jù)和供電于一體。NC:無連接引腳。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DS2431電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)DS2431的應(yīng)用電路如圖所示。電路原理說明:DS2431為單總線接口芯片,其信號(hào)引腳通過一個(gè)4.7kQ2的電阻上拉到電源,該引腳集控制、地址、數(shù)據(jù)和供電于一體，因此連接到外部控制器只需要連接此引腳即可。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DS2431操作原理DS2431包括4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件:64位光刻ROM、64位暫存器、4個(gè)32字節(jié)EEPROM頁及64位寄存器頁，其方框圖如圖所示。每個(gè)DS2431都有唯一的64位ROM代碼,其中前8位是一個(gè)單總線系列碼，中間48位是唯一的序列號(hào)，后8位是前56位的CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))碼。單總線CRC碼通過一個(gè)包括移位寄存器和異或門的多項(xiàng)式發(fā)生器產(chǎn)生。該多項(xiàng)式為:x8+X+ד+1。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DS2431操作原理移位寄存器初始化時(shí)被清零。然后從系列碼的最低有效位開始，每次移入一位。當(dāng)系列碼的最后一位被移入后，再移入序列號(hào)。當(dāng)序列號(hào)的最后一位也被移入時(shí)，移位寄存器的值即為CRC碼的值。繼續(xù)移入8位CRC碼后，移位寄存器所有位歸零。64位光刻ROM的數(shù)據(jù)格式如表所示。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DS2431操作原理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和寄存器位于一個(gè)線性地址空間。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和寄存器對(duì)讀操作沒有限制。DS2431的EEPROM陣列共有18行，每行8字節(jié)。前16行被等分為4個(gè)存儲(chǔ)器頁（每頁32字節(jié)),這4頁為主數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。可以通過設(shè)置寄存器行中相應(yīng)的保護(hù)字節(jié)將每一頁單獨(dú)設(shè)置成開放(無保護(hù))、寫保護(hù)或EPROM模式。最后兩行包括保護(hù)寄存器和保留字節(jié)。寄存器行包括4個(gè)保護(hù)控制字節(jié)，1個(gè)復(fù)制保護(hù)字節(jié)，1個(gè)工廠預(yù)置字節(jié)，以及2個(gè)用戶廠商ID字節(jié)。廠商ID可以是客戶要求的標(biāo)識(shí)碼，用于幫助應(yīng)用軟件識(shí)別與DS2431有關(guān)的產(chǎn)品。要設(shè)置并注冊一個(gè)定制的廠商ID請(qǐng)與工廠聯(lián)系。最后一行為將來的應(yīng)用所保留。未定義讀寫功能，不能使用這些操作。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DS2431操作原理除主EEPROM陣列外，還包含一個(gè)8字節(jié)易失性暫存器。向EEPROM陣列寫入數(shù)據(jù)包括兩個(gè)步驟。首先，數(shù)據(jù)先寫到暫存器，然后被復(fù)制到主存儲(chǔ)器陣列。這就允許用戶在將數(shù)據(jù)復(fù)制到主存儲(chǔ)器陣列前先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。器件僅支持整行(8字節(jié))復(fù)制操作。為保證復(fù)制操作中暫存器的數(shù)據(jù)有效，WriteScratchpad命令提供的地址必須開始于一行的邊界處，而且暫存器必須寫入8個(gè)完整的字節(jié)。保護(hù)控制寄存器決定執(zhí)行WriteScratchpad命令時(shí)輸入數(shù)據(jù)如何被加載到暫存器。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DS2431操作原理保護(hù)控制寄存器設(shè)置為55H(寫保護(hù)）時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)被忽略，位于目標(biāo)地址的主存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)被加載到暫存器。保護(hù)控制寄存器設(shè)置為AAH(EPROM模式）時(shí)，輸入數(shù)據(jù)與目標(biāo)地址的主存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯與，計(jì)算結(jié)果被加載到暫存器。保護(hù)控制寄存器的其他任意設(shè)置值使相關(guān)存儲(chǔ)器頁處于不限制寫操作的開放狀態(tài)。保護(hù)控制字節(jié)設(shè)置成55H或AAH時(shí)，該字節(jié)自身也受寫保護(hù)。保護(hù)控制字節(jié)設(shè)置成55H并不阻止復(fù)制操作。這就允許被寫保護(hù)的數(shù)據(jù)在器件內(nèi)部進(jìn)行刷新（即用當(dāng)前數(shù)據(jù)重新編程)。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DS2431操作原理復(fù)制保護(hù)字節(jié)用于更高的安全級(jí)別，僅應(yīng)在其他所有保護(hù)控制字節(jié)、用戶字節(jié)、寫保護(hù)頁被設(shè)置成最終值后才被使用。如果復(fù)制保護(hù)字節(jié)置為5SH或AAH,則阻止所有試圖向寄存器行和用戶字節(jié)行復(fù)制的操作。此外，所有試圖向?qū)懕Ｗo(hù)的主存儲(chǔ)器頁復(fù)制的操作（即刷新）也被阻止。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DS2431操作原理DS2431要求有嚴(yán)格的協(xié)議來確保數(shù)據(jù)的完整性。