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机电一体化技术与应用

机电一体化系统通信技术-2-机电一体化系统通信技术

数字电路片间总线串行通信总线无线通信工业现场总线机电一体化系统通信技术目录

7.1概述4机电一体化系统通信技术机电一体化系统通信技术

7.1概述机电一体化系统通信技术-5-信息交换和传递的过程称为通信，通过某种类型的介质用于实现通信过程的系统称为通信系统。通信承担着计算机和设备之间的数据的存储，处理，传输和交换的任务，解决信息传输，交换，分配，集中及兼容问题。

7.2数字电路片间总线6机电一体化系统通信技术机电一体化系统通信技术

7.2数字电路片间总线机电一体化系统通信技术-7-7.2.1片间总线概述在通信技术中，总线是连接一个或多个部件的电缆的总称。在微机电系统中，总线起着主要的信息传输通路的作用，对于系统设计者来说是一个重要的研究问题。数字电路的片间总线是一种用于连接多个数字电路元件的通信线路，用于实现元件级的互联。

7.2数字电路片间总线机电一体化系统通信技术-8-7.2.1片间总线概述传统的片间总线采用并行方式，通过在电路板上布置一组共享的信号线来传输数据和控制信息，通常包括地址总线、数据总线和控制总线即三总线结构。随着技术的进步，串行总线的传输速度显著提高，具有了更强的抗干扰能力和更长的传输距离，因此采用串行方式的片间总线逐渐占据了主导地位。常见的串行片间总线包括I2C总线、SPI总线等。

7.2数字电路片间总线机电一体化系统通信技术-9-7.2.2I2C通信I2C总线简介：I2C（Inter-IntegratedCircuit）总线是由飞利浦公司在20世纪80年代开发的串行通信协议。它被广泛应用于微控制器与外围设备之间的连接，并成为一种新型的总线标准。I2C总线的设计旨在简化芯片之间的通信，并提供一种可靠、高效的通信方式。

7.2数字电路片间总线机电一体化系统通信技术-10-7.2.2I2C通信I2C总线具有如下特点：（1）I2C总线只需两根信号线，即串行数据线SDA和串行时钟线SCLK。所有连接到I2C总线的器件。（2）I2C总线的数据传输采用主从模式的通信方式，主机负责控制总线的通信，发起读写操作和提供时钟信号，而从机则被动地响应主机的指令或请求数据。（3）I2C总线具备总线仲裁和高低速设备同步等功能的高性能多主机总线。仲裁机制用于解决多个主机同时请求总线控制权冲突，确保通信的顺序和稳定性。

7.2数字电路片间总线机电一体化系统通信技术-11-7.2.2I2C通信I2C总线具有如下特点：（4）I2C总线的数据传输速率可以根据需要进行调整。在标准模式，速率达到100Kbit/s；在快速模式，速率达到400Kbit/s；而在高速模式，达到3.4Mbit/s。（5）I2C总线理论上允许的最大设备数取决于总线上所有器件的电容总和，不超过400pF。每个设备在总线上引入一定的电容负载，当总线上的电容总和超过一定阈值时，可能会影响信号的质量和传输速率。（6）I2C接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片引脚的数量，降低了互连成本。

7.2数字电路片间总线机电一体化系统通信技术-12-7.2.2I2C通信总线构成：I2C总线被广泛用于各种电子设备中，用于实现不同集成电路（IC）之间以及CPU与被控制集成电路之间的双向数据传输。I2C总线由串行数据线SDA和串行时钟线SCLK构成，如图7-1所示。

7.2数字电路片间总线机电一体化系统通信技术-13-在I2C总线上，多个被控制电路并联连接，每个电路和模块都有唯一的地址。在数据传输过程中，每个并联在I2C总线上的模块既可以充当主控制器也可以充当被控制器这取决于其要执行的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两个部分，地址码用于寻址，接通需要控制的电路并确定控制的种类。控制量则决定了要进行的调整类别及需要调整的量。尽管所有的控制电路都连接在同一条总线上，但它们是独立的、互不相关的。

7.2数字电路片间总线机电一体化系统通信技术-14-7.2.2I2C通信信号类型：I2C总线在数据传送过程中有三种信号类型：开始信号、结束信号和应答信号:1.开始信号是由主设备（通常是微控制器和主控制器）发出的，当时钟线SCLK为高电平时，数据线SDA由高电平向低电平跳变，表示数据传输开始。2.当数据传输完成后，主设备可以选择发送结束信号。结束信号同样由主设备发出，当SCLK为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，表示数据传输结束。

2024年12月10日第3章MCS-51单片机指令系统-1