智能儀器技術(shù) 課件 11.12 串行設(shè)備總線

智能儀器通信技術(shù)智能儀器通信技術(shù)串行接口微處理器把并行的數(shù)據(jù)通過移位寄存器轉(zhuǎn)換為串行位流發(fā)送給存儲器或外部設(shè)備（并轉(zhuǎn)串），或者按照特定的時鐘去采樣輸入引線，把引線上的串行位通過移位寄存器轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)（串轉(zhuǎn)并）。微處理器串行接口的分類

串行設(shè)備總線：微處理器用于訪問外部設(shè)備（外圍接口）的串行總線。主從結(jié)構(gòu)：master：微處理器，slave：設(shè)備典型設(shè)備：簡單總線SPI,I2C；復(fù)雜總線：USB智能儀器通信技術(shù)串行接口微處理器把并行的數(shù)據(jù)通過移位寄存器轉(zhuǎn)換為串行位流發(fā)送給存儲器或外部設(shè)備（并轉(zhuǎn)串），或者按照特定的時鐘去采樣輸入引線，把引線上的串行位通過移位寄存器轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)（串轉(zhuǎn)并）。微處理器串行接口的分類串行通信總線：數(shù)據(jù)接收方和發(fā)送方的地位平等，它們之間可以相互交換數(shù)據(jù)，只要總線空閑，雙方可以像對方主動發(fā)送數(shù)據(jù)。點對點串行通信：RS232，RS485網(wǎng)絡(luò)通信：CAN、以太網(wǎng)總線無線通信：Zigbee，藍牙通信雙方先發(fā)送同步字符，再連續(xù)傳送數(shù)據(jù)的通信方式稱為（）。串行通信并行通信異步通信同步通信ABCD提交單選題1分下列說法正確的是（）同步通信，需要同步時鐘信號線，因此要求通信雙方采用相同的波特率。物理層可為設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒介及互聯(lián)設(shè)備，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。異步通信無時鐘信號線，雙方應(yīng)該采用相同的波特率。通信協(xié)議，物理層主要是規(guī)定通信系統(tǒng)具有機械、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性，能夠確保原始數(shù)據(jù)在物理媒體上傳輸。ABCD提交多選題1分串行異步傳送時，每一幀信息的開始都是()。低電平同步字符高電平高電平或低電平ABCD提交單選題1分異步通信數(shù)據(jù)幀包括（）校驗位起始位數(shù)據(jù)位停止位ABCD提交多選題1分串行口每一次傳送()字符1bit1串1波特1幀ABCD提交單選題1分全雙工通信的特點是，收發(fā)雙方（）角色固定不能互換角色可換但需切換互不影響雙向通信相互影響互相制約ABCD提交單選題1分智能儀器通信技術(shù)1.接收方和發(fā)送方的時鐘相位一致討論異步串行通信有哪些缺陷？智能儀器通信技術(shù)2.接收方和發(fā)送方的時鐘相位不一致智能儀器通信技術(shù)3.發(fā)送方存在干擾智能儀器串行設(shè)備總線SerialPeripheralInterface串行外設(shè)接口全雙工同步串行通信高效數(shù)據(jù)傳輸速率，MHz起步，可達到100MHz拓撲類型：單主機（master）+多從機（slave）及其靈活的數(shù)據(jù)傳輸，不限于8位，它可以是任意大小非常簡單的硬件結(jié)構(gòu)，從站不需要唯一地址。從機使用主機時鐘，不需要精密的時鐘振蕩器/晶振，無應(yīng)答機制。SPI總線被廣泛地應(yīng)用在FLASH、ADC、LCD等設(shè)備與MCU間，要求通訊速率高的場合。智能儀器串行設(shè)備總線SerialPeripheralInterface串行外設(shè)接口MOSI：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入；MISO：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出；SCLK：時鐘信號，由主設(shè)備控制/SS:從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制。1.一對多：SPI常規(guī)連接智能儀器串行設(shè)備總線SerialPeripheralInterface串行外設(shè)接口MOSI：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入；MISO：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出；SCLK：時鐘信號，由主設(shè)備控制/SS:從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制。2.一對多：菊花鏈連接下圖采用SPI哪種聯(lián)系方式最佳？一對多，常規(guī)連接菊花鏈連接AB提交單選題1分MOSI：主機輸出從機輸入SCK：時鐘線智能儀器串行設(shè)備總線智能儀器串行設(shè)備總線MOSI：主機輸出從機輸入SCK：時鐘線智能儀器串行設(shè)備總線SPI四種通信模式根據(jù)時鐘極性CPOL和相位（CPHA）不同可以組合成四種工作模式。智能儀器串行設(shè)備總線SPI四種通信模式根據(jù)時鐘極性CPOL和相位（CPHA）不同可以組合成四種工作模式。作答假如CPOL=0時，對應(yīng)1，3，5處采樣，即為上升沿采樣，CPHA=[填空1]

