(完整版)第九章串行总线扩展技术

传感器数据采集
01
串行通信接口可以连接各种模拟或数字传感器，实现数据的实
时采集和传输。
数据处理与存储
02
通过串行通信将采集到的数据传输到上位机或数据中心，进行
进一步的处理、分析和存储。
系统监控与控制
03
串行通信可用于实现远程监控和控制，提高数据采集系统的灵
活性和可维护性。
在远程监控系统中的应用
01
特点
传输线少，成本低，适用于远距 离通信，但传送速度较慢。
串行通信协议
异步通信协议
以字符为单位进行传输，字符间通过 特定的起始位和停止位进行同步。
同步通信协议
以数据块为单位进行传输，通过同步 字符或同步信号实现收发双方的时钟 同步。
串行通信接口标准
RS-232C接口标准
定义了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口标准，采用 负逻辑电平，最大传输距离约15米。
串行扩展工作原理
01
数据传输
在串行通信中，数据以位为单位进行传输。发送端将数据按位依次发送
到传输线上，接收端按位接收并组合成完整的数据。数据传输过程中需
要遵循特定的通信协议和数据格式。
02
同步与异步通信
串行通信可分为同步通信和异步通信两种方式。同步通信需要发送端和
接收端保持严格的时钟同步，而异步通信则通过特定的起始位和停止位
无线化发展趋势
无线通信技术的普
及
随着无线通信技术的不断发展， 串行通信逐渐实现无线化，使得 设备间的通信更加灵活方便。
低功耗无线通信技
术
针对低功耗设备的需求，发展出 低功耗无线通信技术，延长设备 的续航时间。
无线通信安全性增

第九章串行总线扩展技术后参考答案（9）1、I2C 总线的优点是什么？答：lie总线的优点：（1）具有多主机系统所需的包括总线裁决（2）高低速器件同步功能的高性能串行总线。

2、I 2 C总线的起始信号和终止信号是如何定义的?答：SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL 线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号‘3、I C总线的数据传送方向如何控制?答：IIC 总线的数据传送方向由寻址字节的第8位来控制的，第8位为“0”时，表示主机向从机写数据，为“ 1 ”时表示主机由从机读数据。

4、常用的I C总线接口器件有哪些?答：常用的IIC 总线接口期间有EEPROM、A/D 转换器、D/A 转换器、LED 及LCD 驱动器、日历时钟电路等。

5、I C总线的寻址方式如何?答：IIC 总线的寻址方式有三种：（1）主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变；（2）主机在第一个字节后，立即由从机读数据（3）在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向正好反向。

6、I C总线的数据传送时，应答是如何进行的?答：由于某种原因从机不对从机寻址信号应答时（如从机正在进行实时的处理工作而无法接收总线上的数据），它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。

如果从机对主机进行了应答，当在数据从送一段时间后无法继续接收更多的数据，从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的“非应答”通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续发送。

当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。

这个信号时由对从机的“非应答”来实现的。

然后，从机释放SDA 线，以允许主机产生终止信号。

27、有哪些单片机具备I C总线接口?答：由一些品种的片上配置了IIC 总线接口，如Philips 的80c552. 228、具备I C总线接口的E PROM芯片有哪几咱型号?容量如何?寻址方法如何? 答：带IIC总线接口的EEPROM芯片常用的有：Philips公司的PCF8582、ATMEL 公司的AT24C系列和NS公司的NM24C系列。

1 16 2 15 3 14 4 74LS 13 5 139 12 6 11 7 10 8 9
VCC 2G 2A 2B 2Y0 2Y1 2Y2 2Y3
1个允许输 入端
74LS139译码器真值表
输 入 输
Y0 1 0 1 1 1 Y1 1 1 0 1 1
出
Y2 1 1 1 0 1 Y3 1 1 1 1 0
4
地址
0 0 0 片⑴
0 0 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0
0 1 0 1
7
0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFFH
0 0 0 0 1 片⑵ 1 1 … … 0 0
1 1 1 片⑻
1 1
0 0 0 0 0 0 0 0 2000H 1 1 1 1 1 1 1 1 3FFFH …… … 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 E000H 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 FFFFH
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
允
1 1
许1
1
1 1 1 1
1
1 1 1 1
1
1 1 1 1
0
1 1 1 1
1
0 1 1 1
1
1 0 1 1
1
1 1 0 1
1
1 1 1 0
1 0 1 0 1 0
1 0 1 1 1 0 1 1 1
2个选择输入端
4个输出端
1G 1A 1B 1Y0 1Y1 1Y2 1Y3 GND
ROM
CPU

