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1、返回目录n n*n n1 1单片机原理与接口技术单片机原理与接口技术第第7章章 单片机系统单片机系统常用串行扩展技术常用串行扩展技术 返回目录本章教学要求（1 1）了解常用串行总线协议，熟悉）了解常用串行总线协议，熟悉I2CI2C总线工作原理。总线工作原理。（2 2）掌握利用软件编程模拟）掌握利用软件编程模拟I2CI2C总线时序程序设计方法。总线时序程序设计方法。（3 3）熟悉串行）熟悉串行EEPROMEEPROM存储器和存储器和FlashFlash存储器的接口设存储器的接口设计方法。计方法。（4 4）熟悉串行总线扩展）熟悉串行总线扩展I/OI/O接口的方法。接口的方法。（5 5）熟悉串行键盘
2、和）熟悉串行键盘和LEDLED显示器的扩展方法。显示器的扩展方法。（6 6）熟悉串行）熟悉串行A/DA/D和和D/AD/A转换接口扩展方法。转换接口扩展方法。n n*n n2 2返回目录本 章 目 录7.1 串行扩展概述串行扩展概述7.2 常用串行总线协议常用串行总线协议7.2.1 I2C串行总线串行总线7.2.2 SPI总线总线7.2.3 单线总线单线总线7.3 串行存储器扩展串行存储器扩展7.3.1 I2C接口接口EEPROM的存储的存储器扩展器扩展7.3.2 SPI接口的大容量接口的大容量Flash存储器扩展存储器扩展7.4 串行转并行串行转并行I/O接口扩展接口扩展7.4.1 串行转并
3、行串行转并行I/O扩展芯片的扩展芯片的工作原理工作原理n n*n n3 37.4.2 串行总线扩展串行总线扩展I/O接口实例接口实例7.5 串行键盘和串行键盘和LED显示器扩展显示器扩展7.5.1 串行键盘和串行键盘和LED显示器控显示器控制芯片的工作原理制芯片的工作原理7.5.2 串行键盘和串行键盘和LED显示器扩显示器扩展实例展实例7.6 串行接口串行接口A/D和和D/A转换扩转换扩展展7.6.1 串行接口串行接口A/D转换扩展转换扩展7.6.2 串行接口串行接口D/A转换扩展转换扩展思考题与习题思考题与习题7 返回目录传传统统的的单单片片机机系系统统采采用用并并行行总总线线扩扩展展外外围
4、围设设备备，对对地地址址线线译译码码产产生生片片选选信信号号，为为每每个个外外设设分分配配唯唯一一的的地地址址，利利用用并并行行数数据据总总线线传传输输数数据据，需需要要的的单单片片机机芯芯片片引引脚脚数数多多。例例如如8051单单片片机机采采用用并并行总线扩展一个外围芯片需要的最少引脚数为：行总线扩展一个外围芯片需要的最少引脚数为：8(数据数据)+2(RD,WR)+1(/CS)+n条地址线条地址线 n=log2(内部寄存器或存储器字节的数目内部寄存器或存储器字节的数目)这这种种方方式式虽虽然然传传输输速速度度高高，但但是是芯芯片片封封装装体体积积增增大大使使成成本本升升高高，同同时时电电路路
5、板板体体积积增增大大，布布线线复复杂杂度度高高，也也带带来来故故障障点点增增多多，调调试试维修多有不便。维修多有不便。随随着着电电子子技技术术的的发发展展，串串行行总总线线技技术术日日益益成成熟熟，具具有有代代表表性性的的典典型型串串行行总总线线有有IC、SPI、1-Wire、MICROWIRE等等。随随着着串串行行总总线线数数据据传传输输速速率率的的逐逐渐渐提提高高和和芯芯片片逐逐渐渐系系列列化化，为为多多功功能能、小小型型化化和和低低成成本本的的单单片片机机系系统统的的设设计计提提供供了了更更好好的的解解决决方方案案。采采用用串串行行总总线线扩扩展展技技术术可可以以使使系系统统的的硬硬件件
6、设设计计简简化化，系系统统的的体体积积减减小小，系系统统的的更更改改和和扩扩充充更更为为容容易易。可可以以说说串串行行总总线线技技术术已已成成为为单单片片机机总总线线的的主主导导技技术术。本本章章将将主主要要介介绍绍单单片片机机系系统统的的串串行行总总线线扩扩展技术和方法。展技术和方法。n n*n n4 47.1 7.1 7.1 7.1 串行扩展概述串行扩展概述串行扩展概述串行扩展概述返回目录7.2 常用串行总线协议 I2C（Inter-IC）总总线线是是一一个个两两线线双双向向串串行行总总线线接接口口标标准，使用两条信号线与单片机进行连接，准，使用两条信号线与单片机进行连接，发送器（发送器（
