第8_9节 MCS-51单片机系统基本扩展技术2.pptVIP

共51 第8章 单片机小系统及片外扩展 8.1 串行扩展总线接口技术 89C51除芯片自身具有UART可用于串行扩展I/O口线以外，还可利用89C51的3～4根I/O口线进行SPI或I2C的外设芯片扩展，以及单总线的扩展。 8.1.1 SPI串行外设接口总线 SPI(Serial Peripheral Interface——串行外设接口）总线是Motorola公司推出的一种同步串行外设接口，它用于MCU与各种外围设备以串行方式进行通信，系统可配置为主或从操作模式。 SPI系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，它只需4条线： 串行时钟线（SCK）、 主机输入/从机输出数据线MISO、 主机输出/从机输入数据线MOSI 低电平有效的从机选择线CS(SS） SPI总线的使用可以简化电路设计，提高设计的可靠性。 1. SPI总线系统的组成 图8-1是SPI总线系统典型结构示意图 单片机与外围扩展器件在时钟线SCK、数据线MOSI和MISO上都是同名端相连。带SPI接口的外围器件都有片选端CS。 在扩展多个SPI外围器件时，单片机应分别通过I/O口线来分时选通外围器件。 当SPI接口上有多个SPI接口的单片机时，应区别其主从地位，在某一时刻只能由一个单片机为主器件。 前不少外围器件都带有SPI接口 SPI有较高的数据传送速度，主机方式最高速率可达1.05 Mb/s。 在大多数应用场合中，使用1个MCU作为主机，控制数据向1个或多个从外围器件的传送。 从器件只能在主机发命令时,才能接收或向主机传送数据。 其数据的传输格式是高位（MSB）在前，低位(LSB）在后。 当SPI工作时，在内部移位寄存器中的数据逐位从输出引脚（MOSI）输出（高位在前），同时从输入引脚（MISO）接收的数据逐位移到内部移位寄存器（高位在前）。 发送一字节后，从另一个外围器件接收的字节数据进入移位寄存器中。 主SPI的时钟信号（SCK）使传输同步。 SPI总线有以下主要特性： 全双工、3线同步传输；主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。其典型时序图如图8-2所示。 图8-3为89C51（MCU）与MCM2814（E2PROM）的硬件连接图。 8.1.2 I2C总线 I2C总线是PHILIPS公司推出的串行总线。 I2C总线是一种具有自动寻址、高低速设备同步和仲裁等功能的高性能串行总线，能够实现完善的全双工数据传输，是各种总线中使用信号线数量最少的。 I2C总线只有两根信号线： 数据线SDA和时钟线SCL。 所有进入I2C总线系统中的设备都带有I2C总线接口，符合I2C总线电气规范的特性，只需将I2C总线上所有节点的串行数据线SDA和时钟线SCL分别与总线的SDA和SCL相连即可。 当执行数据传送时，启动数据发送并产生时钟信号的器件称为主器件；被寻址的任何器件都可看作从器件；发送数据到总线上的器件称为发送器；从总线上接收数据的器件称为接收器。 I2C总线是多主机总线，可以有两个或更多的能够控制总线的器件与总线连接；同时I2C总线还具有仲裁功能，当一个以上的主器件同时试图控制总线时，只允许一个有效。 I2C总线的寻址采用纯软件的寻址方法，无需片选线的连接，这样就简少了总线数量。 主机在发送完启动信号后，立即发送寻址字节来寻址被控器件，并规定数据传送方向。 寻址字节由7位从机地址（D7～D1）和1位方向位（D0，0/1，读/写）组成。 I2C总线具有多重主控能力，这就意味着可以允许多个作为主控器的电路模块（具有I2C总线接口的单片机）去抢占总线。 因此挂接在I2C总线上的集成电路模块的发送器/接收器可以根据不同的工作状态分为主控发送器、主控接收器、被控发送器和被控接收器。 3. I2C总线基本知识 1） I2C总线的接口电路结构 I2C总线由一根数据线SDA和一根时钟线SCL构成。 I2C总线中一个节点的每个电路器件都可视为有如图8-11虚框所示的一个I2C总线接口电路，用于与I2C总线的SDA和SCL线挂接。 数据线SDA和时钟线SCL都是双向传输线，平时均处于高电平备用状态，只有当需要关闭I2C总线时，SCL线才会箝位在低电平。 2） I2C总线信号定义 在I2C总线上，SDA用于传送有效数据，其上传输的每位有效数据均对应于SCL线上的一个时钟脉冲。 也就是说，只有当SCL线上为高电平（SCL=1）时，SDA线上的数据信号才会有效（高电平表示1，低电平表示0）； SCL线为低电平（SCL=0）时，SDA线上的数据信号无效。 因此，只有当SCL线为低电平（SCL=0）时，SDA线上的电平状态才允许发生变化（见图8-12)。 8.1.3 单总线 单总线（1－Wire）是Dallas公司推出