在一條總線上,協(xié)議包含幾種類型的信號(hào):復(fù)位脈沖和應(yīng)答脈沖的復(fù)位序列,寫0、寫1和讀數(shù)據(jù)。所有的這些信號(hào)，除應(yīng)答脈沖外，總線主機(jī)發(fā)出其他所有信號(hào)的下降沿,DS2431能以標(biāo)準(zhǔn)速度或高速兩種模式通信。如果沒有明確設(shè)置為高速模式，DS2431就以標(biāo)準(zhǔn)速度通信。在高速模式下，所有波形均采用快速定時(shí)。關(guān)于DS2438底層單總線操作相關(guān)的時(shí)序與程序參考7.1.2節(jié)單總線通信時(shí)序。感謝觀看，再見！單片機(jī)原理與嵌入式設(shè)計(jì)電子設(shè)計(jì)系列教材單片機(jī)原理與嵌入式設(shè)計(jì)單總線接口技術(shù)第八章電子設(shè)計(jì)系列教材01IIC總線接口技術(shù)原理單總線接口技術(shù)原理01IIC總線介紹IIC總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線,是具備多主機(jī)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。IC總線只有兩條雙向信號(hào)線。一條是數(shù)據(jù)線SDA，另一條是時(shí)鐘線SCL。IC總線通信連接圖如圖所示。IIC總線通過上拉電阻接電源正極。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩條線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的SDA和SCL都是線與關(guān)系。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線介紹每個(gè)接到IC總線上的器件都有唯一的地址，這樣可以保證在總線上同時(shí)存在多個(gè)器件時(shí)器件間不會(huì)相互干擾。主機(jī)與其他器件的數(shù)據(jù)傳送可以由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到其他器件，此時(shí)主機(jī)為發(fā)送器，總線上接收數(shù)據(jù)的器件為接收器;也可以由總線上的其他某一器件發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī),這時(shí)主機(jī)為接收器，總線上發(fā)送數(shù)據(jù)的器件為發(fā)送器。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線介紹在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂，IIC總線要通過總線仲裁，以決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。IIC總線上的仲裁分為兩部分:SCL線的同步和SDA線的仲裁。SCL線的同步是由于總線具有線與的邏輯功能,即只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送低電平，總線上就表現(xiàn)為低電平。當(dāng)所有的節(jié)點(diǎn)都發(fā)送高電平時(shí)，總線才能表現(xiàn)為高電平。正是由于線與邏輯功能的原理，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，在總線上表現(xiàn)的是統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)。這就是SCL線的同步原理。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線介紹SDA線的仲裁也是建立在總線具有線與邏輯功能的原理上的。節(jié)點(diǎn)在發(fā)送1位數(shù)據(jù)后，比較總線上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)與自己發(fā)送的是否一致。是,繼續(xù)發(fā)送;否，退出競爭。SDA線的仲裁可以保證IC總線系統(tǒng)在多個(gè)主節(jié)點(diǎn)同時(shí)企圖控制總線時(shí)通信正常進(jìn)行并且數(shù)據(jù)不丟失。IIC總線系統(tǒng)通過仲裁只允許一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)占據(jù)總線。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序SDA和SCL都是雙向線路，IIC總線上的數(shù)據(jù)信號(hào)SDA(或時(shí)鐘信號(hào)SCL)是由所有連接到該信號(hào)線上的IIC器件SDA信號(hào)（或SCL信號(hào)）進(jìn)行邏輯“與”產(chǎn)生的，都需要通過一個(gè)上拉電阻(通常情況下為4.7kQ2，,通常IIC總線通信頻率為100kHz時(shí)為10kQ,頻率為400KHz和1MHz時(shí)為2kQ)連接到電源正端,當(dāng)IIC總線空閑時(shí)，這兩條線路都是高電平。連接到IIC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。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序如圖所示為IIC總線接口電路結(jié)構(gòu)。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的起始條件和停止條件在IIC總線協(xié)議中，數(shù)據(jù)傳輸必須由主機(jī)發(fā)送的起始信號(hào)開始，以主機(jī)發(fā)送的停止信號(hào)結(jié)束,如圖所示。當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA從高電平向低電平切換，這時(shí)表示主機(jī)產(chǎn)生起始信號(hào)(S);當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平切換，表示終止信號(hào)(P)。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的起始條件和停止條件IIC總線在起始信號(hào)后被認(rèn)為處于忙的狀態(tài)，在終止信號(hào)后，IIC總線被認(rèn)為再次處于空閑狀態(tài)。一般情況下起始信號(hào)(S）應(yīng)在終止信號(hào)(P)后產(chǎn)生。