第8章80C51的串行总线扩展

2023/2/51第8章80C51的串行总线扩展I2C总线及其扩展8.1SPI总线接口及其扩展8.2串行时钟日历芯片DS1302及其接口8.38.0单总线及其扩展8.0单总线及扩展单总线接口简介单总线（1-Wirebus）是由DALLAS公司推出的外围串行扩展总线。它只有一条数据输入/输出线DQ，总线上的所有器件都挂在DQ上，电源也通过这条信号线供给，这种使用一条信号线的串行扩展技术，称为单总线技术。各种器件，由DALLAS公司提供的专用芯片实现。每个芯片都有64位ROM，厂家对每一个芯片用激光烧写编码，其中存有16位十进制编码序列号，它是器件的地址编号，确保它挂在总线上后，可以唯一被确定。除了器件的地址编码外，芯片内还包含收发控制和电源存储电路，如图所示。2023/2/538.1

I2C总线接口及其扩展有两根双向信号线：数据线SDA和时钟线SCL

I2C总线架构8.1.1I2C总线基础2023/2/54

I2C总线的特点采用2线制

器件引脚少，器件间连接简单，电路板体积减小，可靠性提高。

传输速率高标准模式：100Kb/s，快速模式：400Kb/s，高速模式：3.4Mb/s。支持主/从和多主两种工作方式标准型80C51没有I2C总线接口，只能工作于单主方式（扩展外围从器件）。

它可以使具有I2C总线的单片机（如PHILIPS公司的8xC552）直接与具有I2C总线接口的各种扩展器件（如存储器、I/O口、A/D、D/A、键盘、显示器、日历/时钟）连接。对不带有I2C接口的单片机（如89C51）可采用普通的I/O口结合软件模拟I2C串行接口总线时序的方法，完成I2C总线的串行接口功能。I2C的运行由主器件控制，主器件是指启动数据的发送（发出起始信号）、发出时钟信号、传送结束时发出终止信号的器件。主器件可以具有I2C总线接口，也可以不带I2C总线接口。从器件可以是存储器、LED或LCD驱动器、A/D或D/A转换器、时钟/日历器件等，从器件必须带有I2C总线接口。I2C串行总线的SDA和SCL是双向的，带有I2C总线接口的器件的输出端为漏级开路，故必须通过上拉电阻接正电源。总线空闲时，两条线均为高电平。由于连接到总线上的器件的输出级必须是漏级或集电极开路的，只要有一个器件输出低电平，都将使总线上的信号变低。SCL线上的时钟信号对SDA线上的各器件间的数据传输起同步控制作用。SDA线上的数据起始、终止及数据的有效性均要根据SDA线上的时钟信号来判断。2023/2/56

I2C总线的数据传输传输时序图

起始信号S终止信号P2023/2/57字节传送与应答

寻址字节

位：D7D6D5D4D3D2D1D0器件地址R/W注：传送8位数据先高后低，外加一位应答位。2023/2/58器件地址表器件型号字节容量寻址字节内部地址字节数页面写字节数最多可挂器件数固定标识片选R/WAT24C01A1281010A2A1A01/0188AT24C02256A2A1A01/088AT24C04512A2A1P01/0164AT24C08A1KA2P1P01/0162AT24C16A2KP2P1P01/0161AT24C32A4KA2A1A01/02328AT24C64A8KA2A1A01/0328AT24C128B16KA2A1A01/0648AT24C256B32KA2A1A01/0648AT24C512B64KA2A1A01/012882023/2/59

I2C总线典型信号时序模拟8.1.280C51的I2C总线时序模拟2023/2/510

I2C总线典型信号模拟子程序

起始信号STA:SETBSDASETBSCLNOPNOPCLRSDANOPNOPCLRSCLRET

终止信号STP:CLRSDASETBSCLNOPNOPSETBSDANOPNOPCLRSDARET发应答位“0”ASK:CLRSDASETBSCLNOPNOPCLRSCLSETBSDARET发非应答位“1”NAS:SETBSDASETBSCLNOPNOPCLRSCLCLRSDARET2023/2/5118.1.380C51与AT24C02的接口AT24C02为串行E2PROM存储器。体积小、功耗低、占用I/O口线少，性能价格比高。WP：写保护控制端，接地时允许写入。2023/2/512写操作过程单片机发送起始信号S单片机发送控制字节，释放SDA线（并在SCL线上产生第9个时钟信号）

