第7章单片机系统的串行扩展

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1、第7章单片机系统的串行扩展西安思源学院电子信息工程学院27.1MCS-51系统的串行扩展原理目前，对控制系统微型化的要求越来越高，便携式的智化仪器需求量越来越大。为了使仪器微型化，首先要设法减少仪器所用芯片的引脚数。这样一来过去常用的并行总线接口方案由于需要较多的引脚数而不得不舍弃，转而采用只需少量引脚数的串行总线接口方案。SPI(SerialPeripheralInterface)和I2C(Inter-IntegratedCircuit)就是两种常用的串行总线接口。SPI三线总线只需3根引脚线就可与外部设备相连。而I2C两线

2、总线则只需2根引脚线就可与外部设备相连。37.1.1SPI三线总线一．SPI总线概述SPI实际上是一种串行总线接口标准。SPI方式可允许同时同步传送和接收8位数据，它工作时传输速率最高可达几十兆位/秒。SPI用以下3个引脚来完成通信：(1)串行数据输出SDO(SerialDataOut)。(2)串行数据输入SDI(SerialDataIn)。(3)串行时钟SCK(SerialClock)。图7-1主机、从机之间SPI总线连接示意图4二.SPI总线的结构与工作原理SPI总线有主机、从机的概念。主机的发送与从机的接收相连，主机的接

3、收与从机的发送相连，主机产生的时钟信号输出到从机的时钟引脚上，除了以上三根通讯线外，一般从机还需一根片选控制线。由于SPI的数据输出线（SDO）和数据输入线（SDI）是分开的，因此允许主机、从机之间发送和接收同时进行，至于数据是否有效取决与应用软件。当主机发出片选控制信号以后，数据的传输节拍由主机的SCK信号控制。对具有SPI功能的单片机，时序图中的SDO和SCK的波形由硬件自动产生，数据的接收也是由硬件自动完成的。5图7-2SPI通讯的时序图主机的SS信号有效后，选中从设备，在SCK的上升沿主机发送数据，SCK的下降沿主机接

4、收数据。而对没有SPI功能的单片机，则时序图中的SDO和SCK的波形要由软件产生，数据的接收也要由软件来完成。67.2单片机的外部串行扩展串行外围器件由于具有体积小、价格低、占用I/O口线少等优点。正在越来越多的领域被广泛应用。下面分别介绍串行E2PROM、串行输入输出接口、串行A/D转换器。7.2.1串行扩展E2PROM串行E2PROM具有体积小（通常为8脚封装）、价格低、占用I/O口线少、寿命长（能重复使用100，000次及100年数据不丢失）、抗干扰能力强、不易被改写等优点。随着当今智能化仪表趋于小型化，再加真正需要预设

5、的数据位、控制位、保密位等数据并不占据太多的存储空间，串行E2PROM正被广泛应用于多功能的智能化仪表中。表7-2列出了美国ATMEL公司I2C总线的AT24C系列串行E2PROM，表7-3列出了美国ATMEL公司SPI总线的AT25系列串行E2PROM。为读者选择不同容量、不同接口总线及了解有关串行E2PROM的详细性能提供参考。789I2C的结构与工作原理I2C总线上所有器件的SDA线并接在一起，所有器件的SCL线并接在一起，且SDA线和SCL线必须通过上拉电阻连接到正电源。图7-3为I2C总线器件的连接图。图7-3I2C

6、总线器件电气连接图10I2C总线的数据传输协议要比SPI总线复杂一些，因为I2C总线器件没有片选控制线，所以I2C总线数据传输的开始必须，由主器件产生通讯的开始条件（SCL高电平时，SDA产生负跳变）；通讯结束时，由主器件产生通讯的结束条件（SCL高电平时，SDA产生正跳变）。SDA线上的数据在SCL高电平期间必须保持稳定，否则会被误认为开始条件或结束条件，只有在SCL低电平期间才能改变SDA线上的数据。图7-4为I2C总线的数据传输波形图。图7-4I2C总线的数据传输波形图。11一.AT24C系列E2PROM的功能及特点AT

7、24C系列为美国ATMEL公司推出的串行CMOS型E2PROM，具有功耗小，宽电压范围等优点。工作电流约3mA，静态电流随电源电压不同为30uA～110uA，存储容量有128×8、256×8、512×8、1K×8、2K×8、4K×8、8K×8、16K×8、32K×8和64K×8等多种规格，图7-5为AT24C系列串行E2PROM的引脚图。图中A0、A1、A2为器件地址引脚，VSS为地，VCC为正电源，写保护，SCL为串行时钟线，SDA为串行数据线。图7-5AT24C系列串行E2PROM的引脚图12二.AT24C系列E2PROM

8、接口及地址选择AT24C系列E2PROM采用I2C总线，I2C总线上可挂接多个接口器件，在I2C总线上的每个器件应有唯一的器件地址，按I2C总线规则，器件地址为7位二进制数，它与1位数据方向位构成一个器件寻址字节。器件寻址字节的最低位（D0）为方向位（读/写）；最高4位（D7