但也可在起始信號(hào)(S）前不產(chǎn)生終止信號(hào)(P)，這樣的起始信號(hào)稱為重復(fù)起始信號(hào)(Sr)。這樣IC總線將一直處于忙的狀態(tài)，此時(shí)的重復(fù)起始信號(hào)（Sr）和起始信號(hào)(S）在功能上是一樣的。如果連接到IIC總線的器件具有IIC總線接口，那么用它們可以自動(dòng)檢測起始信號(hào)和終止信號(hào)。但是，若連接在IIC總線上的器件是沒有IIC總線接口的微控制器，則在每個(gè)SCL時(shí)鐘周期至少要采樣SDA線兩次，以判斷有沒有發(fā)生電平切換。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸在起始信號(hào)后，主機(jī)會(huì)向從機(jī)發(fā)送多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，該過程的數(shù)據(jù)傳輸格式如下。有效數(shù)據(jù)位。SDA線上每傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)位SCL線上就產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖，且SDA線上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘的高電平周期保持穩(wěn)定,SDA線的高或低電平狀態(tài)只有在SCL線的時(shí)鐘信號(hào)是低電平時(shí)才能改變，如圖所示。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸在起始信號(hào)后，主機(jī)會(huì)向從機(jī)發(fā)送多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，該過程的數(shù)據(jù)傳輸格式如下。字節(jié)格式。S無論是主機(jī)還是從機(jī)，發(fā)送到SDA線上的每個(gè)字節(jié)必須為8位，每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)量不受限制，每個(gè)字節(jié)后必須跟一個(gè)響應(yīng)位（由主機(jī)接收器或從機(jī)接收器發(fā)送)。SDA線上首先傳輸?shù)氖亲止?jié)數(shù)據(jù)的最高位MSB，最后傳輸?shù)氖亲畹臀籐SB，如圖所示。.單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸在起始信號(hào)后，主機(jī)會(huì)向從機(jī)發(fā)送多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，該過程的數(shù)據(jù)傳輸格式如下。字節(jié)格式。如果從機(jī)要完成一些其他功能（如一個(gè)內(nèi)部中斷服務(wù)程序）后才能接收或發(fā)送下一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)，則可以使SCL線保持低電平從而迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài);當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收或發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)并釋放SCL線后，數(shù)據(jù)的傳輸繼續(xù)。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸在起始信號(hào)后，主機(jī)會(huì)向從機(jī)發(fā)送多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，該過程的數(shù)據(jù)傳輸格式如下。響應(yīng)。數(shù)據(jù)傳輸必須帶響應(yīng)，相關(guān)的響應(yīng)時(shí)鐘脈沖由主機(jī)產(chǎn)生。在響應(yīng)的時(shí)鐘脈沖期間，發(fā)送器釋放SDA線(高)，同時(shí)接收器必須將SDA線拉低，使它在這個(gè)時(shí)鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定的低電平，如圖所示。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸在起始信號(hào)后，主機(jī)會(huì)向從機(jī)發(fā)送多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，該過程的數(shù)據(jù)傳輸格式如下。響應(yīng)。若主機(jī)作為發(fā)送器，從機(jī)作為接收器，則當(dāng)從機(jī)不能響應(yīng)時(shí)（如它正在執(zhí)行一些實(shí)時(shí)函數(shù)，已不能接收或發(fā)送數(shù)據(jù))，從機(jī)必須使數(shù)據(jù)線保持高電平作為非響應(yīng)信號(hào)，然后主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)P）終止傳輸,或者產(chǎn)生重復(fù)起始信號(hào)（Sr）開始新的傳輸。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸在起始信號(hào)后，主機(jī)會(huì)向從機(jī)發(fā)送多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，該過程的數(shù)據(jù)傳輸格式如下。響應(yīng)。若主機(jī)作為接收器，從機(jī)作為發(fā)送器，則主機(jī)必須通過在接收數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)后不產(chǎn)生響應(yīng)，向從機(jī)發(fā)送器通知數(shù)據(jù)結(jié)束。從機(jī)發(fā)送器必須釋放數(shù)據(jù)線;允許主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)(P)或重復(fù)起始信號(hào)(Sr)。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的尋址通常情況下，主機(jī)會(huì)在起始信號(hào)(S)后的第一個(gè)字節(jié)發(fā)送一個(gè)從機(jī)地址用于決定選擇哪一個(gè)從機(jī)。