7、Transmitter）：发送数据到总线的器件；）：发送数据到总线的器件；接收器（接收器（Receiver）：从总线接收数据的器件；）：从总线接收数据的器件；主器件（主器件（Master）：即主控器件，初始化发送、产）：即主控器件，初始化发送、产生时钟信号和终止发送的器件；生时钟信号和终止发送的器件；从器件（从器件（Slave）：被主控器件寻址的器件。）：被主控器件寻址的器件。n n*n n5 57.2.1 I2C串行总线串行总线-术语术语术语术语返回目录7.2.1 I2C串行总线由于由于I2C总线的双向特性，总线上的主器件和从器件都可能总线的双向特性，总线上的主器件和从器件都可能成为发送器和
8、接收器。成为发送器和接收器。在主器件发送数据或命令时，主器件是发送器（主发送器）；在主器件发送数据或命令时，主器件是发送器（主发送器）；在主器件接收从器件的数据时，主器件为接收器（主接收在主器件接收从器件的数据时，主器件为接收器（主接收器）；器）；从器件在接收主器件命令或数据时，从器件是接收器（从从器件在接收主器件命令或数据时，从器件是接收器（从接收器）；接收器）；从器件向主器件返回数据时则是发送器（从发送器）。从器件向主器件返回数据时则是发送器（从发送器）。由于采用串行数据传输方式，其传输速率不是太高。由于采用串行数据传输方式，其传输速率不是太高。标准模式下数据传输速率为标准模式下数据传输速
9、率为100 kb/s；快速模式下传输速率为快速模式下传输速率为400 KB/s；高速模式传输速率为高速模式传输速率为3.4 Mb/s。n n*n n6 6-特性特性特性特性返回目录7.2.1 I2C串行总线采用采用I2C总线设计系统具有如下的优点：总线设计系统具有如下的优点：(1)实实际际的的器器件件与与功功能能框框图图中中的的功功能能模模块块相相对对应应，所所有有I2C器器件件共用一条总线共用一条总线，便于将框图转化成原理图。，便于将框图转化成原理图。(2)在两条线上完成寻址和数据传输，在两条线上完成寻址和数据传输，节省电路板体积节省电路板体积。(3)器器件件通通过过内内置置地地址址结结合合
10、可可编编程程地地址址的的方方式式寻寻址址，不不需需设设计计总总线线接接口口；增增加加和和删删减减系系统统中中的的外外围围器器件件，不不会会影影响响总线和其他器件的工作，便于总线和其他器件的工作，便于系统功能的改进和升级系统功能的改进和升级。(4)数数据据传传输输协协议议可可以以使使系系统统完完全全由由软软件件来来定定义义，应应用用灵灵活活适应面广。适应面广。(5)通通过过多多主主器器件件模模式式可可以以将将外外部部调调试试设设备备连连接接到到总总线线上上，为为调试、诊断提供便利调试、诊断提供便利。n n*n n7 7-特点特点特点特点返回目录7.2.1 I2C串行总线I2C总线采用二线制传输，
11、分别是：总线采用二线制传输，分别是：串行数据线串行数据线SDA（Serial Data Line）串行时钟线串行时钟线SCL（serial clock line）n n*n n8 81I2C总线的电气连接总线的电气连接-I-I2 2C C总线总线总线总线返回目录7.2.1 I2C串行总线n n*n n9 9(1)为为了了避避免免总总线线信信号号混混乱乱和和冲冲突突，I2C总总线线接接口口电电路路均均为为漏漏极极开开路路或或集集电电极极开开路路，总总线线上上必必须须有有上上拉拉电电阻阻。上上拉拉电电阻阻与与电电源源电电压压VDD和和SDA/SCL总总线线串串接电阻接电阻Rs有关，一般可选有关，一
12、般可选510K。(2)I2C总总线线的的外外围围扩扩展展器器件件大大都都是是CMOS器器件件，总总线线有有足足够够的的电电流流驱驱动动能能力力，因因此此总总线线扩扩展展的的节节点点数数由由负负载载电电容容特特性性决决定定，I2C总总线线的的驱驱动动能能力力为为400 pF。可可根根据据器器件件的的I2C总总线线接接口口的的等等效效电电容容确确定定可可扩扩展展的的器器件件数数目目和和总总线线的的长长度度，以以减减小小总总线线传传输输的的延延迟迟和和出出错。错。-电气性能电气性能电气性能电气性能返回目录7.2.1 I2C串行总线I2C总总线线支支持持多多主主和和主主从从两两种种工工作作方方式式。一
