第12章 单片机的串行扩展技术

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1、第12章单片机的串行扩展技术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），极大地简化了器件间的连接，进而提高了可靠性。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%，明显减少了电路板空间和成本。除上述优点外，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。因此，串行扩展技术在IC卡、智能仪器仪表以及分布式控制系统等领域得到了广泛的应用。12.1单总线接口简介单总线（1-Wirebus）是由DALLAS公

2、司推出的外围串行扩展总线。它只有一条数据输入/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，这种使用一条信号线的串行扩展技术，称为单总线技术。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，可以唯一被确定。除了器件的地址编码外，芯片内还包含收发控制和电源存储电路，如图12-1所示。图12-1这些芯片的耗电量都很小（空闲时几μW，工作时几mW），工作时从总线

3、上馈送电能到大电容中就可以工作，故一般不需另加电源。图12-2为一个由单总线构成的分布式温度监测系统。多个带有单总线接口的数字温度计和多个集成电路DS1820芯片都挂在DQ总线上。单片机对每个DS1820通过总线DQ寻址。DQ为漏极开路，须加上拉电阻。DALLAS公司为单总线的寻址及数据的传送提供了严格的时序规范，具体内容读者可查阅相关资料。图12-212.2SPI总线接口简介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

4、带有该接口的设备直接连接，以串行方式交换信息。使用４条线：串行时钟SCK，主器件输入/从器件输出数据线MISO（简称SO），主器件输出/从器件输入数据线MOSI（简称SI）和从器件选择线。SPI的典型应用是单主系统。该系统只有一台主器件，从器件通常是外围接口器件，如存储器、I/O接口、A/D、D/A、键盘、日历/时钟和显示驱动等。图12-3是SPI外围串行扩展结构图。图12-3单片机与外围器件在时钟线SCK、数据线MISO和MOSI都是同名端相连。扩展多个外围器件时，SPI无法通过数据线译码选择，故接口的

5、外围器件都有片选端。在扩展单个SPI器件时，外围器件的片选端可以接地或通过I/O口控制；在扩展多个SPI器件时，单片机应分别通过I/O口线来分时选通外围器件。在SPI串行扩展系统中，如果某一从器件只作输入（如键盘）或只作输出（如显示器）时，可省去一条数据输出（MISO）或一条数据输入（MOSI），从而构成双线系统（接地）。SPI系统中从器件的选通依靠其引脚，数据传送软件十分简单，省去了传输时的地址选通字节。但在扩展器件较多时，连线较多。在SPI串行扩展系统中，作为主器件的单片机在启动一次传送时，便产生8个

6、时钟，传送给接口芯片作为同步时钟，控制数据的输入和输出。数据的传送格式是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后，如图12-4所示。数据线上输出数据的变化以及输入数据时的采样，都取决于SCK。但对于不同的外围芯片，有的可能是SCK的上升沿起作用，有的可能是SCK的下降沿起作用。图12-4SPI有较高的数据传输速度，最高可达1.05Mb/s。Motorola公司为广大用户提供了一系列具有SPI接口的单片机和外围接口芯片，如存储器MC2814，显示驱动器MC14499和MC14489等芯片。SPI外围串行扩展系

7、统的主器件是单片机，也可以不带SPI接口，但是从器件一定要有具有SPI接口。12.3I2C串行总线的组成及工作原理I2C串行总线只有两条信号线，一条是数据线SDA，另一条是时钟线SCL，所有连接到I2C总线上器件的数据线都接到SDA线上，各器件的时钟线均接到SCL线上，I2C总线系统的基本结构如图12-5所示。它可以使具有I2C总线的单片机（如PHILIPS公司的8xC552）直接与具有I2C总线接口的各种扩展器件（如存储器、I/O口、A/D、D/A、键盘、显示器、日历/时钟）连接。对不带有I2C接口的单

8、片机（如89C51）可采用普通的I/O口结合软件模拟I2C串行接口总线时序的方法，完成I2C总线的串行接口功能。12.3.1I2C串行总线概述只有两条信号线，一条是数据线SDA，另一条是时钟线SCL，所有连接到I2C总线上器件的数据线都接到SDA线上，各器件的时钟线均接到SCL线上，系统的基本结构如图12-5所示。图12-5I2C的运行由主器件控制，主器件是指启动数据的发送（发出起始信号）、发出时钟信号、传送结束时发出终止信号