可控制多外设的spii2c总线.docVIP

摘要：本应用笔记对两种模拟IC中常用的串行、数字接口(SPI?或3线、I2C或2线)进行了比较，每种接口在不同的设计中都表现出其优点和缺点，具体取决于数据速率、可提供的设计空间以及噪声环境等。本应用笔记给出了两种接口的区别，并举例详细说明了这些观点。 引言 虽然现实世界中的信号都是模拟信号，但是现在越来越多的模拟IC采用数字接口进行通信。串行接口的数据通信介于主机(提供串行时钟)和从机/外设之间。目前，大多数微控制器提供SPI (3线)和I2C (2线)接口，用于发送、接收数据。微处理器通过几条总线控制周边的设备，比如：模/数转换器(ADC)、数/模转换器(DAC)、智能电池、端口扩展、EEPROM以及温度传感器。与通过并口传输数据不同的是：串行接口通过2条、3条或4条数据/时钟总线连续传输数据。虽然并行接口具有传输速度快的特点，但是串行接口占用较少的控制和数据线。 串行接口的基础知识 串行接口有三种：3线、2线和单线。本文主要讨论3线和2线串行接口。串行外设接口(SPI)、队列串行外设接口(QSPI?)和MICROWIRE? (或MICROWIRE PLUS?)接口标准均采用3线接口。芯片间总线(I2C)和系统管理总线(SMBus?)均为2线接口。这些串行接口拥有各自的优点和缺点，如表1所示。 3线接口 3线接口使用片选线(低电平有效CS或SS)、时钟线(SCLK)和数据输入/主机输出线(DIN或MOSI)。3线接口有时也包括一条数据输出/主机输入线(DOUT或MISO)，这时也叫做4线接口。为了叙述的简便，本文将3线接口和4线接口统称为3线接口。 3线接口可以以更高的时钟频率工作，并且不需要上拉电阻。SPI/QSPI和MICROWIRE接口都可以工作在全双工模式(数据可以在同一时间发送和接收)，一般在嘈杂环境下工作不成问题。3线接口是边沿触发，不是电平触发，因此具有更强的抗干扰能力。 3线接口的主要缺点是它要为每一个从机提供一条低电平有效的CS线，除非将从机用菊链形式连接，如图1所示(后续章节将详细讨论菊链方式)。另外一个缺点是3线接口没有应答机制去判断数据的收发是否正确。从软件设计看，在单主机/单从机应用中，3线接口比2线接口简单，效率更高。 图1. 利用数据输入、数据输出、时钟和片选信号进行通信的3线接口。 2线接口 2线接口包括一条数据线(SDA或SMBDATA)和一条时钟线(SCL或SMBCLK)。2线接口的优点是使用更少的连线，这一点对于结构紧凑的设计尤为重要，比如：手机、光纤的应用。因为2线接口为每个从机分配唯一的地址，所以可以在一条总线连接多个从机而不需要片选信号。2线接口在成功完成一次读操作后会传输一个应答位。因为2线接口只有一条数据线，所以它只能工作在半双工模式(数据的读写不可以同时进行)。因为2线接口是电平触发，所以在嘈杂环境中如果发生数据位错误，可能造成问题。 表1. 3/2线接口优缺点的对比 Interface Advantages Disadvantages 3-Wire: SPI, QSPI, and MICROWIRE PLUS 1. Speed 2. No pullup resistors required 3. Full-duplex operation 4. Noise immunity 1. Larger number of bus line connections 2. Individual chip-select lines required to communicate with more than one slave at a time 3. No acknowledgment of received data 2-Wire: I2C and SMBus 1. Fewer bus line connections 2. Multiple devices share the same bus 3. Received data is acknowledged 1. Speed: SMBus limited to 100kHz; I2C limited to 3.4MHz 2. Half-duplex operation 3. Open-drain bus lines require pullup resistors 4. Reduced noise immunity 主机和从机经由多条总线通过串行接口进行通讯。在写周期，主机使用自己产生的时钟和数据将数据传至从机。在读周期，从机传输数据至主机。 SPI、QSPI和MICROWIRE设计 由Motorola制定的SPI接口已被很多流行的处理器和微控制器采用，比如MAXQ2000。SPI接口需要两条