13、一般般的的设设计计中中I2C总总线线工工作作在在主主从从工工作作方方式式，I2C总总线线上上只只有有一一个个主主器器件件，其其它它均均为为从从器器件件。主主器器件件对对总总线线具具有有控控制制权权。在在多多主主方方式式中中，通过硬件和软件的仲裁，主控制器取得总线控制权。通过硬件和软件的仲裁，主控制器取得总线控制权。n n*n n10102 2I I2 2C C总线的工作方式总线的工作方式总线的工作方式总线的工作方式3 3I I2 2C C总线的器件寻址方式总线的器件寻址方式总线的器件寻址方式总线的器件寻址方式 I2C总总线线上上连连接接的的器器件件都都是是总总线线上上的的节节点点，每每个个时时
14、刻刻只只有有一一个个主主控控器器件件操操控控总总线线。每每个个器器件件都都有有一一个个唯唯一一确确定定的的地地址址，主主控控器器件件通通过过这这个个地地址址实实现现对对从从器器件件的的点点对对点点数数据据传传输输。器器件件的的地地址址由由7位位组组成成，其其后后附附加加了了1位位方方向向位位，确确定定数数据据的的传输方向。传输方向。这这8位构位构成了传输起始状态成了传输起始状态S后的后的第一个字节第一个字节，如图所示。，如图所示。-工作及寻址方式工作及寻址方式工作及寻址方式工作及寻址方式返回目录7.2.1 I2C串行总线器件的地址由器件的地址由4位固定位位固定位和和3位可编程位位可编程位组成。
15、固定位由生产组成。固定位由生产厂家给出，用户不能改变。可编程位与器件的地址管脚的连接相厂家给出，用户不能改变。可编程位与器件的地址管脚的连接相对应，当系统中使用了多个相同芯片时可以进行正确的访问。对应，当系统中使用了多个相同芯片时可以进行正确的访问。n n*n n1111-总线器件寻址方式总线器件寻址方式总线器件寻址方式总线器件寻址方式当主器件发送了数据帧的第一个字节后，总线上连接的从器当主器件发送了数据帧的第一个字节后，总线上连接的从器件会将接收到的地址数据与自己的地址进行比较，被选中的从器件会将接收到的地址数据与自己的地址进行比较，被选中的从器件再根据方向位确定是接收数据还是发送数据。件再
16、根据方向位确定是接收数据还是发送数据。不不同同的的器器件件有有时时会会有有相相同同的的固固定定地地址址编编码码，例例如如静静态态RAM器器件件PCF8570和和EEPROM器器件件PCF8582的的固固定定位位均均为为1010，此此时时通通过过可可编编程程位位进进行行区区分分，如图所示。如图所示。返回目录7.2.1 I2C串行总线I I2 2C C总总线线必必须须由由主主控控器器件件控控制制，主主控控器器件件产产生生起起始始和和停停止止条条件件，控控制制总总线线的的传传输输方方向向，并并产产生生时时钟钟信信号号同同步步数数据据传传输，如下图所示。输，如下图所示。n n*n n12124 4I
17、I2 2C C总线的的数据传输过程总线的的数据传输过程总线的的数据传输过程总线的的数据传输过程 总线上信号有：总线上信号有：总线上信号有：总线上信号有：起始信号起始信号起始信号起始信号(S),(S),终止信号终止信号终止信号终止信号(P),(P),应答信号应答信号应答信号应答信号(A/NA),(A/NA),数据信号等数据信号等数据信号等数据信号等-数据传输过程数据传输过程数据传输过程数据传输过程返回目录7.2.1 I2C串行总线总线信号：总线信号：(1)起起始始信信号号(S)：在在时时钟钟信信号号SCL为为高高电电平平时时，数数据据线线SDA从从高高电电平变为低电平产生起始条件，标志着启动平变
18、为低电平产生起始条件，标志着启动I2C总线。总线。(2)终终止止信信号号(P)：在在时时钟钟信信号号SCL为为高高电电平平时时，数数据据线线SDA从从低低电电平变为高电平，标志着终止平变为高电平，标志着终止I2C总线传输过程。总线传输过程。(3)应应答答信信号号(A/NA)：I2C协协议议规规定定总总线线每每传传输输一一字字节节数数据据后后，都都要要有有一一个个应应答答位位。应应答答位位由由接接收收器器件件产产生生，即即主主器器件件向向从从器器件件发发送送数数据据时时，应应答答位位由由从从器器件件产产生生；主主器器件件接接收收从从器器件件数数据据时时，应答位由主器件产生。应答位由主器件产生。数
19、数据据接接收收方方可可以以接接收收数数据据时时,产产生生应应答答信信号号(ACK)。当当主主器器件件接接收收从从器器件件送送来来的的最最后后一一个个数数据据后后,必必须须给给从从器器件件发发一一个个非非应应答答信信号号(NACK),令令从从器器件件释释放放SDA信信号号线线,这这样样主主器器件件可可以以发送终止信号来结束数据的传输。发送终止信号来结束数据的传输。n n*n n1313-总线信号总线信号总线信号总线信号返回目录7.2.1 I2C串行总线(4)数数据据信信号号：地地址址和和数数据据均均以以字字节节为为单单位位，且且高高位位在在前前，低低位位在在后后。数数据据接接收收方方每每接接收收