被选中的器件确认是自己的地址后，在SDA线产生应答信号单片机发送1字节预写入存储区首地址被选中器件产生应答---单片机发出停止信号P被选中器件进入写周期（10ms内结束）2023/2/513读操作过程单片机发送起始信号S单片机发送控制字节（伪写），释放SDA线（并在SCL线上产生第9个时钟信号）

被选中的器件确认是自己的地址后，在SDA线产生应答信号单片机发送1字节预读出存储区首地址被选中器件产生应答单片机再发一次起始信号S和读控制字节被选中器件产生应答

单片机读数据、恢复应答

最后字节读完、发非应答、发停止信号P2023/2/514基本操作子程序1.应答位检查（正常操作时F0标志为“0”，否则为“1”）ASKC:SETBSDASETBSCLCLRF0;预设F0=0MOVC,SDAJNCEXIT;应答正常SETBF0;应答不正常EXIT:CLRSCLRET2.发送一个字节（先将欲发送的数据送入A中）WRB:MOVR0,#8；8位数据长度送R0中WLP:RLCA；A左移，发送位进入C中MOVSDA,C；将发送位送入SDASETBSCL；设置SCL,使SDA上数据有效NOPNOPCLRSCLDJNZR0,WLPRET

2023/2/5153.读一个字节（由E2PROM）读取的一个字节数据存于R2或A中RDB:MOVR0,#8;8位数据长度送R0RLP:SETBSDA；设SDA为输入方式SETBSCL；使SDA有效MOVC,SDA；读入SDA引脚状态MOVA,R2RLCAMOVR2,ACLRSCLDJNZR0,RLP

RETJBF0,WRNBINCR1DJNZSNUM,WLPACALLSTPRET4.发送n个字节（向E2PROM）入口条件：R1发送缓冲区首址SNUM发送字节数SLAW写寻址字节WRNB:ACALLSTAMOVA,SLAWACALLWRBACALLASKCJBF0,WRNBWLP:MOVA,@R1ACALLWRBACALLASKC

2023/2/5165.读取n个字节（由E2PROM）入口条件：R1发送缓冲区首址RNUM接收字节数SLAR读寻址字节RDNB:ACALLSTAMOVA,SLARACALLWRBACALLASKCJBF0,RDNBRNLP:ACALLRDB;MOV@R1,ADJNZRNUM,FASK

ACALLNASACALLSTPRETFASK:ACALLASKINCR1SJMPRNLP2023/2/517【例8－1】接口电路如前图所示。编程实现向AT24C02的50H-57H单元写入00H,11H,…,77H共8个数据。SDAEQUP1.7SCLEQUP1.6SNUMEQU40HSLAWEQU41HORG0000HAJMPMAINORG0040HMAIN:MOVSP,#5FH

ACALLLDATA；数据初始化MOVSLAW,#0A0H

MOVSNUM,#9MOVR1,#50HACALLWRNBSJMP$LDATA:MOVR0,#30HMOV@R0,#50H

INCR0MOV@R0,#00HINCR0MOV@R0,#11HINCR0MOV@R0,#22H应用程序示例INCR0MOV@R0,#33HINCR0MOV@R0,#44HINCR0MOV@R0,#55HINCR0MOV@R0,#66HINCR0MOV@R0,#77HINCR0RETEND2023/2/518【例8－2】接口电路如前图所示。编程实现从AT24C02的50H-57H单元读出8个字节数据，并将其存入内部RAM的40H-47H单元。SDAEQUP1.7SCLEQUP1.6SNUMEQU4AHSLAWEQU4BHRNUMEQU4CHSLAREQU4DHORG0000HAJMPMAINORG0040HMAIN:MOVSP,#5FHMOVR1,#50HMOVSLAW#0A0HMOVSNUM,#1

ACALLWRNB;伪写MOVSLAR,#0A1H；设控制字MOVRNUM,#8MOVR1,#40HACALLRDNBSJMP$END2023/2/5198.2

SPI总线接口及其扩展8.2.1单片机扩展SPI总线的系统结构用于E2PROM、A/D、D/A、实时时钟等。单片机可模拟SPI时序。对于80C51，常采用“主MCU+多个从器件”的主从模式。

