串行扩展应用平台设计

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1、串行扩展应用平台设计

2、第1...摘要：摘要一种用于系统内芯片级串行扩展的应用研发平台。该平台包括PC机构成的上位机和单片机构成的下位机。上位机提供了良好的人机交互界面；下位机采用虚拟器件、虚拟接口，通过单片机软件和I/O口线模拟出多种串行接口的访问时序逻辑。借助这一平台，可方便地实现对具有I2C、SPI、Microal>关键词：串行扩展平台时序应用串行接口芯片扩展系统时，在初步选择了串行接口的芯片后，为了对芯片的资源更好地了解，开发者一般在系统设计前搭建一个简单的硬件电路并编制相应的软件对其测试，待性能验证后再确定最终的设

3、计方试的实验平台。该平台以PC机为人机接口、采用单片机产生芯片串行通信时序。应用这一平台可以大大简化芯片使用前的测试过程。这一平台也为单片机串行扩展的初学者提供了快捷的学习工具。本平台目前集成了SPI、One-icroicroicroicroAX232等芯片扩展出简单的RS-232接口，与上位机的RS-232接口相接。下位机的结构如图1所示。测试时，将待测芯片与对应的串行接口相连，操在上位机将访问命令和数据通过RS-232接口下传给下位机；下机单片机对其分析后调用相应的时序模拟程序访问待测芯片，并将结果通过RS-232接口

4、上传给上位机，在上位机显示。从整个测试过程来看，只要关心命令和数据的输入和输出。不必关心具体时序，近似一种透明的操作。测试后，只需对单片机中的子程序稍加裁减，即可移植到实际应用软件中，为开发提高了方便。下面将分别分别这四种串行通信接口的实现。2四种串行通信接口的实现在串行扩展中，可以根据接口主器件的数量分为单主器件系统和多主器件系统。其中单主器件系统应用最普遍。在单主器件系统中，具有一个主控制器件和多个从器件，数据的传送由主器件控制。主器件启动和停止数据的发送，提供同步时钟信号。在应用中使用种类最多的是功能繁多的从器件。本

5、文的串行扩展平台主要针对这些从器件应用设计。所以该平台采用单主器件系统结构，只考虑用单片机的通用I/O口线模拟主器件访问从器件的时序逻辑。2.1I2C总线接口时序I2C串行总线是Philips公司推出的一种板内芯片间串行总线。它用两根连线即可方便地实现外围器件扩展。图2给出了主器件对从器件访问的基本读写时序，SDA为数据线，SCL为时钟线。I2C总线上数据传送的基本单位为字节，采用低位在前的格式。主从器件之间一次传输的数据称为一帧，由启动信号、若干个数据字节和应答位以及停止信号组成。可以看出，I2C的主要命令只有读、写两种

6、情况，虽然读写的字节根据具体器件的不同而不同，但其时序关系不会发生改变。根据这一点，下位机只要具备I2C的基本时序即可。这些基本时序包括：启动、写字节、读字节、应答位、停止信号，并可以组合成两个字程序：读N字节子程序、写N字节子程序。2.2串行外围接口SPISPI（同步串行外设接口）由Motorola公司推出，它是一种三线同步接口，分别为同步信号、输入信号和输出信号。另外每个扩展芯片还需要一根片选线，主器件通过片选线通与其通信的从器件。图3给出了SPI的时序图。其中，SCK为同步时钟脉冲，SS为片选线，MOSI为主器件的数

7、据输出和从器件的数据输入线，MISO为主器件的数据输入线和从器件的数据输出线。图5One-icroicroicroicroicroicroware和One-wire协议中须发送起始位或复位信号的地方可以用特殊字节标识。上位机向下位发送的数据帧由起始字节、通信选定字节、读/写命令字节、字节数和数据字节组成。图9给出了在读和写两种情况下，上位机发送的数据帧和下位机返回数据帧的组成。本文讨论的芯片级串行总线扩展应用研发平台在实际应用中取得了良好的效果，缩短了新器件功能测试的时间，缩短了新产品的开发周期，并可根据需要增加串行接口种

8、类。另外，这一平台也为初学者全面了解串行扩展技术提供了良好的途径。