例外的情況是，也可能發(fā)送一個(gè)“廣播呼叫”地址，用于尋址所有從機(jī)，使用這個(gè)地址時(shí)，理論上所有從機(jī)都會(huì)發(fā)出一個(gè)響應(yīng)，但是，也可以使從機(jī)忽略這個(gè)地址，“廣播呼叫”地址的第二個(gè)字節(jié)定義了要采取的行動(dòng)。針對(duì)“廣播呼叫”地址，這里不做過多分析，讀者可以查詢相關(guān)資料。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的尋址第一個(gè)字節(jié)的高7位組成了從機(jī)地址，而最低位(LSB)R/W決定了報(bào)文的方向，如圖所示。第一個(gè)字節(jié)的最低位是“0”，表示主機(jī)會(huì)寫信息到被選中的從機(jī)，在后續(xù)通信中，主機(jī)將作為發(fā)送器使用;“1”表示主機(jī)會(huì)從被選從機(jī)中讀取信息，此時(shí)，主機(jī)作為發(fā)送器使用，但在后續(xù)通信中,主機(jī)將作為接收器使用。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的尋址當(dāng)發(fā)送了第一個(gè)地址后，系統(tǒng)中的每個(gè)器件都在起始條件后將地址字節(jié)的高7位與它自己的地址比較。如果地址完全相同，該器件就被主機(jī)選中進(jìn)行通信，而從機(jī)是接收器還是發(fā)射器由R/W位決定。從機(jī)地址由一個(gè)固定部分和一個(gè)可編程部分構(gòu)成。由于在一個(gè)系統(tǒng)中可能有幾個(gè)同樣的器件，所以從機(jī)地址的可編程部分可使最大數(shù)量的相同器件連接到IC總線上。器件可編程地址位的數(shù)量由它可使用的引腳決定。例如，如果器件有4個(gè)固定的和3個(gè)可編程的地址位，那么同一條總線上共可以連接8個(gè)相同的器件。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的尋址IIC總線地址統(tǒng)一由IIC總線委員會(huì)實(shí)行分配，其中，兩組編號(hào)為0000XXX和1111XXX的地址已被保留作為特殊用途，如表所示。IIC總線規(guī)定所給出的這些保留地址，使得IIC總線能與其他規(guī)定混合使用，只有那些能夠以這種格式和規(guī)定工作的IIC總線兼容器件才允許對(duì)這些保留地址進(jìn)行應(yīng)答。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的仲裁同步。所有主機(jī)在SCL線上產(chǎn)生它們自己的時(shí)鐘來傳輸IC總線上的報(bào)文。數(shù)據(jù)只在時(shí)鐘的高電平周期有效。因此,需要一個(gè)確定的時(shí)鐘進(jìn)行逐位仲裁。時(shí)鐘同步通過“線與”連接IIC總線接口到SCL線來執(zhí)行。這就是說，SCL線的高到低切換會(huì)使器件開始計(jì)數(shù)它們的低電平周期，而且一旦器件的時(shí)鐘變成低電平，它就會(huì)使SCL線保持這種狀態(tài)，直到時(shí)鐘的高電平到來，如圖所示。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的仲裁同步。當(dāng)所有的器件計(jì)數(shù)完畢它們的低電平周期后，SCL線被釋放并變成高電平。在這之后，器件時(shí)鐘和SCL線的狀態(tài)沒有差別，而且所有器件會(huì)開始計(jì)數(shù)它們的高電平周期。首先完成高電平周期的器件會(huì)再次將SCL線拉低。這樣，產(chǎn)生的同步時(shí)鐘的低電平周期由低電平時(shí)鐘周期最長的器件決定，而高電平周期由高電平時(shí)鐘周期最短的器件決定。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的仲裁仲裁。主機(jī)只能在總線空閑時(shí)啟動(dòng)傳輸。兩個(gè)或多個(gè)主機(jī)可能在起始條件的最小持續(xù)時(shí)間(tDSTA）內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)起始條件，結(jié)果在總線上產(chǎn)生一個(gè)規(guī)定的起始條件。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線通信時(shí)序IIC總線的仲裁仲裁。IIC總線的仲裁是在時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí),根據(jù)當(dāng)前SDA線的狀態(tài)來進(jìn)行的。在仲裁期間,如果有其他主機(jī)已經(jīng)在SDA線上發(fā)送一個(gè)低電平，則發(fā)送高電平的主機(jī)將會(huì)發(fā)現(xiàn)該時(shí)刻SDA線上的信號(hào)和自己發(fā)送的信號(hào)不一致，此時(shí)該主機(jī)自動(dòng)被仲裁為失去對(duì)總線的控制權(quán)。圖8-9顯示了IC總線中兩個(gè)主機(jī)仲裁過程，當(dāng)然它也包含更多的內(nèi)容。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線I/O模擬51單片機(jī)不具有硬件IIC接口，需采用端口進(jìn)行IIC通信時(shí)序的模擬。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?biāo)準(zhǔn)的IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸有嚴(yán)格的時(shí)序要求。采用51單片機(jī)，對(duì)IC的各通信協(xié)議的模擬函數(shù)設(shè)計(jì)如下。單總線接口技術(shù)原理01IIC總線I/O模擬02IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02芯片簡介AT24CO2是一個(gè)2000位串行CMOS工藝的EEPROM，內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)。它支持標(biāo)準(zhǔn)的IIC總線接口,擦寫次數(shù)可達(dá)1000000次、數(shù)據(jù)保存時(shí)間超過200年。其具有標(biāo)準(zhǔn)的8直插引腳PDIP、表面貼片SOIC、TSSOP和MSOP封裝。AT24CO2的PDIP-8封裝與引腳分布如圖所示。IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02芯片簡介引腳說明如下。A0、A1、A2:芯片地址輸入引腳，因此在對(duì)不同的地址輸入引腳進(jìn)行組合之后，連接到同一條總線上的器件最多可達(dá)8個(gè)。大部分應(yīng)用中，地址輸入引腳AO、A1和A2直接連到地（邏輯0）或電源正端〈邏輯1)。對(duì)于這些引腳由單片機(jī)或其他可編程器件控制的應(yīng)用，片選地址輸入引腳必須在器件能夠繼續(xù)正常工作之前驅(qū)動(dòng)為邏輯0或邏輯1。IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02芯片簡介引腳說明如下。GND:電源接地引腳。SDA:IIC總線接口的串行數(shù)據(jù)I/O口，是一個(gè)雙向的漏極開路結(jié)構(gòu)的引腳，容量擴(kuò)展時(shí)可以將多片24系列的SDA引腳直接相連。因此，SDA要求在該引腳與VCC之間接入上拉電阻。IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02芯片簡介引腳說明如下。SCL:IIC總線接口的串行移位時(shí)鐘控制引腳，是一個(gè)漏極開路結(jié)構(gòu)的引腳，因此，SCL要求在該引腳與VCC之間接入上拉電阻。WP:硬件寫保護(hù)控制引腳。當(dāng)它為低電平時(shí)，正常讀寫操作;當(dāng)它為高電平時(shí)，對(duì)EEPROM內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)域提供硬件寫保護(hù)功能,即只能讀不能寫。vcC:電源接正引腳。IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)AT24C02的應(yīng)用電路如圖所示。電路原理說明:A0、A1、A2引腳接地，說明此時(shí)AT24C02的器件寫地址為OxA0;器件讀地址為0xA1。IIC總線接口的SDA與SCL引腳由于均是漏極開路結(jié)構(gòu)，因此分別接上拉電阻4.7kQ到VCC電源正端。WP引腳接地，表示AT24CO2可進(jìn)行正常讀寫操作。此外，考慮到電源的去唿與防干擾，在VCC與GND引腳接入一個(gè)100nF的電容。IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)對(duì)于AT24CO2這個(gè)EEPROM芯片而言，最重要的功能操作為讀寫操作，從而方便實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與訪問功能。AT24C02寫數(shù)據(jù)函數(shù):IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)對(duì)于AT24CO2這個(gè)EEPROM芯片而言，最重要的功能操作為讀寫操作，從而方便實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與訪問功能。AT24C02讀數(shù)據(jù)函數(shù):IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02操作原理AT24C02的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。AT24C02是一個(gè)支持標(biāo)準(zhǔn)IIC總線接口的EEPROM芯片，其內(nèi)部包括對(duì)IO控制邏輯、存儲(chǔ)器控制邏輯等功能單元。EEPROM內(nèi)容的讀寫通過IIC總線接口實(shí)現(xiàn)。IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02操作原理如果AT24CO2被定義為發(fā)送器，則發(fā)送數(shù)據(jù)到總線;如果AT24C02被定義為接收器，則AT24C02接收來自總線的數(shù)據(jù)。總線由主機(jī)（單片機(jī)）控制，AT24CO2是從機(jī)。主機(jī)提供串行時(shí)鐘(SCL)，控制總線訪問和產(chǎn)生起始和停止條件。主機(jī)和從機(jī)皆可作為發(fā)送器或接收器，但必須由主機(jī)決定采取何種工作模式。IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02操作原理AT24C02總線上的數(shù)據(jù)傳輸次序如圖所示?？偩€空閑:數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線同時(shí)為高電平。啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸:時(shí)鐘(SCL)為高電平時(shí)，SDA線從高電平變?yōu)榈碗娖奖硎井a(chǎn)生起始條件。起始條件必須先于所有的命令產(chǎn)生。IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02操作原理AT24C02總線上的數(shù)據(jù)傳輸次序如圖所示。停止數(shù)據(jù)傳輸:時(shí)鐘（SCL)為高電平時(shí)，SDA線從低電平變?yōu)楦唠娖奖硎井a(chǎn)生停止條件。所有操作都必須以停止條件結(jié)束。IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02操作原理AT24C02總線上的數(shù)據(jù)傳輸次序如圖所示。數(shù)據(jù)有效:數(shù)據(jù)線的狀態(tài)表明數(shù)據(jù)何時(shí)有效。在起始條件之后，數(shù)據(jù)線在時(shí)鐘處于高電平期間保持穩(wěn)定。必須在時(shí)鐘信號(hào)為低電平期間改變數(shù)據(jù)線。一個(gè)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)鐘脈沖。數(shù)據(jù)的每次傳輸以起始條件開始，停止條件結(jié)束。在起始條件和停止條件之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目由主機(jī)決定。IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02操作原理AT24C02的字節(jié)寫操作原理說明如下。字節(jié)寫操作以來自主機(jī)的起始位開始,4位控制碼緊隨其后。接下來的3位是存儲(chǔ)塊尋址位（A2、A1、A0)。