智能儀器技術(shù) 課件 11.12 串行設(shè)備總線(xiàn)

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(guò)移位寄存器轉(zhuǎn)換為串行位流發(fā)送給存儲(chǔ)器或外部設(shè)備（并轉(zhuǎn)串），或者按照特定的時(shí)鐘去采樣輸入引線(xiàn)，把引線(xiàn)上的串行位通過(guò)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(lèi)

串行設(shè)備總線(xiàn)：微處理器用于訪(fǎng)問(wèn)外部設(shè)備（外圍接口）的串行總線(xiàn)。主從結(jié)構(gòu)：master：微處理器，slave：設(shè)備典型設(shè)備：簡(jiǎn)單總線(xiàn)SPI,I2C；復(fù)雜總線(xiàn)：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(guò)移位寄存器轉(zhuǎn)換為串行位流發(fā)送給存儲(chǔ)器或外部設(shè)備（并轉(zhuǎn)串），或者按照特定的時(shí)鐘去采樣輸入引線(xiàn)，把引線(xiàn)上的串行位通過(guò)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(lèi)串行通信總線(xiàn)：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(xiàn)空閑，雙方可以像對(duì)方主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信：RS232，RS485網(wǎng)絡(luò)通信：CAN、以太網(wǎng)總線(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信：Zigbee，藍(lán)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(chēng)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(shuō)法正確的是（）同步通信，需要同步時(shí)鐘信號(hào)線(xiàn)，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(wú)時(shí)鐘信號(hào)線(xiàn)，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(jī)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(shí)，每一幀信息的開(kāi)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(yàn)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(xiàn)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(dá)到100MHz拓?fù)漕?lèi)型：?jiǎn)沃鳈C(jī)（master）+多從機(jī)（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(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)，從站不需要唯一地址。從機(jī)使用主機(jī)時(shí)鐘，不需要精密的時(shí)鐘振蕩器/晶振，無(wú)應(yīng)答機(jī)制。SPI總線(xiàn)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(chǎng)合。智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)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(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備控制/SS:從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制。1.一對(duì)多：SPI常規(guī)連接智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)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(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備控制/SS:從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制。2.一對(duì)多：菊花鏈連接下圖采用SPI哪種聯(lián)系方式最佳？一對(duì)多，常規(guī)連接菊花鏈連接AB提交單選題1分MOSI：主機(jī)輸出從機(jī)輸入SCK：時(shí)鐘線(xiàn)智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)MOSI：主機(jī)輸出從機(jī)輸入SCK：時(shí)鐘線(xiàn)智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)SPI四種通信模式根據(jù)時(shí)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(xiàn)SPI四種通信模式根據(jù)時(shí)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(shí)，對(duì)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(xiàn)SPI四種通信模式根據(jù)時(shí)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(xiàn)SPI四種通信模式根據(jù)時(shí)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(xiàn)SPI的時(shí)序SPI總線(xiàn)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(xiàn)SPI通訊的不足沒(méi)有硬件從機(jī)應(yīng)答信號(hào)（主機(jī)可能在不知道的情況下無(wú)處發(fā)送）通常僅支持一個(gè)主機(jī)設(shè)備需要更多的引腳沒(méi)有定義硬件級(jí)別的錯(cuò)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(xiàn)SPI代碼實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(jī)，相當(dāng)于SPI的MISO智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)SPI代碼實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(xiàn)SPI代碼實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(dòng)置于dataout上智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)SPI代碼實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展帶有SPI接口的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器TCL549①

前四個(gè)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(gè)IOClock下降沿開(kāi)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(xiàn)SPI代碼實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(jìn)入保持狀態(tài)并啟動(dòng)A/D開(kāi)始轉(zhuǎn)換。①CS保持高電平②I/oCLOCK保持36個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘的低電平。智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)SPI代碼實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(duì)本次轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)采樣并保持③

