第4章总线接口9、10

第4章总线接口设计含义：总线就是一组线的集合，使计算机系统内部的各部件之间以及外部的各系统之间建立信号联系，进行数据传递和通信。总线（BUS）特点：规定了各引线的信号、时序、电气和机械特性；为计算机系统内部各部件、各模块之间或计算机各系统之间提供了标准的公共信息通路。思考：总线应用实例？按照总线内部信息传输的性质，总线可分为：数据总线：DB用于传送数据信息；地址总线：AB是专门用来传送地址；控制总线：CB控制总线包括控制、时序和中断信号线；4.1I2C总线I2C总线：一根数据线SDA，另一根时钟线SCL。1、结构2、I2C总线的4种操作模式：①主发送器模式——输出时钟信号SCL，发送数据；②主接收器模式——输出时钟信号SCL，接收数据；③从发送器模式——输入时钟信号SCL，发送数据；④从接收器模式——输入时钟信号SCL，接收数据。MPU器件SCLSDAMPU器件SCLSDA主机主机从机从机1）起始信号和终止信号3、I2C总线协议起始信号（S）：SCL线为高电平期间，SDA线由高电平变为低电平；终止信号（P）：SCL线为高电平期间，SDA线由低电平变为高电平。2）数据传送格式字节传送：每一个字节必须保证是8位长度；数据传送时，先传送最高位（MSB）。应答信号为低电平应答位：在SCL高电平期间，从机SDA保持低电平；每一个被传送的字节后面都必须跟随1位应答位(共有9位)。数据位的有效性规定

I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。例题1、根据I2C总线信号，写出传输的数据。例题2、传输的数据为0xB6，画出I2C总线信号。思考：主机MCU如何往从机DeviceC发送数据？主机MCU如何从从机DeviceA接收数据？0102033）数据帧内容格式广义传送的数据信号是地址信号或者数据信号。在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第0位是数据的传送方向位（R/W）：用“0”表示主机发送数据（W）；用“1”表示主机接收数据（R）。A、主机向从机发送数据有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分表示数据由从机向主机传送。A表示应答，/A表示非应答（高电平）。S表示起始信号，P表示终止信号。主机：提供时钟信号；从机：接收时钟信号。B、主机在第一个字节(寻址字节)后，立即由从机读数据。首先，主机发送寻址字节，从机产生响应后，主机由发送变成接收，从机由接收变成发送。然后，数据由从机发送、主机接收，每个应答由主机产生。若主机要终止本次传输，则发送一个非应答信号(A)，接着主机产生停止条件。例题3、要求主机发送给从机0x02，数据0x5B，设计数据帧内容。0x020x5B例题4、要求主机接收从机0x20，数据0x5B、0x28，0xA2，设计数据帧内容。0x200x5B0x280xA24、I2C接口电路1）电路从机主机2）微处理器的I2C总线结构图IICCON（I2C总线控制寄存器）功能位描述初始状态ACK使能[7]0：禁止产生ACK信号；1：允许产生ACK信号0Tx时钟源选择[6]0：IICCLK＝fPCLK／16；1：IICCLK＝fPCLK／5120Tx/Rx中断使能[5]0：禁止Tx/Rx中断；1：使能Tx/Rx中断0中断标记清除/置位[4]写0：清除中断标志并重新启动写操作；读1：中断标志置位0确定发送时钟频率[3：0]设置I2C总线发送时钟前置分频器，Tx时钟=IICCLK/（IICCON[3:0]+1）未定义IICSTAT（I2C总线控制/状态寄存器）功能位描述初始状态模式选择[7：6]IIC总线主／从Tx/Rx模式选择位00：从接收模式；01：主接收模式；10：从发送模式；11：主发送模式0忙信号状态／启动/停止条件[5]读0：I2C总线不忙；写0：产生I2C总线停止信号；读1：I2C总线忙；写1：产生I2C总线启动信号0串行输出使能[4]0：禁止Tx/Rx信号传输；1：使能Tx/Rx信号传输0功能位描述初始状态仲裁状态标志[3]0：总线仲裁成功；1：总线仲裁不成功0从设备状态标志与地址[2]作为从设备时，0：当检测到启动或停止信号时清零；1：接收到的从地址与在IICADD中的匹配0零地址状态标志[1]作为从设备时，0：当检测到启动或停止信号时清零；1：接收到从地址为00000000b

0接收到的最后数据位状态标志[0]0：接收到最后数据位后，接收到ACK应答信号；1：接收到最后数据位后，没有接收到ACK应答信号0IICSTAT（I2C总线控制/状态寄存器）IICDS（移位数据寄存器）功能位描述初始状态数据移位[7：0]I2C总线发送／接收操作的8bit数据移位寄存器。当在IICSTAT中的串行输出使能（=1）时，IICDS写使能。任何时候都可以对IICDS的值进行读操作xxxxxxxx3）程序流程图（主发送模式）寄存器初始化发送数据结束对IIC接口初始化voidIIC_Init（unsignedcharch）｛rPCONF=（rPCONF&0xFFFFFFF0）|0xa；//PF0：SCL，PF1：SDArPUP|=0x3;//上拉禁止rIICCON=（1<<7）|（0<<6）|（1<<5）|（0xf）;//使能中断

rIICADD=0x10；

rIICSTAT=0x10；｝IIC写操作①_iicMode=WRDATA；iic_buffer[0]=addr;iic_buffer[1]=data;iic_data_tx_size=2;②rIICDS=slvAddr；