填空題1分智能儀器串行設(shè)備總線SPI四種通信模式根據(jù)時鐘極性CPOL和相位（CPHA）不同可以組合成四種工作模式。智能儀器串行設(shè)備總線SPI四種通信模式根據(jù)時鐘極性CPOL和相位（CPHA）不同可以組合成四種工作模式。智能儀器串行設(shè)備總線SPI的時序SPI總線數(shù)據(jù)的傳輸格式是（）高位（MSB）在前，低位（LSB）在后低位（MSB）在前，高位（LSB）在后先發(fā)哪位，哪位在前高低位可以設(shè)置ABCD提交單選題1分智能儀器串行設(shè)備總線SPI通訊的不足沒有硬件從機應(yīng)答信號（主機可能在不知道的情況下無處發(fā)送）通常僅支持一個主機設(shè)備需要更多的引腳沒有定義硬件級別的錯誤檢查協(xié)議與RS232和CAN相比，只能支持非常短的距離。智能儀器串行設(shè)備總線SPI代碼實現(xiàn)擴展帶有SPI接口的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器TCL549輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果給單片機，相當(dāng)于SPI的MISO智能儀器串行設(shè)備總線SPI代碼實現(xiàn)擴展帶有SPI接口的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器TCL549①

串行數(shù)據(jù)中高位A7先輸出，最后輸出低位A0。②

低電平TCL549工作，高電平輸出先呈現(xiàn)高阻態(tài)。智能儀器串行設(shè)備總線SPI代碼實現(xiàn)擴展帶有SPI接口的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器TCL549②

高電平準(zhǔn)備輸出數(shù)據(jù)③

下降沿采樣，同步輸出①最高位A7在cs為低電平后，自動置于dataout上智能儀器串行設(shè)備總線SPI代碼實現(xiàn)擴展帶有SPI接口的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器TCL549①

前四個I/Oclock周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5位（A6-A3），為本次轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備。②

在第4個IOClock下降沿開始采樣本次的模擬輸入。注：A6-A0是前一次AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。智能儀器串行設(shè)備總線SPI代碼實現(xiàn)擴展帶有SPI接口的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器TCL549使片內(nèi)采樣/保持電路進入保持狀態(tài)并啟動A/D開始轉(zhuǎn)換。①CS保持高電平②I/oCLOCK保持36個系統(tǒng)時鐘的低電平。智能儀器串行設(shè)備總線SPI代碼實現(xiàn)擴展帶有SPI接口的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器TCL549①