啟動(dòng)本次A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)SPI代碼實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制串行的8位A/D轉(zhuǎn)換器TLC549進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由電位計(jì)RV1提供TLC549模擬量輸入，通過(guò)調(diào)節(jié)RV上的+，-端，改變輸入電壓值。用P0口輸出控制8個(gè)發(fā)光二極管的亮和顯滅轉(zhuǎn)換結(jié)果的二進(jìn)制碼。智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)SPI代碼實(shí)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(xiàn)SPI代碼實(shí)現(xiàn)ucharTLC549_ADC(void){uchari,temp;sclk=0;cs=0;//時(shí)序圖，CS=0，I/Oclock=0_nop_();_nop_();//適當(dāng)延遲時(shí)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(rèn)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(wú)效for（i=17;i!=0;i--）//延時(shí)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(xiàn)Inter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)I2C是目前使用較多的一種總線(xiàn)，一般用于連接各種從設(shè)備，比如：EEPROM存儲(chǔ)器、溫濕度傳感器、角速度計(jì)等。串行同步半雙工通信SDA（數(shù)據(jù)）+SCL（時(shí)鐘）兩條信號(hào)線(xiàn)組成。SCL上升沿對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣主從結(jié)構(gòu)，支持多主多從（時(shí)鐘同步+總線(xiàn)仲裁）OD/OC輸出（標(biāo)準(zhǔn)/快速/高速），支持線(xiàn)與功能PUSH-Pull輸出（超快速5MBit/s）芯片輸入內(nèi)涵buffer（過(guò)濾尖峰脈沖）Cbus(總線(xiàn)負(fù)載電容)決定外接設(shè)備數(shù)量同一總線(xiàn)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(xiàn)Inter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)I2C是目前使用較多的一種總線(xiàn)，一般用于連接各種從設(shè)備，比如：EEPROM存儲(chǔ)器、溫濕度傳感器、角速度計(jì)等。I2C僅需兩根線(xiàn)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(xiàn)Inter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)IInter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)I2C協(xié)議I2C協(xié)議把傳輸?shù)南⒎譃閮煞N類(lèi)型的幀：一個(gè)地址幀——用于master指明消息發(fā)往哪個(gè)slave；一個(gè)或多個(gè)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(xiàn)Inter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)I2C協(xié)議I2C協(xié)議把傳輸?shù)南⒎譃閮煞N類(lèi)型的幀：一個(gè)地址幀——用于master指明消息發(fā)往哪個(gè)slave；地址幀總是在一次通信的最開(kāi)始出現(xiàn)。地址幀后面跟著1bit操作符，1--讀0--寫(xiě)接下來(lái)的一個(gè)bit是NACK/ACK，當(dāng)這個(gè)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(shí)接收設(shè)備應(yīng)該在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖之前回復(fù)一個(gè)ACK（將SDA拉低）以表示接收正常。智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)Inter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)I2C協(xié)議I2C協(xié)議把傳輸?shù)南⒎譃閮煞N類(lèi)型的幀：一個(gè)或多個(gè)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(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)了。Master繼續(xù)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，而數(shù)據(jù)則由master（寫(xiě)操作）或slave（讀操作）放到SDA上。每個(gè)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(xiàn)Inter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)I2C協(xié)議I2C協(xié)議把傳輸?shù)南⒎譃閮煞N類(lèi)型的幀：一個(gè)或多個(gè)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(gè)ACK或NACK（寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)由slave發(fā)送ACK，讀數(shù)據(jù)時(shí)由master發(fā)送ACK。當(dāng)master知道自己讀完最后一個(gè)byte數(shù)據(jù)時(shí)，可發(fā)送NACK然后接stopcondition）。智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)Inter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)I2C數(shù)據(jù)傳送格式智能儀器通信技術(shù)Inter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)I2C數(shù)據(jù)有效性I2C總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線(xiàn)上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線(xiàn)上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線(xiàn)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(xiàn)Inter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)I2C起始和終止信號(hào)SCL線(xiàn)為高電平，SDA線(xiàn)由高電平向低電平變化---起始信號(hào)SDA線(xiàn)為高電平，SDA線(xiàn)由低電平向高電平變化---終止信號(hào)起始信號(hào)S終止信號(hào)P空閑智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)Inter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)I2C重新開(kāi)始信號(hào)主設(shè)備可以發(fā)起多個(gè)開(kāi)始信號(hào)來(lái)完成數(shù)據(jù)的傳輸，只要不發(fā)停止信號(hào)，總線(xiàn)上的其他主設(shè)備就不能占據(jù)這條總線(xiàn)，有時(shí)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(kāi)始信號(hào)。重復(fù)的開(kāi)始信號(hào)：SDA在SCL低電平時(shí)拉高，然后SCL拉高。智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)Inter-integratedCircuitI2C總線(xiàn)I2C總線(xiàn)仲裁應(yīng)用場(chǎng)合：同一總線(xiàn)上有多個(gè)Master同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)Slave仲裁方法：SDA數(shù)據(jù)線(xiàn)的線(xiàn)與結(jié)構(gòu)。只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送低電平時(shí)，總線(xiàn)上就表現(xiàn)為低電平。仲裁按每個(gè)SDA數(shù)據(jù)bit逐步進(jìn)行。利用時(shí)鐘同步的SCL上升沿對(duì)SDA采樣DATA1和DATA2全程保持和SDA一致，則雙master正常訪(fǎng)問(wèn)同一設(shè)備如果DATA1與SDA不一致，則DATA2獲得master主動(dòng)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(xiàn)AT89S51單片機(jī)與I2C總線(xiàn)器件的擴(kuò)展接口電路智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)AT89S51單片機(jī)與I2C總線(xiàn)器件的擴(kuò)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(jí)性能。例如：器件的電源5V，輸出級(jí)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(xiàn)路寄生電容一起會(huì)拖慢電平的升降沿，因此最大阻值取決于對(duì)傳輸速率、器件數(shù)量的要求(每個(gè)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(guò)40個(gè)。智能儀器串行設(shè)備總線(xiàn)AT89S51單片機(jī)與I2C