20、一一字字节节数数据据都都产产生生一一个个应应答答信信号号。发发送送器器必必须须在在接接收收器器发发送送应应答答信信号号前前，预预先先释释放放对对SDA线线的的控控制制(SDA=1)，以便主控器件对，以便主控器件对SDA线上应答信号的检测。线上应答信号的检测。时钟：时钟：无论何种情况下时钟信号始终由主器件产生。无论何种情况下时钟信号始终由主器件产生。时钟线时钟线SCL的一个时钟周期只能传输一位数据的一个时钟周期只能传输一位数据，I2C总线的通信总线的通信速率受主器件控制，在不超过芯片最快速度的情况下，取决于速率受主器件控制，在不超过芯片最快速度的情况下，取决于主器件的时钟信号。主器件的时钟信号。
21、n n*n n1414-总线信号，时钟总线信号，时钟总线信号，时钟总线信号，时钟返回目录7.2.1 I2C串行总线n n*n n1515-传输信息传输信息传输信息传输信息主主器器件件与与从从器器件件之之间间传传输输数数据据是是交交互互进进行行的的，除除了了起起始始位位、结结束束位位及及数数据据外外，还还应应包包含含被被叫叫对对象象地地址址、操操作作性性质质（读读/写写）、应应答答等等信信息息，即即一一次次信信息息传传输输过过程程传传输输的的信信息息包包含含6 6部部分分。一一个个完整的数据传输过程如下图所示。完整的数据传输过程如下图所示。返回目录7.2.1 I2C串行总线 根根据据所所连连接接
22、的的器器件件性性质质不不同同，在在I2C总总线线上上可可能能存存在在如下的数据传输方式：如下的数据传输方式：(1)主主器器件件发发送送命命令令或或数数据据到到从从器器件件。在在寻寻址址字字节节之之后后，主主控控发发送送器器通通过过SDA线线向向从从接接收收器器发发送送信信息息，信信息息发发送送完完毕毕后后发发送送终终止止信信号号，以以结结束束传传送送过过程程。这这种种情情况况下下数数据据传传输输的的方方向向不不发发生生变变化化。例例如如向向DA转转换换器器写写入入数数据据，或或向向IO扩展器件写输出值。如图扩展器件写输出值。如图(a)所示。所示。n n*n n1616-数据传输方式数据传输方式
23、数据传输方式数据传输方式返回目录7.2.1 I2C串行总线(2)主主器器件件读读取取从从器器件件的的数数据据。寻寻址址字字节节发发送送完完成成的的第第一一个个应应答答信信号号后后，主主器器件件由由发发送送器器变变为为接接收收器器，从从器器件件则则转转为为发发送送器器。主主器器件件通通过过SDA线线接接收收从从器器件件发发送送信信息息。这这种种情情况况下下数数据据传传输输方方向向会会发发生生变变化化。例例如如读读取取AD转转换换器器的的转转换换结结果果，或或者者读读取取IO扩扩展展器器件件的的输输入入信信息息。如如图图(b)所示。所示。n n*n n1717-数据传输方式数据传输方式数据传输方式
24、数据传输方式返回目录7.2.1 I2C串行总线(3)复合模式。复合模式。主器件向从器件发送命令或数据后，再次向主器件向从器件发送命令或数据后，再次向从器件进行一次操作性质相反的操作。例如在对串行从器件进行一次操作性质相反的操作。例如在对串行EEPROM的操作中，先向器件写入要访问的存储器地址，的操作中，先向器件写入要访问的存储器地址，然后再向器件发送读取命令，读回数据。如图然后再向器件发送读取命令，读回数据。如图(c)所示。所示。n n*n n1818-数据传输方式数据传输方式数据传输方式数据传输方式返回目录7.2.1 I2C串行总线主机与从机进行通信时，有时需要切换数据的收发方向。主机与从机
25、进行通信时，有时需要切换数据的收发方向。例如，访问某一具有例如，访问某一具有I2C总线接口的总线接口的EEPROM存储器时，主存储器时，主机先向存储器输入存储单元的地址信息（发送数据），然后再读机先向存储器输入存储单元的地址信息（发送数据），然后再读取其中的存储内容（接收数据）。取其中的存储内容（接收数据）。在切换数据的传输方向时，可以不必先产生停止条件再开始在切换数据的传输方向时，可以不必先产生停止条件再开始下次传输，而是直接再一次产生开始条件。下次传输，而是直接再一次产生开始条件。I2C总线在已经处于总线在已经处于忙的状态下，再一次直接产生起始条件的情况被称为重复起始条忙的状态下，再一次直
