单片机原理及应用技术 教学课件 作者 牛月兰 第12章 串行扩展技术.ppt

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1、第12章单片机的串行扩展技术12第12章目录12.1单总线串行扩展12.2SPI总线串行扩展12.3Microwire总线简介12.4I2C总线的串行扩展介绍12.4.1I2C串行总线概述12.4.2I2C总线的数据传送12.5AT89S51单片机的I2C串行扩展设计12.5.1AT89S51的I2C总线扩展系统12.5.2I2C总线数据传送的模拟12.5.3I2C总线模拟通用子程序内容概要单片机的并行总线扩展（利用三总线AB、DB、CB进行的系统扩展）已不再是单片机系统唯一的扩展结构，除并行总线扩展技术之外，近年又出现串行总线扩展技术。例如：Philips公司的I2C串行总

2、线接口、DALLAS公司的单总线（1-Wire）接口、Motorola公司的SPI串行外设接口以及Microwire总线三线同步串行接口。本章介绍上述串行扩展接口总线的工作原理及特点，重点介绍I2C串行扩展技术，并介绍AT89S51软件模拟I2C串行接口总线时序实现I2C接口的方法。3单片机的串行扩展技术与并行扩展技术相比具有显著的优点，串行接口器件与单片机接口时需要的I/O口线很少（仅需1～4条），串行接口器件体积小，因而占用电路板的空间小，仅为并行接口器件的10%，明显减少电路板空间和成本。除上述优点，还有工作电压宽、抗干扰能力强、功耗低、数据不易丢失等特点。串行扩展技术在

3、IC卡、智能仪器仪表以及分布式控制系统等领域得到广泛应用。412.1单总线串行扩展单总线（也称1-Wirebus）是由美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线。只有一条数据输入/输出线DQ，总线上的所有器件都挂在DQ上，电源也通过这条信号线供给，使用一条信号线的串行扩展技术，称为单总线技术。单总线系统的各种器件，由DALLAS公司提供的专用芯片实现。每个芯片都有64位ROM，厂家对每一个芯片用激光烧写编码，其中存有16位十进制编码序列号，它是器件的地址编号，确保它挂在总线上后，可唯一被确定。5除地址编码外，片内还包含收发控制和电源存储电路，如图12-1所示。这些芯片的耗电量都

4、很小（空闲时几微瓦，工作时几毫瓦），从总线上馈送电能到大电容中就可以工作，故一般不需另加电源。下面说明具体应用。6图12-1单总线芯片的内部结构示意图【例12-1】图12-2所示为一个由单总线构成的分布式温度监测系统，也可用于各种狭小空间内设备的数字测温。图中多个带有单总线接口的数字温度传感器DS18B20芯片都挂在单片机的1根I/O口线（即DQ线）上。对每个DS18B20通过总线DQ寻址。DQ为漏极开路，须加上拉电阻。DS18B20封装形式多样，其中的一种封装形式见图12-2。在该单总线数字温度传感器系列中还有DS1820、DS18S20、DS1822等其他型号，工作原理与特

5、性基本相同。具有如下特点：7（1）体积小、结构简单、使用方便。（2）每芯片都有唯一的64位光刻ROM编码，家族码为28H。（3）温度测量范围-55~+125ºC，在-10~+85ºC范围内，测量精度可达±0.5ºC。（4）分辨率为可编程的9~12位（其中包括1位符号位），对应的温度变化量分别为0.5ºC、0.25ºC、0.125ºC、0.0625ºC。（5）转换时间与分辨率有关。当设定为9位，转换时间93.75ms；设定为10位，转换时间为187.5ms；当设定11位，转换时间375ms；当设定12位，转换时间750ms。8（6）片内含有SRAM、E2PROM，单片机写入E2P

6、ROM的报警的上下限温度值和以及对DS18B20的设置，在芯片掉电的情况下不丢失。功能命令包括两类：1条启动温度转换命令（44H），5条读/写SRAM和E2PROM命令。图12-2电路如果再扩展几位（根据需要）LED数码管显示器，即可构成简易的数字温度计系统。可在图12-2的基础上，自行扩展设计。910图12-2单总线构成的分布式温度监测系统在1-Wire总线传输的是数字信号，数据传输均采用CRC码校验。DALLAS公司为单总线的寻址及数据的传送制定了总线协议，具体内容读者可查阅相关资料。1-Wire协议不足在传输速率稍慢，故1-Wire总线协议特别适用于测控点多、分布面广、种

7、类复杂，而又需集中监控、统一管理的应用场合。1112.2SPI总线串行扩展SPI（SerialPeriperalInterface）是Motorola公司推出的同步串行外设接口，允许单片机与多个厂家生产的带有标准SPI接口的外围设备直接连接，以串行方式交换信息。图12-3为SPI外围串行扩展结构图。SPI使用４条线：串行时钟SCK，主器件输入/从器件输出数据线MISO，主器件输出/从器件输入数据线MOSI和从器件选择线。1213图12-3SPI外围串行扩展结构图SPI典型应用是单主系统，一台