4个引脚2023/2/5208.2.2单片机SPI总线的时序模拟单片机读（从器件输出）时，在选通有效的情况下，SCK的下降沿时从器件将数据放在MISO线上，单片机延时并采样MISO线，将数据位读入。然后将SCK置为高电平形成上升沿，数据被锁存。单片机写（从器件输入）操作类似。2023/2/521【例8-3】单片机与具有SPI总线接口的E2PROM器件X25F008的接口电路如图所示。定义单片机引脚如下：MOSIEQUP1.0SCKEQUP1.1SSEQUP1.2MISOEQUP1.3单片机读子程序（读取字节在R0中）SPIRD:SETBSCKCLRSSMOVR1,#8RLP:CLRSCKNOPNOPMOVC,MISORLCASETBSCKDJNZR1,RLPMOVR0,ARET2023/2/522单片机写子程序（发送字节在R0中）SPIWR:SETBSCKCLRSSMOVR1,#8MOVA,R0WLP:CLRSCKNOPNOPRLCAMOVMOSI,CSETBSCKDJNZR1,WLPRET2023/2/523主要性能8.3串行时钟日历芯片DS1302及其接口DS1302，含有实时时钟/日历和31字节静态RAM

8.3.1DS1302的性能与引脚计算2100年之前的秒、分、时、日、星期、月和年，能进行闰年调整；31字节数据RAM；引脚与TTL兼容；工作电流小于300nA，有备份电源和涓流充电能力。2023/2/524引脚定义

I/O：数据输入/输出引脚

SCLK：串行时钟输入引脚

RST复位引脚

GND：接地引脚

Vcc1、Vcc2：工作电源、备份电源引脚

X1、X2：晶振接入管脚。晶振频率为32.768KHz。2023/2/525命令字格式8.3.2DS1302的操作位：D7D6D5D4D3D2D1D01R/CA4A3A2A1A0R/W

D7位：固定为1R/C位：为0时选择操作时钟，为1时选择操作RAM

A4A3A2A1A0:操作地址

R/W位：为0时进行写操作，为1时进行读操作2023/2/526单字节操作写操作

读操作

2023/2/527多字节操作（突发模式）

每次写入或读出8个字节时钟日历数据或31个字节RAM数据。与单字节时相似，仅需将A0～A4换成“11111”。2023/2/5288.3.3DS1302的寄存器及RAM日历时钟相关寄存器寄存器名命令字节范围位内容读写D7D6D5D4D3D2D1D0秒80H81H00～59CH秒的十位秒的个位分82H83H00～590分的十位分的个位时84H85H01～12或00～2312/240A/PHR小时个位日86H87H01～3100日的十位日的个位月88H89H01～120000/1月的个位星期8AH8BH01～0700000星期几年8CH8DH00～99年的十位年的个位2023/2/529注意：1、秒寄存器的CH位：置1，时钟停振，进入低功耗态；置0，时钟工作。2、小时寄存器的D7位：置1，12小时制（D5置1表示上午，置0表示下午）；置0，24小时制（此时D5、D4组成小时的十位）。2023/2/530其它寄存器及RAM

寄存器名命令字节范围位内容读写D7D6D5D4D3D2D1D0写保护8EH8FH00H～80HWP0涓流充电90H91H-TCSDSRS时钟突发BEHBFH--RAM突发FEHFFH--RAM0C0HC1H00H～FFHRAM数据…

……00H～FFHRAM30FCHFDH00H～FFH2023/2/531注意：1、WP：写保护位：置为1时，写保护；置为0时，未写保护。2、TCS：1010时慢充电；DS为01，选一个二极管，为10，选2个二极管；11或00，禁止充电。3、RS：与二极管串联电阻选择。00，不充电；01，2KΩ电阻；10，4KΩ电阻；11，8KΩ电阻。2023/2/5328.3.4DS1302与单片机的接口接口电路2023/2/533驱动程序如下：SCLKEQUP1.0SIOEQUP1.1RSTEQUP1.2ORG0000HAJMPMAINORG0040HMAIN:MOV30H,#00HMOV31H,#08HMOV32H,#00HMOV33H,#08HMOV34H,#08HMOV35H,#01HMOV36H,#08HACALLINITSJMP$驱动程序2023/2/534写入字节子程序（写入内容在B中）：WRB:MOV40H,#8LPW:MOVA,BRRCAMOVB,AMOVSIO,CSETBSCLKCLRSCLKDJNZ40H,LPWRET字节读出子程序（读出内容在A中）：RDB:MO