26、接产生起始条件的情况被称为重复起始条件。重复起始条件常常简记为件。重复起始条件常常简记为Sr。正常的起始条件和重复起始条件在物理波形上并没有什么不正常的起始条件和重复起始条件在物理波形上并没有什么不同，区别仅仅是在逻辑方面。在进行多字节数据传输过程中，只同，区别仅仅是在逻辑方面。在进行多字节数据传输过程中，只要数据的收发方向发生了切换，就要用到重复起始条件。要数据的收发方向发生了切换，就要用到重复起始条件。n n*n n1919-数据传输方式数据传输方式数据传输方式数据传输方式返回目录7.2.1 I2C串行总线类类 型型型型 号号存储器存储器 ATMEL公司的公司的AT24CXX系列系列EEP
27、ROM8位并行位并行IO扩展扩展PCF8574/JLC1562实时时钟实时时钟 DS1307/PCF8563/SD2000D/M41T80/ME901/ISL1208数据采集数据采集ADC芯片芯片MCP3221（12bitADC）/ADS1100（16bitADC）/ADS1112（16bitADC）/MAX1238（12bitADC）/MAX1239（12bitADC）数模转换数模转换DAC芯片芯片DAC5574（8bitDAC）/DAC6573（10bitDAC）/DAC8571（16bitDAC）LED显示器件显示器件ZLG7290/SAA1064/CH452/MAX6963/MAX69
28、64温度传感器温度传感器 TMP101/TMP275/DS1621/MAX6625n n2020n n*-I-I2 2C C总线器件总线器件总线器件总线器件 5 5常用的常用的常用的常用的I I2 2C C总线器件总线器件总线器件总线器件 返回目录7.2.2 SPI总线 SPI（Serial Peripheral Interface）总线也是当前广泛）总线也是当前广泛使用的一种串行外设接口，由使用的一种串行外设接口，由Motorola公司提出，用公司提出，用来实现单片机与各种外围设备的串行数据交换。来实现单片机与各种外围设备的串行数据交换。外围设备可以是数据存储器、网络控制器、键盘和显外围设备
29、可以是数据存储器、网络控制器、键盘和显示驱动器、示驱动器、A/D和和D/A转换器。转换器。SPI总线还可实现微控制器之间的数据通信等。总线还可实现微控制器之间的数据通信等。SPI总线主要特性在于采用总线主要特性在于采用3线同步传输，可以同时发线同步传输，可以同时发出和接收串行数据，工作在全双工方式下。出和接收串行数据，工作在全双工方式下。SPI最高最高数据传输速率可达几数据传输速率可达几 M bps。n n*n n2121-SPI-SPI总线特性总线特性总线特性总线特性 返回目录7.2.2 SPI总线 SPI总线采用四线通信，总线采用四线通信，4根线分别为根线分别为：SCK：串行时钟线，用作同
30、步脉冲信号，有的芯片：串行时钟线，用作同步脉冲信号，有的芯片称为称为CLK；MISO：主机输入：主机输入/从机输出数据线，有的芯片称为从机输出数据线，有的芯片称为SDI、DI或或SI；MOSI：主机输出：主机输出/从机输入数据线，有的芯片称为从机输入数据线，有的芯片称为SDO、DO或或SO；CS：从机选择线，由主机控制，有的芯片称为：从机选择线，由主机控制，有的芯片称为nCS、CS或或STE等。等。n n*n n2222-SPI-SPI总线的总线的总线的总线的4 4根线根线根线根线 1 1SPISPI总线的电气连接总线的电气连接总线的电气连接总线的电气连接 返回目录7.2.2 SPI总线 总总
31、线线上上有有多多个个SPI接接口口的的单单片片机机时时，应应为为一一主主多多从从，在在某某一一时时刻刻只只能能有有一一个个单单片机为主器件。片机为主器件。如如果果总总线线上上只只有有一一个个SPI接接口口器器件件,不不需需要要进进行行寻寻址址操操作而进行全双工通信。作而进行全双工通信。n n*n n2323-SPI-SPI总线连接总线连接总线连接总线连接 n大大多多数数SPI从从器器件件具具有有三三态态输输出出,器器件件没没有有选选中中时时处处于于高高阻阻态态，允允许许MISO引引脚脚并并接接在在同同一一条条信信号号线线上上，但但如如果果器器件件的的输输出出不不是是三三态态特特性性时时，需需要