讀前次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果②

對本次轉(zhuǎn)換的輸入信號采樣并保持③

啟動本次A/D轉(zhuǎn)換開始智能儀器串行設(shè)備總線SPI代碼實現(xiàn)單片機控制串行的8位A/D轉(zhuǎn)換器TLC549進行A/D轉(zhuǎn)換，由電位計RV1提供TLC549模擬量輸入，通過調(diào)節(jié)RV上的+，-端，改變輸入電壓值。用P0口輸出控制8個發(fā)光二極管的亮和顯滅轉(zhuǎn)換結(jié)果的二進制碼。智能儀器串行設(shè)備總線SPI代碼實現(xiàn)#include<reg51.h>#include<intrins.h>//包含_nop_()函數(shù)的頭文件#defineuncharunsignedchar#defineuintunsigendint#defineledP0sbitsdo=P1^0;sbitcs=P1^1;sbitsclk=P1^2;voiddelayus(uintj){略}智能儀器串行設(shè)備總線SPI代碼實現(xiàn)ucharTLC549_ADC(void){uchari,temp;sclk=0;cs=0;//時序圖，CS=0，I/Oclock=0_nop_();_nop_();//適當(dāng)延遲時間1.4usfor(i=0;i<8;i++);//讀入前次轉(zhuǎn)換的8位轉(zhuǎn)換結(jié)果{temp<<=1;//接收數(shù)據(jù)默認為0，左移一位if（sdo==1）temp|=0x01;//讀D0，若為1，則使該位為1sclk=1;//0.4us_nop_();//0.1ussclk=0;//}cs=1;//cs置高，片選無效for（i=17;i!=0;i--）//延時17us以上等待轉(zhuǎn)換本次采樣值_nop_();return(temp);}voidmain(){

略}智能儀器串行設(shè)備總線Inter-integratedCircuitI2C總線I2C是目前使用較多的一種總線，一般用于連接各種從設(shè)備，比如：EEPROM存儲器、溫濕度傳感器、角速度計等。串行同步半雙工通信SDA（數(shù)據(jù)）+SCL（時鐘）兩條信號線組成。SCL上升沿對數(shù)據(jù)進行采樣主從結(jié)構(gòu)，支持多主多從（時鐘同步+總線仲裁）OD/OC輸出（標(biāo)準(zhǔn)/快速/高速），支持線與功能PUSH-Pull輸出（超快速5MBit/s）芯片輸入內(nèi)涵buffer（過濾尖峰脈沖）Cbus(總線負載電容)決定外接設(shè)備數(shù)量同一總線的設(shè)備地址唯一性標(biāo)準(zhǔn)/快速/快速+/高速/超高速5種工作速率。外接上拉電阻I2C的數(shù)據(jù)傳輸速率位于串口和SPI之間，大部分I2C設(shè)備支持100KHz和400KHz模式。智能儀器串行設(shè)備總線Inter-integratedCircuitI2C總線I2C是目前使用較多的一種總線，一般用于連接各種從設(shè)備，比如：EEPROM存儲器、溫濕度傳感器、角速度計等。I2C僅需兩根線就可以支持一主多從或者多主連接。智能儀器串行設(shè)備總線Inter-integratedCircuitI2C總線智能儀器串行設(shè)備總線IInter-integratedCircuitI2C總線I2C協(xié)議I2C協(xié)議把傳輸?shù)南⒎譃閮煞N類型的幀：一個地址幀——用于master指明消息發(fā)往哪個slave；一個或多個數(shù)據(jù)幀——由master發(fā)往slave的數(shù)據(jù)（或由slave發(fā)往master），每一幀是8-bit的數(shù)據(jù)。

地址幀數(shù)據(jù)幀智能儀器串行設(shè)備總線Inter-integratedCircuitI2C總線I2C協(xié)議I2C協(xié)議把傳輸?shù)南⒎譃閮煞N類型的幀：一個地址幀——用于master指明消息發(fā)往哪個slave；地址幀總是在一次通信的最開始出現(xiàn)。地址幀后面跟著1bit操作符，1--讀0--寫接下來的一個bit是NACK/ACK，當(dāng)這個幀中前面8bits發(fā)送完后，接收端的設(shè)備獲得SDA控制權(quán)，此時接收設(shè)備應(yīng)該在第9個時鐘脈沖之前回復(fù)一個ACK（將SDA拉低）以表示接收正常。智能儀器串行設(shè)備總線Inter-integratedCircuitI2C總線I2C協(xié)議I2C協(xié)議把傳輸?shù)南⒎譃閮煞N類型的幀：一個或多個數(shù)據(jù)幀——由master發(fā)往slave的數(shù)據(jù)（或由slave發(fā)往master），每一幀是8-bit的數(shù)據(jù)。