4
10.1.1 I2C总线
89C51
P1.0 P1.1
UCC
LCD
显示器
KEY 键盘
LED 显示器
时钟
LCD驱动 控制器
SDA
SCL
键盘 芯片
SDA
SCL
LED 驱动 控制器
SDA
SCL
时钟 芯片
SDA
SCL
SDA SCL SRAM
SDA
SCL
E2PROM
SDA
SCL
ADC/DAC
SDA
SCL
I/O
பைடு நூலகம்24
10.1.5 I2C总线应用
（二）I2C总线扩展E2PROM
AT24CXX系列串行E2PROM是Atme1公司生产的 I2C总线接口功能的串行E2PROM器件，具有掉电保护 功能 ，AT24C02容量为256字节。AT24CXX系列的写 入时间一般需要5~10ms。
A0 A1 A2 GND
AT240C2
（二）I2C总线扩展E2PROM MCS-51单片机与AT24C02 的连接电路
时钟线SCL的一个时钟周期只能传输一位数据。在 SCL时钟线为高电平期间内，数据线SDA上的数据必须 稳定。当SCL时钟线变为低电平时，数据线SDA的状态 才能改变。
8
10.1.2 I2C总线的数据传输
（二）启始和停止状态 。
起始和停止状态是由主机发出
起始（START）状态：I2C总线传输过程中，当时钟 线SCL为高电平时，数据线SDA出现高电平到低电平跳 变时，标志I2C总线传输数据开始。
A I/O DATA A P
输入时，R/ W=1，SLAW为0100(A2A1A0)1。

RS－485接口可连接成半双工和全双工两种 － 接口可连接成半双工和全双工两种 通信方式。 通信方式。常见的半双工通信芯片有 SN75176、SN75276、 、 、 SN75LBC184 MAX481、MAX483、 、 、 MAX485、MAX487等，全双工通信芯片 、 等 有SN75179、SN75180 、MAX488、 、 、 MAX489、MAX490、MAX491等。通 、 、 等 常采用半双工方式组网应用
RS-232C引脚功能
插针 1* 2* 3* 4* 5* 6* 7* 8* 9，10 11 12 13 14 15* 16 17* 18 19 20* 21* 22* 23* 24* 25 信号名 GND TXD RXD RES CTS DSR SGND DCD 功能说明 保护地 发送数据 接收数据 请求发送 允许发送 数据设备（DCE）准备就绪 信号地(公共回线) 接收线路信号检测 未用，为测试保留 空 辅信道接受线路信号检测 辅信道允许发送 辅信道发送数据 发送信号码元定时（DCE为源） 辅信道接收数据 发送信号码元定时 空 辅信道请求发送 数据终端贮备就绪 信号质量检测 振铃指示 数据信号速率选择 发送信号码元定时（DCE为源） 空 信号方向 对DTE × 出 入 出 入 入 × 入 对DCE 入 出 入 出 出 × 出
DTR
入
出
信号分类
RS-232C信号分为两类： 一类是DTE与DCE交换的信息：TxD和RxD； 另一类是为了正确无误地传输上述信息而设计 的联络信号。
数据发送与接收线
发送数据TxD：通过TxD线，终端将串行数 据由发送端(DTE)向接收端(DCE)发送。按 串行数据格式，先低位后高位的顺序发出。 接收数据RxD：通过RxD线，终端接收从发 送端DTE (或调制解调器)输出的数据。

...
I 2C 器件n
3
（一） I2C总线的信号线

（二） I2C总线的驱动能力
I2C为开漏或开集电极输出，需加上拉电阻Rp ，输出 能实现线“与”的逻辑功能。 时钟线SCL和数据线SDA都是双向传输线，总线备用 时SDA和SCL都保持高电平，只有关闭I2C总线时才使 SCL钳位在低电平。 在标准模式下数据传送速率100kbit/s。总线的驱动 能力受总线电容限制，不加驱动扩展时驱动能力为 400pF。
/*1-启动I2C总线*/ /*2-停止I2C总线数据传送*/ /*3-发送应答位*/ /*4-发送非应答位*/
12
extern void cack( ); /*5-应答位检查*/ extern void wrbyt(uchar shu); /*6-发送一个字节*/ extern void wrbyt0( ); extern void wrbyt1( ); extern uchar rdbyt( ); /*7-读取一个字节*/ extern void wrnbyt(uchar slaw,uchar number,uchar ff[]); /*8-发送n 个字节*/ extern void rdnbyt(uchar number,uchar slar,uchar qq[]); /*9-接收n 个字节*/

地址（4位），数字引脚地址（3位），读/写地 址（1位）。 以8574为例：SLAW=0X40；SLAR=0X41。
芯片类型地址 0 1 0 0 数字引脚地址 0 0 0 读/写 0(写)，1(读)
（五） I2C总线的数据传送与时序 主从机之间的一次数据传送由启动信号、若干数 据字节和应答位、停止信号组成。 1）一位数据的传输 SCL的一个周期对应一位数据传送，低电平时允 许数据线上的电平变化，高电平期间数据线上的 电平稳定。（启动停止除外）

