常見串行總線課件

第十三章常見串行總線河工科技甕嘉民制作單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件第十三章常見串行總線單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件第十三章常見串行總線第三節(jié)單總線溫度傳感器DS18B20第二節(jié)SPI總線及其應(yīng)用第一節(jié)IC總線及其應(yīng)用2本章主要講述了I2C、SPI和單總線三種單片機串行接口總線及其典型芯片24C02、DS1302和DS18B20的應(yīng)用。單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件第十三章常見串行總線第三節(jié)單總線溫度傳感器DS18B一、I2C總線簡介第一節(jié)IC總線及其應(yīng)用I2C總線是由PHILIPS公司開發(fā)一種簡單、雙向二線制同步串行總線。1．I2C總線的主要特點（1）總線只有兩根線，即串行時鐘線（SCL）和串行數(shù)據(jù)線（SDA。（2）每個連接到總線上的都有一個用于識別的器件地址，器件地址由芯片內(nèi)部硬件電路和外部地址引腳同時決定，避免了片選線的連接方法，并建立簡單的主從關(guān)系，每個器件既可以作為發(fā)送器，又可以作為接收器。（3）同步時鐘允許器件以不同的波特率進行通信。（4）同步時鐘可以作為停止或重新啟動串行口發(fā)送的握手信號。（5）串行的數(shù)據(jù)傳輸位速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達100kbps，快速模式下可達400kbps，高速模式下可達3.4Mbps。2單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件第一節(jié)IC總線及其應(yīng)用I2C總線是由PHILIPS公2．IC總線的基本結(jié)構(gòu)圖13-1I2C總線的基本結(jié)構(gòu)2單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件2．IC總線的基本結(jié)構(gòu)圖13-1I2C總線的基本結(jié)構(gòu)3.IC總線信息傳送2圖13-2I2C總線信息傳送圖開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。開始信號和結(jié)束信號之間傳送的是信息，信息的字節(jié)數(shù)沒有限制，但每個字節(jié)必須為8位，高位在前，低位在后。數(shù)據(jù)線SDA上每一位信息狀態(tài)的改變只能發(fā)生在時鐘線SCL為低電平的期間

單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件3.IC總線信息傳送2圖13-2I2C總線信息傳器件地址碼格式

D7D6D5D4D3D2D1D0器件類型碼片選R/WI2C總線器件AT24CXX系列器件的地址為1010

4.I2C總線讀、寫操作（1）當(dāng)前地址讀（2）指定單元讀（3）指定單元寫單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件器件地址碼格式D7D6D5D4D3D2D1D0器件類型碼片二、AT24C02存儲器的軟硬件設(shè)計1.AT24C02簡介AT24C02是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它內(nèi)含256×8位存儲空間

圖13-3AT24C02SCL：串行時鐘線。這是一個輸入管腳，用于形成器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。SDA：串行數(shù)據(jù)/地址線。它是一個雙向傳輸線，用于傳送地址和所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。它是一個漏極開路端，因此要求接一個上拉電阻到Vcc端（速率為100KHz時電阻為10K，400KHz時為1K）。對于一般的數(shù)據(jù)傳輸，僅在SCL為低電平期間SDA才允許變化。SCL為高電平期間，留給開始信號（START）和停止信號（STOP）。A0、A1、A2：器件地址輸入端。這些輸入端用于多個器件級聯(lián)時設(shè)置器件地址，當(dāng)這些腳懸空時默認(rèn)值為0（CAT24WC01除外）。WP：寫保護。如果WP管腳連接到VCC，所有的內(nèi)容都被寫保護（只能讀）。當(dāng)WP管腳連接到VSS或懸空，允許對器件進行正常的讀/寫操作。VCC：電源線。VSS：地線。

單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件二、AT24C02存儲器的軟硬件設(shè)計1.AT24C02簡介2.AT24C02寫操作（1）字節(jié)寫（2）頁寫圖13-5頁寫時序單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件2.AT24C02寫操作（2）頁寫圖13-5頁寫時序單片（3）應(yīng)答查詢?nèi)绻鸄T24C02/04/08/16正在進行內(nèi)部寫操作，不會發(fā)送應(yīng)答信號。如果AT24C02/04/08/16已經(jīng)完成了內(nèi)部自寫周期，將發(fā)送一個應(yīng)答信號，主器件可以繼續(xù)進行下一次讀寫操作。（4）寫保護當(dāng)WP管腳接高電平時，整個寄存器區(qū)全部被保護起來而變?yōu)橹豢勺x取。3.AT24C02讀操作（1）立即地址讀