然后主發(fā)送器將R/W位(寫操作時(shí)該位為邏輯低電平）發(fā)送到總線。從機(jī)在第9個(gè)時(shí)鐘周期產(chǎn)生一個(gè)確認(rèn)位。主機(jī)發(fā)送的第2字節(jié)是地址字節(jié)。AT24C02會(huì)對(duì)每一個(gè)地址字節(jié)進(jìn)行確認(rèn)，并把地址位鎖存進(jìn)其內(nèi)部的地址計(jì)數(shù)器。送出地址字節(jié)后，AT24CO2發(fā)出確認(rèn)信號(hào)。主機(jī)在接收到該確認(rèn)信號(hào)后即發(fā)送數(shù)據(jù)字，該數(shù)據(jù)字將被寫入已尋址的存儲(chǔ)器位置。AT24C02再次發(fā)出確認(rèn)信號(hào)，之后主機(jī)產(chǎn)生停止條件，AT24C02啟動(dòng)內(nèi)部寫周期。如果在WP引腳為高電平時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)器寫操作，則它會(huì)確認(rèn)命令，但不會(huì)啟動(dòng)寫周期，也不會(huì)寫入數(shù)據(jù)，而會(huì)立即接收新的命令。寫命令為1字節(jié)，在發(fā)送寫命令后，內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器增加，指向下一個(gè)要尋址的位置。寫周期期間，AT24CO2不會(huì)對(duì)命令進(jìn)行確認(rèn)。IIC總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)02AT24C02操作原理AT24C02的字節(jié)讀操作原理說明如下。除了控制寄存器的R/W位設(shè)置為1外，讀操作與寫操作基本相同。但因?yàn)锳T24C02內(nèi)置了一個(gè)自動(dòng)加1地址計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器保留最后一次訪問的地址，所以如果之前對(duì)地址“n”(n為任意合法地址）進(jìn)行讀或?qū)懖僮?，則下一條讀操作命令將可能從地址n+1訪問數(shù)據(jù)。這是AT24CO2讀字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)為什么要先寫入所讀數(shù)據(jù)地址的原因。在接收到R/W位設(shè)置為1的控制字節(jié)后，AT24CO2發(fā)出確認(rèn)信號(hào)，并發(fā)送8位數(shù)據(jù)字節(jié)。主機(jī)可以不對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行確認(rèn),產(chǎn)生停止條件,AT24CO2即停止發(fā)送數(shù)據(jù)。03IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工業(yè)級(jí)內(nèi)含IIC總線接口功能的具有極低功耗的多功能時(shí)鐘、日歷芯片。PCF8563的報(bào)警功能、定時(shí)器功能、時(shí)鐘輸出功能及中斷輸出功能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)，甚至可為單片機(jī)提供看門狗功能，是一款性價(jià)比極高的時(shí)鐘芯片，它已被廣泛用于電表、水表、電話、傳真機(jī)、便攜式儀器及電池供電儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。PCF8563芯片簡介PCF8563具有標(biāo)準(zhǔn)的8直插引腳PDIP、表面貼片SOIC、SSOP封裝。IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563芯片簡介PCF8563的SOIC-8封裝與引腳分布如圖所示。引腳說明如下。OSCI:時(shí)鐘振蕩器輸入。OSCO:時(shí)鐘振蕩器輸出。IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563芯片簡介引腳說明如下。INT:中斷輸出，漏極開路，低電平有效，如果使用需要外接上拉電阻。vSS:電源接地引腳。SDA:IIC總線接口的串行數(shù)據(jù)IO口，是一個(gè)雙向的漏極開路結(jié)構(gòu)的引腳。SDA要求在該引腳與VCC之間接入上拉電阻。IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563芯片簡介引腳說明如下。SCL:IIC總線接口的串行移位時(shí)鐘控制引腳，是一個(gè)漏極開路結(jié)構(gòu)的引腳，SCL要求在該引腳與VCC之間接入上拉電阻。CLKOUT:時(shí)鐘輸出，漏極開路，如果使用需要外接上拉電阻。VDD:電源接正引腳。IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)PCF8563的應(yīng)用電路如圖所示。電路原理說明:IIC總線接口的SDA與SCL引腳由于均是漏極開路結(jié)構(gòu)的，因此分別接上拉電阻4.7k2到VCC電源正端。PCF8563內(nèi)部集成有32.768kHz的振蕩器，因此外部只需接入32.768kHz的晶振提供芯片時(shí)鐘即可。此外，考慮到電源的去耦與防干擾，在VCC與GND引腳接入一個(gè)100nF的電容。IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)對(duì)于PCF8563而言，最重要的功能就是讀取當(dāng)前時(shí)間和對(duì)時(shí)間進(jìn)行修改設(shè)定，而這些操作就是對(duì)PCF8563內(nèi)部寄存器的讀寫操作。PCF8563寫數(shù)據(jù)函數(shù):IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)對(duì)于PCF8563而言，最重要的功能就是讀取當(dāng)前時(shí)間和對(duì)時(shí)間進(jìn)行修改設(shè)定，而這些操作就是對(duì)PCF8563內(nèi)部寄存器的讀寫操作。PCF8563讀單字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù):IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)對(duì)于PCF8563而言，最重要的功能就是讀取當(dāng)前時(shí)間和對(duì)時(shí)間進(jìn)行修改設(shè)定，而這些操作就是對(duì)PCF8563內(nèi)部寄存器的讀寫操作。