rIICSTAT=0xf0；③

while(iic_data_tx_size!=-1){Run_IicPoll();}IIC轮询函数voidRun_IicPoll(void){if(rIICCON&0x10)IicPoll()；}voidIicPoll(void)；{switch(_iicMode){caseWRDATA:if（（iic_data_tx_size--）==0）{rIICSTAT=0xd0；rIICCON=0xaf;Delay(1);break;}rIICDS=iic_buffer[_iicPt++];Delay(1);rIICCON=0xaf;break;}4.2USB总线（UniversalSerialBus，通用串行总线）USB是由Compaq、HP、Intel、Lucent、Microsoft、NEC和Philips等公司制定的连接计算机与外围设备的总线。USB总线应用范围：U盘、数码相机、手机1、USB总线的主要特点（1）热即插即用——带电插入或拔出，自动配置USB设备。（2）系统级联最多可连接127个设备。（3）同时支持不同速率的设备。低速1.5Mbps，全速12Mbps，高速480Mbps。（4）较强的纠错能力。（5）总线供电。

USB总线提供5V电压/100mA电流，最大500mA的电流。2、机械、电气特性1）外形A型B型2）信号线连接序号信号名称典型连接线1VBUS（USB电源）红2D+（正差分信号）白3D-（负差分信号)绿4GND(USB地)黑外层屏蔽层—3）电信号USB的数据信号线是差分驱动的。D+、D-线信号特性：高电平：VD+－VD-＞200mV，VD+＞2.0V；低电平：VD-－VD+＞200mV，VD-＞2.0V。D+、D-线数据特性：NRZI（不归零反向码）逻辑0：D+、D-线上电平高、低间跳变；逻辑1：D+、D-线上电平不变。※例题5、画出不归零反向码信号。例题6、算出不归零反向码数据。全速：USB设备在D+上加3.0—3.6V电压低速：USB设备在D-上加3.0—3.6V电压3、USB的传输方式4种方式：批量传输、中断传输、等时传输、控制传输。

※1）控制传输当USB设备初次安装时，USB系统软件对USB设备进行分配地址等设置，数据传送是无损性的。例如，USB设备初次安装。2）中断传输中断数据是少量的数据组成，且延迟时间有限制。当设备需要主机为其服务时，向主机发送信息通知主机。例如，键盘、鼠标。3）批量传输批量数据是由大量的数据组成，连续传输。在数据包的传输过程中，出现错误，则需重新传输。例如，打印机、扫描仪、USB硬盘。4）等时传输（同步传输）等时传输，可以单向也可以双向，用于传输连续、实时的数据。要求传输速率固定，时间性强，忽略传输错误，即传输中出错也不重传。例如，USB接口的摄像头。4、USB系统结构USB系统包括USB设备、USB主机和USB互连3部分。（1）USB设备

USB设备分为Hub（集线器）和Function（功能设备）；集线器提供更多的连接点；功能设备发送和接收USB数据、实现某种功能。（2）USB主机包含USB主控制器，完成与USB设备之间数据传输的设备；管理整个USB总线的所有信息。（3）USB互联

USB互连指的是USB设备与主机的连接和通信方式。包括总线拓扑结构、数据传输模型和USB调度表。USB设备连接成一个层叠的星型拓扑结构；Hub是每个星型的中心；USB拓扑结构最多能有7层（包括根层）。HOSTHUB1HUB2FUN1HUB3FUN2FUN3HUB4HUB5HUB6USB系统星型拓扑结构思考：

嵌入式主机如何往U盘传递数据呢？5、USB的数据传输过程(例如，主机发送数据过程)主机应用软件USB总线驱动程序USB主控制器驱动程序主控制器（硬件）USB设备发送I/O请求包。把I/O请求包分成数个事务处理。把数个事务处理合成一帧。把事务处理以信息包形式发送USB总线。USB设备接收数据。USB主机事务处理：一次接收或发送数据信息的处理过程。例如：输出事务处理向USB设备发送数据。输出事务处理（例如，主机发送数据过程)包括①输出令牌包：通知USB设备准备接收数据；②输出数据包：发送的数据；③握手包：报告事务处理过程中接收方的状态。帧：例如，数据长度为12000bit为一帧。USB数据包结构同步字段（SYNC）包标示符字段（PID）数据字段CRC字段包结尾字段（EOP）SYNC字段：USB主机和设备传输率同步；PID字段：数据包的类型，例如数据包、令牌包；数据字段：传输的数据；CRC字段：对传输的数据进行错误保护；EOP字段：包结尾的信号。思考：USB鼠标如何工作？

6、USB鼠标的工作过程2）USB鼠标初次插入时，USB主机以控制传输方式检测鼠标设备，配置地址、传输速率并管理鼠标等。1）USB总线是一种轮流查询方式的总线。3）USB鼠标动作时，以中断传输方式给USB主机发送信息。4）以数据包、事务处理方式传输数据信息。5）USB主机响应USB鼠标送来的信息，然后处理。7、USB的接口电路S3C2410A提供2个USB主机（Host），1个USB设备（Slave）8、U盘实物图4.3SPI总线（SerialPeripheralInterface，串行外围设备接口）SPI总线是由Motorola公司开发的接口总线，主要用在微控制器和外围设备芯片之间进行连接。SPI接口应用：连接存储器、A/D转换器、实时时钟日历等。1、SPI总线有4根信号线：MOSI:主器件数据输