單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件（3）應(yīng)答查詢3.AT24C02讀操作（1）立即地址讀單（2)選擇讀

（3）連續(xù)讀。

圖13-7選擇讀時序單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件（2)選擇讀（3）連續(xù)讀。圖13-7選擇讀時序單片微機4.24C02應(yīng)用舉例例13.1

利用單片機將數(shù)據(jù)串“0x7e,0xbd,0xdb,0xe7,0xdb,0xbd,0x7e,0xff”寫入AT24C02，然后依次將其讀出并送P0口和P2進行顯示。試用C語言編寫程序，并用Proteus仿真。解：

硬件仿真設(shè)計如圖13-9所示，其所需元件如表13-1所列。圖13-9AT24C02讀寫原理圖和仿真效果圖單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件4.24C02應(yīng)用舉例圖13-9AT24C02讀寫原理圖一、SPI總線簡介SPI總線又稱為同步串行外設(shè)接口，是一種符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、全雙工、三線或四線通信方式的總線系統(tǒng)。它允許MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進行通信。在SPI接口中，數(shù)據(jù)的傳輸需要一條時鐘線，一條數(shù)據(jù)線和一條控制線（有些芯片需要兩條控制線）。SPI可以工作在主模式下或從模式下。在主模式下每位數(shù)據(jù)發(fā)送/接收需要一個時鐘周期。第二節(jié)SPI總線及其應(yīng)用二、DS1302實時時鐘芯片 1．DS1302的主要性能指標(biāo)（1）DS1302實時時鐘具有能計算2100年之前的秒、分、時、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力。（2）內(nèi)部含有31個字節(jié)靜態(tài)RAM，可提供用戶訪問。（3）采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，使得管腳數(shù)量最少，簡單3線接口。（4）工作電壓范圍寬：2.0～5.5V。（5）工作電流：2.0V時，小于300nA。（6）時鐘或RAM數(shù)據(jù)的讀/寫有兩種傳送方式：單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送方式。（7）采用8腳DIP封裝或SOIC封裝。（8）與TTL兼容，Vcc=5V。單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件一、SPI總線簡介第二節(jié)SPI總線及其應(yīng)用二、DS130（9）可選工業(yè)級溫度范圍：-40C～+85C。（10）具有涓流充電能力。（11）采用主電源和備份電源雙電源供應(yīng)。（12）備份電源可由電池或大容量電容實現(xiàn)。2．引腳功能DS1302的引腳如圖13-10所示。其中：X1、X2：32.768KHz晶振接入引腳。GND：地。RST：復(fù)位引腳，低電平有效。I/O：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，具有三態(tài)功能。SCLK：串行時鐘輸入引腳。Vcc1：工作電源引腳。Vcc2：備用電源引腳。圖13-10DS1302引腳圖3．DS1302的寄存器及片內(nèi)RAMDS1302有一個控制寄存器、12個日歷、時鐘寄存器和31個RAM。（1）控制寄存器單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件（9）可選工業(yè)級溫度范圍：-40C～+85C。2．引腳功表13-2日歷、時鐘寄存器的選擇單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件表13-2日歷、時鐘寄存器的選擇單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課（2）日歷、時鐘寄存器表13-3日歷、時鐘寄存器的格式DS1302共有12個寄存器，其中有7個與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)為BCD碼形式。