PCF8563讀多字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù):IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563操作原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理PCF8563的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563操作原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理PCF8563是個(gè)支持標(biāo)準(zhǔn)IIC總線接口的芯片，它提供1個(gè)可編程時(shí)鐘輸出，1個(gè)中斷輸出和掉電檢測器。它完全遵循IIC協(xié)議，所有的地址和數(shù)據(jù)通過IIC總線接口串行傳遞。PCF8563有16個(gè)8位寄存器:1個(gè)可自動(dòng)增量的地址寄存器，1個(gè)內(nèi)置32.768kHz的振蕩器（帶有1個(gè)內(nèi)部集成的電容)，1個(gè)分頻器（用于給實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC提供源時(shí)鐘)，1個(gè)可編程時(shí)鐘輸出，1個(gè)定時(shí)器，1個(gè)報(bào)警器，1個(gè)電壓檢測器和1個(gè)400kHzIIC總線接口，等等。IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563操作原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理PCF8563內(nèi)部有16個(gè)寄存器，現(xiàn)分述如下。前2個(gè)寄存器（內(nèi)存地址00H,01H）用于狀態(tài)/控制寄存器，主要控制芯片的工作模式與功能,其內(nèi)容分別如表所示。IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563操作原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理地址為02H～08H的存儲(chǔ)空間是時(shí)鐘/日歷寄存器，用來存儲(chǔ)當(dāng)前的日期、星期和時(shí)間。地址為09H～OCH的存儲(chǔ)空間用于鬧鐘寄存器，通過給分、小時(shí)、日和星期鬧鐘寄存器中的一個(gè)或多個(gè)加載有效的值，并將相應(yīng)鬧鐘使能位（AE）設(shè)置為邏輯“0”，則啟動(dòng)鬧鐘，當(dāng)鬧鐘寄存器的值與對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘寄存器的值相同時(shí)，鬧鐘標(biāo)志（AF）置為高。當(dāng)鬧鐘中斷允許有效時(shí),輸出NT引腳被拉低，直到復(fù)位或用軟件清除。IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563操作原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理地址ODH控制CLKOUT引腳的輸出頻率，地址0EH和OFH分別用于定時(shí)器控制寄存器和定時(shí)器寄存器。秒、分、小時(shí)、日、月、年、分報(bào)警、小時(shí)報(bào)警、日?qǐng)?bào)警寄存器，編碼格式為BCD,星期鬧鐘寄存器和星期報(bào)警寄存器不以BCD格式編碼。當(dāng)一個(gè)RTC寄存器被讀時(shí)，所有計(jì)數(shù)器的內(nèi)容被鎖存，因此，在傳送條件下,可以禁止對(duì)時(shí)鐘/日歷寄存器的錯(cuò)讀。IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563操作原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理PCF8563的時(shí)鐘/日歷寄存器如表所示。IIC總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘03PCF8563操作原理操作時(shí)序PCF8563的通信時(shí)序與標(biāo)準(zhǔn)IIC總線通信時(shí)序一致，可參閱前面IIC總線通信時(shí)序與對(duì)應(yīng)的程序。04IIC總線實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換IIC總線實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換04ADS1115芯片簡介ADS1115是具有16位分辨率的高精度△-E型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)，它具有一個(gè)板上電壓基準(zhǔn)和時(shí)鐘振蕩器。數(shù)據(jù)通過一個(gè)IIC兼容型串行口進(jìn)行傳輸:可以選擇4個(gè)IIC從地址。ADS1115采用2.0～5.5V的單工作電源。ADS1115能夠以高達(dá)每秒860個(gè)采樣數(shù)據(jù)(SPS)的速率執(zhí)行轉(zhuǎn)換操作。ADS1115具有一個(gè)板上可編程增益放大器（PGA)，該P(yáng)GA可提供從電源電壓到低至±256mV的輸入范圍，因而使之能夠以高分辨率來測量大信號(hào)和小信號(hào)。另外，ADS1115還具有一個(gè)輸入多路復(fù)用器（MUX)，可提供2個(gè)差分輸入或4個(gè)單端輸入。IIC總線實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換04ADS1115芯片簡介ADS1115可工作于連續(xù)轉(zhuǎn)換模式或單觸發(fā)模式。后者在一個(gè)轉(zhuǎn)換完成后將自動(dòng)斷電，可極大地降低空閑狀態(tài)下的電流消耗。ADS1115具有-40～+125℃的工作溫度范圍。ADS1115具有標(biāo)準(zhǔn)的TSSOP-10與QFN-10封裝。ADS1115的TSSOP-10封裝與引腳分布如圖所示。IIC總線實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換04ADS1115電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)ADS1115的應(yīng)用電路如圖所示。