32、要接接到到单单片机单独的片机单独的I/O口。口。n n在在在在扩扩展展多多个个SPI外外围围器器件件时时，单单片片机机应应分分别别通通过过I/O口口线线为为每每个个从从器器件件提提供供独独立立的的使使能能信信号号，硬硬件件上上比比I2C系系统统要要稍稍微微复复杂杂一一些些，如如下下图图所所示示。但但是是SPI不不需需要要在在总总线线上上发发送送寻寻址址序列，软件上简单高效。序列，软件上简单高效。返回目录7.2.2 SPI总线 数据的传输格式是数据的传输格式是高位（高位（MSB）在前，低位（）在前，低位（LSB）在）在后。后。SPI总线有总线有4种工作模式，是根据时钟的极性和相位来划分的。种工作
33、模式，是根据时钟的极性和相位来划分的。n n*n n2424-SPI-SPI总线工作模式总线工作模式总线工作模式总线工作模式 2 2SPISPI总线的数据传输过程总线的数据传输过程总线的数据传输过程总线的数据传输过程 SPI模式模式时钟极性时钟极性(CPOL)时钟相位时钟相位(CPHA)描描 述述000时钟信号空闲电平为低，时钟信号空闲电平为低，SCK的上升的上升沿锁存沿锁存SPI数据数据101时钟信号空闲电平为低，时钟信号空闲电平为低，SCK的下降的下降沿锁存沿锁存SPI数据数据210时钟信号空闲电平为高，时钟信号空闲电平为高，SCK的下降的下降沿锁存沿锁存SPI数据数据311时钟信号空闲电
34、平为高，时钟信号空闲电平为高，SCK的上升的上升沿锁存沿锁存SPI数据数据返回目录7.2.2 SPI总线 在在SPI传传输输过过程程中中，发发送送方方首首先先将将数数据据上上线线，然然后后在在同同步步时时钟钟信信号号的的上上升升沿沿SPI的的接接收收方方锁锁存存位位信信号号。在在SCK信信号号的的一一个个周周期期结结束束时时（下下降降沿沿），发发送送方方输输出出下下一一位位数数据据信信号号，再重复上述过程，直到一字节的再重复上述过程，直到一字节的8位信号传输结束。位信号传输结束。n n*n n2525-SPI-SPI总线工作模式总线工作模式总线工作模式总线工作模式 0 0工作模式工作模式工作模
35、式工作模式0 0 返回目录7.2.2 SPI总线 在在SPI传传输输过过程程中中，在在SCK的的上上升升沿沿发发送送方方输输出出位位数数据据，SPI的的接接收收方方在在SCK的的下下降降沿沿锁锁存存位位信信号号。在在SCK信信号号的的一一个个周周期期结结束束时时（上上升升沿沿），发发送送方方输输出出下下一一位位数数据据信信号号，再再重复上述过程，直到一字节的重复上述过程，直到一字节的8位信号传输结束。位信号传输结束。n n*n n2626-SPI-SPI总线工作模式总线工作模式总线工作模式总线工作模式 1 1工作模式工作模式工作模式工作模式1 1 返回目录7.2.2 SPI总线 在在SPI传传
36、输输过过程程中中，发发送送方方首首先先将将数数据据上上线线，然然后后在在同同步步时时钟钟信信号号的的下下降降沿沿SPI的的接接收收方方锁锁存存位位信信号号。在在SCK信信号号的的一一个个周周期期结结束束时时（上上升升沿沿），发发送送方方输输出出下下一一位位数数据据信信号号，再重复上述过程，直到一字节的再重复上述过程，直到一字节的8位信号传输结束。位信号传输结束。n n*n n2727-SPI-SPI总线工作模式总线工作模式总线工作模式总线工作模式 2 2工作模式工作模式工作模式工作模式2 2 返回目录7.2.2 SPI总线 在在SPI传传输输过过程程中中，在在SCK的的下下降降沿沿发发送送方方
37、输输出出位位数数据据，SPI的的接接收收方方在在SCK的的上上升升沿沿锁锁存存位位信信号号。在在SCK信信号号的的一一个个周周期期结结束束时时（下下降降沿沿），发发送送方方输输出出下下一一位位数数据据信信号号，再再重复上述过程，直到一字节的重复上述过程，直到一字节的8位信号传输结束。位信号传输结束。n n*n n2828-SPI-SPI总线工作模式总线工作模式总线工作模式总线工作模式 3 3工作模式工作模式工作模式工作模式3 3 返回目录7.2.2 SPI总线3常用的常用的SPI总线器件总线器件n n*n n2929类类 型型 型型 号号 存储器存储器 Microchip 公司的公司的93LC