單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件（2）日歷、時鐘寄存器表13-3日歷、時鐘寄存器的格式DS①數(shù)據(jù)都以BCD碼形式。②小時寄存器的D7位為12小時制/24小時制的選擇位，當(dāng)為1時選12小時制，當(dāng)為0時選24小時制。當(dāng)12小時制時，D5位為1是上午，D5位為0是下午，D4為小時的十位。當(dāng)24小時制時，D5、D4位為小時的十位。③秒寄存器中的CH位為時鐘暫停位，當(dāng)為1時鐘暫停，為0時鐘開始啟動。④寫保護寄存器中的WP為寫保護位，當(dāng)WP=1，寫保護，當(dāng)WP=0未寫保護，當(dāng)對日歷、時鐘寄存器或片內(nèi)RAM進行寫時WP應(yīng)清零，當(dāng)對日歷、時鐘寄存器或片內(nèi)RAM進行讀時WP一般置1。⑤慢充電寄存器的TCS位為控制慢充電的選擇，當(dāng)它為1010才能使慢充電工作。DS為二極管選擇位。DS為01選擇一個二極管，DS為10選擇二個二極管，DS為11或00充電器被禁止，與TCS無關(guān)。RS用于選擇連接在VCC2與VCC1之間的電阻，RS為00，充電器被禁止，與TCS無關(guān)，電阻選擇情況見表.13-4所列。表13-4RS對電阻的選擇RS位電阻器阻值00無無01R12K10R24K11R38K單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件①數(shù)據(jù)都以BCD碼形式。表13-4RS對電阻的選擇RS位（3）片內(nèi)RAMDS1302片內(nèi)有31個RAM單元，對片內(nèi)RAM的操作有兩種方式：單字節(jié)方式和多字節(jié)方式。當(dāng)控制命令字為C0H~FDH時為單字節(jié)讀寫方式，命令字中的D5~D1用于選擇對應(yīng)的RAM單元，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。當(dāng)控制命令字為FEH、FFH時為多字節(jié)操作（表13-2中的RAM突發(fā)模式），多字節(jié)操作可一次把所有的RAM單元內(nèi)容進行讀寫。FEH為寫操作，F(xiàn)FH為讀操作。（4）DS1302的輸入輸出過程DS1302通過引腳驅(qū)動輸入輸出過程，當(dāng)置高電平啟動輸入輸出過程，在SCLK時鐘的控制下，首先把控制命令字寫入DS1302的控制寄存器，其次根據(jù)寫入的控制命令字，依次讀寫內(nèi)部寄存器或片內(nèi)RAM單元的數(shù)據(jù)，對于日歷、時鐘寄存器，根據(jù)控制命令字，一次可以讀寫一個日歷、時鐘寄存器，也可以一次讀寫8個字節(jié)，對所有的日歷、時鐘寄存器（表13-2中的時鐘突發(fā)模式），寫的控制命令字為0BEH，讀的控制命令字為0BFH；對于片內(nèi)RAM單元，根據(jù)控制命令字，一次可讀寫一個字節(jié)，一次也可讀寫31個字節(jié)。當(dāng)數(shù)據(jù)讀寫完后，變?yōu)榈碗娖浇Y(jié)束輸入輸出過程。無論是命令字還是數(shù)據(jù)，一個字節(jié)傳送時都是低位在前，高位在后，每一位的讀寫發(fā)生在時鐘的上升沿。

單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件（3）片內(nèi)RAM（4）DS1302的輸入輸出過程引4.DS1302應(yīng)用舉例例13.2

利用DS1302設(shè)計一個數(shù)字時鐘，通過8位共陽數(shù)碼管將時分秒顯示出來。試用C語言編寫程序，并用Proteus仿真。解：硬件仿真設(shè)計如圖13-11所示，其所需元件如表13-5所列。圖13-11DS1302數(shù)字時鐘原理圖和仿真效果圖單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件4.DS1302應(yīng)用舉例圖13-11DS1302數(shù)字時鐘第三節(jié)單總線溫度傳感器DS18B20一、DS18B20簡介DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件

1．DS18B20產(chǎn)品的特點（1）只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。（2）在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。（3）實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。（4）測量溫度范圍在－55。C到＋125。C之間。（5）數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。（6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。

單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件第三節(jié)單總線溫度傳感器DS18B20一、DS18B20簡2．DS18B20的引腳介紹圖13-12DS18B20各種封裝引腳圖表13-6DS18B20詳細引腳功能描述引腳名稱引腳功能描述GND地信號DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件2．DS18B20的引腳介紹圖13-12DS18B20各3．DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖13-13DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)MSBLSB單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件3．DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖13-13DS18B20內(nèi)表13-7配置寄存器與分辨率關(guān)系表R0R1溫度計分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時間/ms00993.750110187.510113751112750高速暫存器是一個9字節(jié)的存儲器，分配如下：單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件表13-7配置寄存器與分辨率關(guān)系表R0R1溫度計分辨率/b單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件4．DS18B20的使用方法（1）DS18B20復(fù)位時序圖13-14DS18B20的復(fù)位時序單片微機原理及應(yīng)用》教學(xué)課件4．D