单片机原理及应用 教学课件 作者 谢辉 主编 黄滔 李焱 副主编第7单元单片机串行口.ppt

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1、第7单元单片机串行总线扩展一、IIC总线二、SPI总线三、单总线四、实训―IIC总线EEPROM存储器扩展学习要点理解串行总线的扩展方法。理解IIC总线的基本工作原理。掌握IIC总线的基本扩展方法。理解SPI总线的基本工作原理。掌握SPI总线的基本扩展方法。理解单总线的基本工作原理。一、IIC总线IIC（也可写做I2C）总线是Philips公司推出的一种连接微控制器及其外围设备的两线式串行总线，可实现同步双向串行数据传输，使用非常方便。目前许多半导体集成电路上都集成了IIC总线接口，如Philips的P8XC591系列单片机、AT24

2、C系列EEPROM器件、LED驱动器SAA1064等。1.IIC串行总线的特点IIC总线只有两根双向信号线，一根SDA串行数据线，一根SCL串行时钟线，所有连接到IIC总线上的器件的数据线都接到SDA线上，各器件的时钟线都连到SCL上。IIC总线系统结构如图7-1所示。图7-1IIC总线系统结构IIC总线特点：只需要两根信号线，一根SDA串行数据线，一条SCL串行时钟线，采用“纯软件”的寻址方法。可工作在主从方式。与总线相连的每个器件都对应一个特定的地址，可由芯片内部硬件和外部地址同时确定；每个器件在通信过程中可建立简单的主从关系，即

3、主控器件可以作为发生器也可以作为接收器。是一种真正的多主机总线，如果两个或更多主机同时初始化数据传输，可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。各个主机之间没有优先次序之分，也无中心主机。串行数据在主从之间可以双向传输。其位速率在标准模式下可达100kbps，快速模式下可达400kbps，高速模式下可达3.4Mbps。芯片上的滤波器可以滤去数据总线上的毛刺波，确保数据可靠传输。同步时钟和数据线相配合产生可以作为启动、应答、停止或重启动串行发送的握手信号。连接到同一总线的IIC器件数只受总线的最大电容400pF限制。2.IIC总线接口电路及

4、工作原理（1）IIC总线接口电路IIC设备与IIC总线连接的接口电路见图7-2所示。IIC总线的两根信号线SDA和SCL都是双向I/O线，必须通过上拉电阻接到正电源（其阻值可参考有关数据手册来选择，一般为5～10KΩ）。此外，IIC总线器件的输出必须是开漏或集电极开路，即具有“线与”功能，以便实现时钟同步和总线仲裁机制。总线在工作时，当SDA输出（或SCL输出）FET管截止，输出为0。带有IIC接口的器件，通过SDA（或SCL）输入缓冲器采集总线上的数据或时钟信号。图7-2IIC设备与IIC总线的接口电路IIC串行总线可发送和接收数据

5、。发送数据的设备称为发送器，而接收数据的设备称为接收设备。能够初始发送、产生时钟启动/停止信号的设备称为主设备；被主设备寻址的设备称为从设备。在信息的传输过程中，IIC总线上并接的每一个IIC设备既是主设备（或从设备），又是发送器（或接收设备），这取决于它所完成的功能。单片机发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别及需要调整的量。由于地址码和控制量的不同，各控制电路虽然处在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。IIC总线支持主从和多主的两种工作方式，图7-1也是

6、多主式系统的结构图。图中的单片机若本身带有IIC接口，可直接使用它的SDA和SCL口线。若单片机不具有IIC接口，可以利用单片机的口线模拟SDA和SCL口线。（2）IIC总线工作过程在数据传输中，主设备为数据传输产生时钟信号。要求SDA数据线只有在SCL串行时钟处于低电平时才能变化。总线的一次典型工作过程如下。开始。表明开始传输信号，由主设备产生。地址。主设备发送地址信息，包含7位的从设备地址和1位的指示位。数据。根据指示位，数据在主设备和从设备之间传输。数据一般以8位传输，接收器上用一位ACK（回答信号）表明每个字节都收到了。传输可

7、以被终止或重新开始。停止。信号结束传输，由主设备产生。3.IIC总线的数据传输控制在IIC总线上，每一位数据位的传输都与时钟脉冲相对应。逻辑“0”和逻辑“1”的信号电平取决于相应的电源电压（IIC总线可适用于不同的半导体制造工艺，如CMOS、NMOS等各种类型的电路都可以接入总线）。（1）SDA与SCL的时序关系IIC总线数据传输时，SCL为高电平期间，SDA上的数据必须保持稳定，在SCL为低电平期间，SDA上的电平状态才允许变化。当SCL发出的重复时钟脉冲每次为高电平时，SDA线上对应的电平就是一位一位的传输数据，最先传输的是字节的

8、最高位数据。SDA与SCL的时序关系如图7-3所示。图7-3SDA与SCL的时序关系（2）启动与停止信号IIC总线数据传送时，有两种时序信号：启动信号S、停止信号P，如图7-4所示。当SCL线为高电平时，SDA出现由高到