38、XX系列系列EEPROM，ATMEL公司的公司的AT25XXX系列系列EEPROM，Xicor公司的公司的X5323/25等等 SPI扩展并行扩展并行IO口口 PCA9502/MAX7317/MAX7301 实时时钟实时时钟 PCA2125/DS1390/DS1391/DS1305 数据采集数据采集ADC芯芯片片 ADS8517(16位位ADC)/TLC4541(16位位ADC)/MAX11200(24位位ADC)/MAX1225(12位位ADC)/AD7789(24位位ADC)数模转换数模转换DAC芯芯片片 DAC7611（12位位DAC）/DAC8881（16位位DAC）/DAC7631（
39、16位位DAC）/AD421(16位位DAC）键盘、显示芯片键盘、显示芯片 MAX6954/MAX6966/MAX7219/ZLG7289/CH451 温度传感器温度传感器 MAX6662/MAX31722/DS1722-SPI-SPI总线器件总线器件总线器件总线器件返回目录7.2.3 单线总线1-Wire单单线线总总线线是是有有maxim公公司司推推出出的的微微控控制制器器外外围围设设备备串串行行扩扩展展总总线线，适适用用于于单单主主机机系系统统，可可控控制制一一个个或多个从器件。或多个从器件。单单线线总总线线只只采采用用一一根根数数据据线线来来完完成成从从器器件件供供电电和和主主从从设设备
40、备之之间间的的数数据据交交换换，加加上上地地线线共共需需两两根根线线，即即可可保保证证器器件件的的全全速速运运行行。采采用用单单线线总总线线可可最最大大限限度度减减少少系系统统的连线，降低电路板设计的复杂度。的连线，降低电路板设计的复杂度。n n*n n3030-1-Wire-1-Wire总线特性总线特性总线特性总线特性返回目录7.2.3 单线总线n n*n n31311 1单线总线的电气连接单线总线的电气连接单线总线的电气连接单线总线的电气连接n n单单单单线线线线总总总总线线线线器器器器件件件件内内内内部部部部有有有有唯唯唯唯一一一一的的的的6464位位位位器器器器件件件件序序序序列列列列
41、号号号号，允允允允许许许许多多多多个个个个器件挂接在同一条器件挂接在同一条器件挂接在同一条器件挂接在同一条1-Wire1-Wire总线上。总线上。总线上。总线上。n n通过网络操作命令协议通过网络操作命令协议通过网络操作命令协议通过网络操作命令协议,主机可以对其进行寻址和操控。主机可以对其进行寻址和操控。主机可以对其进行寻址和操控。主机可以对其进行寻址和操控。n n下图是一个单线总线系统扩展温度传感器的例子。下图是一个单线总线系统扩展温度传感器的例子。下图是一个单线总线系统扩展温度传感器的例子。下图是一个单线总线系统扩展温度传感器的例子。-单线总线连接单线总线连接单线总线连接单线总线连接返回目
42、录7.2.3 单线总线n n*n n32321 1单线总线的电气连接单线总线的电气连接单线总线的电气连接单线总线的电气连接n n多多多多数数数数1-Wire1-Wire器器器器件件件件没没没没有有有有电电电电源源源源引引引引脚脚脚脚，而而而而采采采采用用用用寄寄寄寄生生生生供供供供电电电电的的的的方方方方式式式式从从从从1-Wire1-Wire通通通通信信信信线线线线路路路路获获获获取取取取电电电电源源源源。因因因因此此此此需需需需要要要要对对对对单单单单线线线线总总总总线线线线上上上上拉拉拉拉，如如如如图图图图中中中中电电电电阻阻阻阻R RP P。上上上上拉拉拉拉电电电电压压压压越越越越高高
43、高高，1-Wire1-Wire器器器器件件件件所所所所得得得得到到到到的的的的功功功功率率率率就就就就越越越越大大大大。电电电电压压压压越越越越高高高高，网网网网络络络络中中中中可可可可以以以以挂挂挂挂接接接接的的的的1-Wire1-Wire从从从从器器器器件件件件也也也也越越越越多多多多，时时时时隙隙隙隙之之之之间间间间的的的的恢恢恢恢复复复复时时时时间间间间也也也也越越越越短短短短。如如如如果果果果距距距距离离离离较较较较远远远远的的的的情况下，需要提供额外的电源。情况下，需要提供额外的电源。情况下，需要提供额外的电源。情况下，需要提供额外的电源。n n采采采采用用用用单单单单片片片片机机
44、机机作作作作为为为为单单单单线线线线总总总总线线线线主主主主机机机机时时时时要要要要注注注注意意意意所所所所连连连连的的的的I/OI/O口口口口必必必必须须须须是是是是双双双双向向向向的的的的，其其其其输输输输出出出出为为为为漏漏漏漏极极极极开开开开路路路路，且且且且线线线线上上上上具具具具有有有有弱弱弱弱上上上上拉拉拉拉电电电电阻，这是单线总线接口的基本要求。阻，这是单线总线接口的基本要求。阻，这是单线总线接口的基本要求。阻，这是单线总线接口的基本要求。-单线总线连接单线总线连接单线总线连接单线总线连接返回目录7.2.3 单线总线由于单线总线没有时钟脉冲进行同步，需要严格的时由于单线总线没有
