51单片机之串行总线扩展技术

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1、110串行总线扩展技术本章内容简介：（1）I2C总线扩展技术：I2C总线、I2C总线的数据传输、I2C总线的寻址、MCS-51单片机模拟I2C总线、I2C总线的应用。（2）SPI总线扩展技术：SPI总线、MCS-51单片机模拟SPI总线及其应用。210串行总线扩展技术采用串行总线扩展技术可以使系统的硬件设计简化，系统的体积减小，同时，系统的更改和扩充更为容易。串行扩展总线的应用是单片机目前发展的一种趋势常用的串行扩展总线有：I2C（InterICBUS）总线、SPI（SerialPeripheralInterf

2、ace）总线、Microwire总线及单总线（1-WireBUS）。MCS-51单片机没有串行总线接口，利用其自身的通用并行线可以模拟多种串行总线时序信号，因此可以充分利用各种串行接口芯片资源。310.1I2C总线扩展技术I2C总线是Philips公司开发的一种双向两线串行总线，以实现集成电路之间的有效控制，这种总线也称为InterIC总线。目前，Philips及其它半导体厂商提供了大量的含有I2C总线的外围接口芯片，I2C总线已成为广泛应用的工业标准之一。标准模式下，基本的I2C总线规范的规定的数据传输速率为

3、100kb/s。快速模式下，数据传输速率为400KB/s。高速模式下，数据传输速率为3.4Mb/s。I2C总线始终和先进技术保持同步，并保持其向下兼容性。410.1.1I2C总线（1）I2C总线采用二线制传输，一根是数据线SDA（SerialDataLine），另一根是时钟线SCL（serialclockline），所有I2C器件都连接在SDA和SCL上，每一个器件具有一个唯一的地址。（2）I2C总线是一个多主机总线，总线上可以有一个或多个主机（或称主控制器件），总线运行由主机控制。主机是指启动数据的传送（发起

4、始信号）、发出时钟信号、发出终止信号的器件。通常，主机由单片机或其它微处理器担任。被主机访问的器件叫从机（或称从器件），它可以是其它单片机，或者其他外围芯片，如：A/D、D/A、LED或LCD驱动、串行存储器芯片。510.1.1I2C总线（3）I2C总线支持多主（multi-mastering）和主从（master-slave）两种工作方式。多主方式下，I2C总线上可以有多个主机。I2C总线需通过硬件和软件仲裁来确定主机对总线的控制权。主从工作方式时，系统中只有一个主机，总线上的其它器件均为从机（具有I2C总线

5、接口），只有主机能对从机进行读写访问，因此，不存在总线的竞争等问题。在主从方式下，I2C总线的时序可以模拟，I2C总线的使用不受主机是否具有I2C总线接口的制约。——MCS-51系列单片机本身不具有I2C总线接口，可以用其I/O口线模拟I2C总线610.1.1I2C总线图10.1单主机系统I2C总线扩展示意图710.1.1I2C总线采用I2C总线设计系统的优点：（1）功能框图中的功能模块与实际的外围器件对应，可以使系统设计直接由功能框图快速地过渡到系统样机。（2）外围器件直接“挂在”I2C总线上，不需设计总线接

6、口；增加和删减系统中的外围器件，不会影响总线和其他器件的工作，便于系统功能的改进和升级。（3）集成在器件中的寻址和数据传输协议可以使系统完全由软件来定义。810.1.2I2C总线的数据传输图10.2标准模式和快速模式下器件连接到I2C总线的形式双向5~10k负载能力为400pf910.1.2I2C总线的数据传输（一）数据位的传送I2C总线上主机与从机之间一次传送的数据称为一帧。由启动信号、若干个数据字节、应答位和停止信号组成。数据传送的基本单元为一位数据。时钟线SCL的一个时钟周期只能传输一位数据。在SCL时钟

7、线为高电平期间内，数据线SDA上的数据必须稳定。当SCL时钟线变为低电平时，数据线SDA的状态才能改变。1010.1.2I2C总线的数据传输（二）启始和停止状态。起始（START）状态：I2C总线传输过程中，当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA出现高电平到低电平跳变时，标志I2C总线传输数据开始。停止（STOP）状态：I2C总线传输过程中，当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA出现低电平到高电平跳变时，标志着I2C总线传输数据结束。起始和停止状态是由主机发出1110.1.2I2C总线的数据传输（三）传输数据传

8、输到数据线SDA上的每个字节必须为8位每次传输的字节数不受限制。每个字节后必须跟一个应答（acknowledge）位。数据传输时，首先传送最高位，如图10.5所示，如果从机暂时不能接收下一个字节数据，如从机响应内部中断，那么，可以使时钟线SCL保持为低电平，迫使主机处于等待状态；当从机准备就绪后，再释放时钟线SCL，使数据传输继续进行。1210.1.2I2C总线的数据传输（四）应答I2