電路原理說明:IIC總線接口的SDA與SCL引腳由于均是漏極開路結(jié)構(gòu)的，因此分別接上拉電阻4.7kQ2到VCC電源正端。ADDR決定IC通信地址，接地時(shí)讀寫地址為Ox91和0x90。AINO~AN3是模擬采集引腳，連接外部所需測量電壓信號(hào)即可?？紤]到電源的去耦與防干擾，在VCC與GND引腳接入一個(gè)100nF的電容。IIC總線實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換04ADS1115電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)對(duì)于ADS1115而言，最重要的功能就是進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和讀取轉(zhuǎn)換值，而這些操作就是對(duì)ADS1115內(nèi)部寄存器的讀寫操作。ADS1115寫數(shù)據(jù)函數(shù)：IIC總線實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換04ADS1115電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)對(duì)于ADS1115而言，最重要的功能就是進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和讀取轉(zhuǎn)換值，而這些操作就是對(duì)ADS1115內(nèi)部寄存器的讀寫操作。ADS1115讀數(shù)據(jù)函數(shù)：IIC總線實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換04ADS1115操作原理ADS1115的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。IIC總線實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換04ADS1115操作原理ADS1115內(nèi)部包括電壓參考器、振蕩器、多路復(fù)用器(MUX)、可變增益放大器（PGA)16位△-E型A/D轉(zhuǎn)換器等功能單元。其內(nèi)部有5個(gè)寄存器，分別是指針寄存器、轉(zhuǎn)換寄存器、配置寄存器、上限寄存器和下限寄存器。通過IC總線接口可以對(duì)它們進(jìn)行操作，控制芯片的工作方式和功能實(shí)現(xiàn)。IIC總線實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換04ADS1115操作原理指針寄存器用于指定數(shù)據(jù)讀寫。指針寄存器使用最低兩位來指明所要讀寫的數(shù)據(jù)寄存器，表描述了ADS1115中的寄存器與指針寄存器的對(duì)應(yīng)關(guān)系。IIC總線實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換04ADS1115操作原理轉(zhuǎn)換寄存器是16位只讀寄存器，最新的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存放其內(nèi)部。在復(fù)位或上電時(shí)，轉(zhuǎn)換寄存器被清零，并且一直保持為0直到第一次轉(zhuǎn)換完成。ADS1115的轉(zhuǎn)換寄存器的數(shù)據(jù)格式如表所示。IIC總線實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換04ADS1115操作原理配置寄存器是16位讀寫寄存器，可用于控制ADS1115的工作模式、輸入選擇、采樣速率、PGA設(shè)置和比較器模式，其默認(rèn)值為0x8583H。ADS1115的配置寄存器的數(shù)據(jù)格式如表所示。05IIC總線實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換IIC總線實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換05DAC8571芯片簡介DAC8571是一個(gè)小型低功耗，帶有IIC兼容⒉線串行口的16位電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換。其工作電源范圍為2.7～5.5V，5V供電時(shí)損耗僅為160uA。輸出負(fù)載電流在1mA以下時(shí)，輸出電壓曲線基本保持水平無跌落。DAC8571需要一個(gè)外部參考電壓來設(shè)置輸出電壓范圍。片上具有軌到軌緩沖器，建立時(shí)間小于10us。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DAC8571的TSSOP-8封裝與引腳分布如圖所示。引腳說明如下。VDD:模擬電壓輸入。VREF:正參考電壓輸入。DAC8571芯片簡介SCL:串行時(shí)鐘輸入。VSENSE:模擬感應(yīng)電壓輸出。VOUT:D/A轉(zhuǎn)換模擬電壓輸出。A0:設(shè)備地址選擇。SDA:串行數(shù)據(jù)輸入/輸出。GND:接地參考點(diǎn)。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DAC8571的應(yīng)用電路如圖所示。DAC8571電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)電路原理說明:IIC總線接口的SDA與SCL引腳由于均是漏極開路結(jié)構(gòu)的，因此分別接上拉電阻4.7k2到VCC電源正端。A0決定IIC通信地址,接地時(shí)讀寫地址為0x99和0x98。VSENSE引腳連接至VOUT表示感應(yīng)電壓為輸出電壓，相當(dāng)于對(duì)輸出電壓進(jìn)行緩沖。單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05DAC8571是一款D/A轉(zhuǎn)換芯片，故其主要的功能是進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。首先需要對(duì)DAC8571進(jìn)行配置,配置函數(shù)設(shè)計(jì)如下。DAC8571電路設(shè)計(jì)與功能函數(shù)單總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)05初始化完成后，就可以進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換了。轉(zhuǎn)換完成后需將模擬量進(jìn)行刷新輸出，具體的函