45、时钟脉冲进行同步，需要严格的时序和协议来保证总线的操作有效性和数据的完整性。序和协议来保证总线的操作有效性和数据的完整性。单线总线有四种基本操作，分别是复位、写单线总线有四种基本操作，分别是复位、写1、写、写0和和读位操作。读位操作。单线总线将完成一位传输的时间称为一个时隙。单线总线将完成一位传输的时间称为一个时隙。定义了基本操作后，对器件的读写操作可通过多次调定义了基本操作后，对器件的读写操作可通过多次调用位操作来实现。用位操作来实现。n n*n n33332 2单线总线的基本操作单线总线的基本操作单线总线的基本操作单线总线的基本操作 -单线总线基本操作单线总线基本操作单线总线基本操作单线总
46、线基本操作返回目录7.2.3 单线总线单线总线基本操作定义和实现方法单线总线基本操作定义和实现方法n n*n n3434操作操作 含义含义 实现方法实现方法 写写1 向总线上从向总线上从器件写器件写“1”主机拉低总线并延时时间主机拉低总线并延时时间A；释放总线，由上拉电阻拉高总线，延时时间释放总线，由上拉电阻拉高总线，延时时间B。写写0 向总线上从向总线上从器件写器件写“0”主机拉低总线并延时时间主机拉低总线并延时时间C；释放总线，由上拉电阻拉高总线，延时时间释放总线，由上拉电阻拉高总线，延时时间D。读位读位 从总线上读从总线上读回回1位数据位数据主机拉低总线并延时时间主机拉低总线并延时时间A
47、；释放总线，由上拉电阻拉高总线，延时时间释放总线，由上拉电阻拉高总线，延时时间E后对总线采后对总线采样，读回从器件输出值；然后延时时间样，读回从器件输出值；然后延时时间F。复位复位 初始化总线初始化总线上的从器件上的从器件 主机拉低总线并延时时间主机拉低总线并延时时间G；释放总线，由上拉电阻拉高总线，延时时间释放总线，由上拉电阻拉高总线，延时时间H后对总线进后对总线进行采样，读从器件的响应信号，如果为低电平表示有器件行采样，读从器件的响应信号，如果为低电平表示有器件存在，如果为高电平表示总线上没有器件；延时时间存在，如果为高电平表示总线上没有器件；延时时间I。-单线总线基本操作单线总线基本操作
48、单线总线基本操作单线总线基本操作返回目录7.2.3 单线总线单线总线操作时序和推荐时间单线总线操作时序和推荐时间n n*n n3535-单线总线操作时序单线总线操作时序单线总线操作时序单线总线操作时序采用单线总线通信，要求采用单线总线通信，要求CPU能够产生较为精确的能够产生较为精确的1 s延时延时,还要保证通信过程不能被中断。还要保证通信过程不能被中断。时间段时间段值值(s)A6B64C60D10E9F55G480H70I410返回目录7.2.3 单线总线为为了了正正确确访访问问不不同同的的单单线线总总线线器器件件，每每个个单单线线总总线线器器件件都都内内置置一一个个唯唯一一的的64位位二二
49、进进制制ROM代代码码，以以标标志志其其ID号号。其其中中前前8位位是是1-Wire家家族族码码，中中间间48位位是是唯唯一一的的序序列列号号，最最后后8位是前位是前56位的位的CRC（循环冗余校验）码，如图所示。（循环冗余校验）码，如图所示。n n*n n36363 3单线总线的器件单线总线的器件单线总线的器件单线总线的器件ROMROM码码码码 -器件器件器件器件ROMROM码码码码 主主机机根根据据ROM码码的的前前56位位来来计计算算CRC值值，并并与与读读取取回回来来的的值值进进行行比比较较，判判断断接接收收的的ROM码码是是否否正正确确，CRC码码的的多项式函数为多项式函数为CRC=
50、X8+X5+X4+1。返回目录7.2.3 单线总线 单线总线协议针对不同类型的器件规定了详细的命令，单线总线协议针对不同类型的器件规定了详细的命令，命令有两种类型。一类是命令有两种类型。一类是ROM命令，每种命令均为命令，每种命令均为8位，用位，用来搜索、甄别从器件，实现从器件寻址或简化总线操作。另来搜索、甄别从器件，实现从器件寻址或简化总线操作。另一类是器件操作的功能命令，如存储器操作、转换启动等，一类是器件操作的功能命令，如存储器操作、转换启动等，具体的命令与器件相关。具体的命令与器件相关。常用的常用的ROM命令有：命令有：搜索搜索ROM命令命令F0h：获取从器件的类型和数量：获取从器件的