在地址幀發(fā)送之后，就可以開始傳輸數(shù)據(jù)了。Master繼續(xù)產(chǎn)生時鐘脈沖，而數(shù)據(jù)則由master（寫操作）或slave（讀操作）放到SDA上。每個數(shù)據(jù)幀8bits，數(shù)據(jù)幀的數(shù)量可以是任意的，直到產(chǎn)生停止條件。智能儀器串行設(shè)備總線Inter-integratedCircuitI2C總線I2C協(xié)議I2C協(xié)議把傳輸?shù)南⒎譃閮煞N類型的幀：一個或多個數(shù)據(jù)幀——由master發(fā)往slave的數(shù)據(jù)（或由slave發(fā)往master），每一幀是8-bit的數(shù)據(jù)。

每一幀數(shù)據(jù)傳輸（即每8-bit）之后，接收方就需要回復(fù)一個ACK或NACK（寫數(shù)據(jù)時由slave發(fā)送ACK，讀數(shù)據(jù)時由master發(fā)送ACK。當(dāng)master知道自己讀完最后一個byte數(shù)據(jù)時，可發(fā)送NACK然后接stopcondition）。智能儀器串行設(shè)備總線Inter-integratedCircuitI2C總線I2C數(shù)據(jù)傳送格式智能儀器通信技術(shù)Inter-integratedCircuitI2C總線I2C數(shù)據(jù)有效性I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。數(shù)據(jù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定允許數(shù)據(jù)變化智能儀器串行設(shè)備總線Inter-integratedCircuitI2C總線I2C起始和終止信號SCL線為高電平，SDA線由高電平向低電平變化---起始信號SDA線為高電平，SDA線由低電平向高電平變化---終止信號起始信號S終止信號P空閑智能儀器串行設(shè)備總線Inter-integratedCircuitI2C總線I2C重新開始信號主設(shè)備可以發(fā)起多個開始信號來完成數(shù)據(jù)的傳輸，只要不發(fā)停止信號，總線上的其他主設(shè)備就不能占據(jù)這條總線，有時候發(fā)送完一組數(shù)據(jù)后，希望重新發(fā)數(shù)據(jù)，所以就有了重復(fù)開始信號。重復(fù)的開始信號：SDA在SCL低電平時拉高，然后SCL拉高。智能儀器串行設(shè)備總線Inter-integratedCircuitI2C總線I2C總線仲裁應(yīng)用場合：同一總線上有多個Master同時訪問Slave仲裁方法：SDA數(shù)據(jù)線的線與結(jié)構(gòu)。只要有一個節(jié)點發(fā)送低電平時，總線上就表現(xiàn)為低電平。仲裁按每個SDA數(shù)據(jù)bit逐步進行。利用時鐘同步的SCL上升沿對SDA采樣DATA1和DATA2全程保持和SDA一致，則雙master正常訪問同一設(shè)備如果DATA1與SDA不一致，則DATA2獲得master主動權(quán)，且繼續(xù)完成相關(guān)操作，DATA1的master失去SDA控制。智能儀器串行設(shè)備總線AT89S51單片機與I2C總線器件的擴展接口電路智能儀器串行設(shè)備總線AT89S51單片機與I2C總線器件的擴展接口電路RP上拉電阻的選擇最小值取決于電源電壓、器件輸出級性能。例如：器件的電源5V，輸出級短路壓降0.4V，灌電流3mA，為保證將電平拉低，至少

此電阻與線路寄生電容一起會拖慢電平的升降沿，因此最大阻值取決于對傳輸速率、器件數(shù)量的要求(每個IO管腳的寄生電容約為10pF)的要求。例如：工作在標(biāo)準(zhǔn)速率100kbps還是最高速率3.4Mbps?一般要求總電容不大于400pF,這也決定了器件總數(shù)不超過40個。智能儀器串行設(shè)備總線AT89S51單片機與I2C