3．I C总线的器件寻址方式
2
I2C 总线上连接的器件都是总线上的节点，每个时刻只 有一个主控器件操控总线。每个器件都有一个唯一确定的地 址，主控器件通过这个地址实现对从器件的点对点数据传输。 器件的地址由7位组成，其后附加了1位方向位，确定数据的 传输方向。这8位构
成了传输起始状态S后的
第一个字节，如图所示。
3
9.1.1 I2C串行总线
----特性
由于I2C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）； 在主器件接收从器件的数据时，主器件为接收器（主接收 器）； 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）； 从器件向主器件返回数据时则是发送器（从发送器）。
2
9.1 常用串行总线协议
9.1.1 I C串行总线
2
----术语
为了简化集成电路之间的互连，Philips公司开发出一种 标准外围总线互连接口，称为“集成电路间总线”或“内部 2 2 集成电路总线” I C（ Inter-IC）。 I C 总线是一个两线双向 串行总线接口标准，采用这种接口标准的器件只需要使用两 条信号线与单片机进行连接，就可以完成单片机与接口器件 之间的信息交互。 其相关的术语有： 发送器（Transmitter）：发送数据到总线的器件； 接收器（Receiver）：从总线接收数据的器件； 主器件（Master）：即主控器件，初始化发送、产 生时钟信号和终止发送的器件； 从器件（Slave）：被主控器件寻址的器件。
15
9.1.1 I2C串行总线
----数据传输方式
(3) 复合模式。主器件向从器件发送命令或数据后，再次向

串行扩展的特点串行扩展总线技术是新一代单片机技术发展的一个显著特点。

其中公司推出的I2C总线最为著名。

与并行扩展总线相比，串行扩展总线有突出的优点：电路构造简单，程序编写方便，易于实现用户系统软硬件的模块化、标准化等，目前I2C总线技术已为许多著名公司所采用，并广泛应用于视频、音像系统中。

I2C（IIC）总线是Philips公司推出的芯片间串行传输总线。

它用两根线实现了完善的全双工同步数据传送，可以极为方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。

I2C总线采用了器件地址的硬件设置方法，通过软件寻址完全防止了器件的片选线寻址方法，从而使硬件系统具有简单灵活的扩展方法。

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）总线系统是Motorola公司提出的一种同步串行外设接口，允许MCU与各种外围设备以同步串行方式开展通信，其外围设备种类繁多，从最简单的TTL移位存放器到复杂的LCD 显示驱动器、网络控制器等，可谓应有尽有。

SPI总线提供了可直接与各厂家生产的多种标准外围器件直接连接的接口，该接口一般使用4根线：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 和低电平有效的从机选择线SS。

由于SPI系统总线只需3根公共的时钟数据线和若干位独立的从机选择线（依据从机数目而定），在SPI从设备较少而没有总线扩展能力的单片机系统中使用特别方便。

即使在有总线扩展能力的系统中采用SPI设备也可以简化电路设计，省掉很多常规电路中的接口器件，从而提高了设计的可靠性。

USB比较于其他传统接口的一个优势是即插即用的实现，即插即用（Plug-and-Play）也可以叫做热插拔（Hot plugging）。

USB接口的最高传输率可达12Mbit/S。

一个USB口理论上可以连接127个USB设备，连接的方式也十分灵活。

Microwire串行通信接口是NS公司提出的，Microwire 是串行同步双工通信接口，由一根数据输出线、一根数据输入线和一根时钟线组成。

Microwire总线及单总线(1-Wire BUS)。
串行扩展总线的应用是单片机目前发展的一种趋势。AT89系列
单片机利用自身的通用并行线可以模拟多种串行总线时序信号，
因此可以充分利用各种串行接口芯片资源。本章主要介绍I2C总线、
SPI总线及单总线(1-Wire BUS)的基本知识、常用的串行总线接
口器件及和单片机的接口应用。
2020/7/17
4
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9.1 SPI串行总线接口技术
9.1.1 SPI串行总线简介
SPI接口的全称是“Serial Peripheral Interface”,意为串行外
围接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。
SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外
2020/7/17
图9-2 TLC5499的时序
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TLC549没有启动控制端，只要读走前一次数据后马上就进行 新的转换，转换完成后就进入保持状态，转换时间为36个系统时 钟周期，最大为17uS。没有转换完成标志信号，只要采用延时 操作即可控制每次读取数据的操作。
3．TLC549与单片机的接口
TLC549与单片机的连接如图9-3所示。采用P1.0～P1.2连接 TLC549的串行接口。
2020/7/17
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第9章 串行总线接口技术
由于数据的串行传输连线少，因而采用串行总线扩展技术可以
使系统的硬件设计简化，系统的体积减小，同时，系统的更改和
扩充更为容易。
目前，单片机应用系统中常用的串行扩展总线有：I2C(Inter
IC BUS)总线、SPI(Serial Peripheral Interface)总线、