单片机第十二十三讲

单片机第十二十三讲1第一页，共五十一页，2022年，8月28日4.5串行总线扩展技术

串行扩展:模块化、标准化、省去大量连线、提高可靠性、降低成本UART、I2C、1－wire、SPI和Microwire4.5.1UART的扩展（一）RS232接口设计

RS-232是美国电子工业协会EIA（ElectronicIndustriesAssociation）1962年制定的物理接口标准，RS是“推荐”标准的英文缩写。后来，虽有改动，但改动不大，一般统称为RS-232标准。2第二页，共五十一页，2022年，8月28日1）机械特性

RS-232标准中共有25条线，DB25、DB92）电气特性

RS-232出现在TTL电路之前，所以它的电平不是+5V和地，它使用负逻辑，逻辑“0”输入用3~15V的电平表示，逻辑“1”输入用-3~-15V的电平表示；输出时，逻辑“0”需要驱动器输出5~15V的电平，逻辑“1”需要驱动器输出-5~-15V的电平，驱动器的输出阻抗小于300欧姆。连接电缆长度15米，传输速度最大不超过20Kbps。3第三页，共五十一页，2022年，8月28日3）电平转换电路

PC机与单片机要实现真正的双向数据通信，需要3根线，即RXD、TXD和GND。4第四页，共五十一页，2022年，8月28日单片机UART的一帧数据（TTL）5第五页，共五十一页，2022年，8月28日举例 用户通过PC机键盘输入一串数字（小于255，且数字间以空格隔开），PC机收到结束符（255）后，将数字存入数组，等待向单片机发送数据的触发命令（空格键）。每按下一次空格键触发一个字节的数据传输，每个字节传输过程为：PC机通过串行口将数据传给单片机，单片机收到后回传这个数据，并存入自己内部一段连续的空间中，PC机接到回传数据后显示出来。直至传输完结束符（255），实验结束。6第六页，共五十一页，2022年，8月28日流程7第七页，共五十一页，2022年，8月28日（二）RS485接口设计RS-485以与RS232传输数据的格式一致，以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗干扰的能力，允许一个发送器驱动多个负载设备，采用半双工通信。工业现场控制系统中应用广泛。

1）电气特性

发送端信号的电压范围为2～6V和-2～-6V，接收端信号的电压范围为0.2～6V和-0.2～-6V，传输能力：1200m远的距离时，传输速率为10Kbps；100m远的距离时，传输速率为10Mbps。

2）多机通信的硬件电路 采用主从式结构：从机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。8第八页，共五十一页，2022年，8月28日只有一台单机作为主机，各台从机之间不能直接通讯；在总线末端接一个匹配电阻，吸收总线上的反射信号9第九页，共五十一页，2022年，8月28日SCON：串行口控制寄存器用于控制和监视串行口的工作状态

10第十页，共五十一页，2022年，8月28日多机通讯

在多机工作在方式2和3时，若从机SM2置1，可实现多机通讯。

SM2=1时，只有第9位＝1，才能置位RI,引起中断。主机可以通过发送第9位的不同来区别所发的是地址还是数据，地址时，第9位为1，数据时第9位为0。

11第十一页，共五十一页，2022年，8月28日3）注意的问题复位时，主从机都应该处于接收状态。SN75176芯片的发送和接收转换是由芯片的RE*，DE端控制的。RE*=1，DE=1时，SN75176发送状态；RE*=0，DE=0时，S75176处于接收状态。如果用单片机的一根口线作发送和接收控制信号，应该将口线反向后接入SN75176的控制端，使上电时处于接收状态。另外，上电时或正式通讯之前，对串行口做几次空操作，清除端口的非法数据和命令。12第十二页，共五十一页，2022年，8月28日RE*，DE信号脉宽应该大于一帧信号的宽度半双工通信中，由于发送和接收都由同一器件完成，并且发送和接收使用同一物理链路，必须对控制信号进行切换。

发送时，检测TI是否建立起来，当TI为高电平后关闭发送功能转为接收功能； 接收时，检测RI是否建立起来，当RI为高电平后，接收完毕，又可以转为发送。

13第十三页，共五十一页，2022年，8月28日4.5.2I2C串行扩展

I2CBUS(InterICBUS)是Philips推出的芯片间串行传输总线，以两根线实现了完善的同步数据传送，不需要片选线，可以方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。

14第十四页，共五十一页，2022年，8月28日（一）I2C总线的信号线I2C为开漏或开集电极输出，需加上拉电阻Rp，输出能实现线“与”的逻辑功能。时钟线SCL和数据线SDA都是双向传输线，总线备用时SDA和SCL都保持高电平，只有关闭I2C总线时才使SCL钳位在低电平。（二）I2C总线的驱动能力 在标准模式下数据传送速率100kbit/s。总线的驱动能力受总线电容限制，不加驱动扩展时驱动能力为400pF。15第十五页，共五十一页，2022年，8月28日（三）I2C总线的工作方式I2C总线上支持多主和主从两种工作方式。在多主方式中，通过硬件和软件的仲裁，主控制器取得总线控制权。而在多数情况下，系统中只有一个主器件，只需要了解主从工作方式。 很多CPU芯片都具有I2C总线主接口，能够按照状态码自动进行总线管理，用户只要在程序中装入这些标准处理模块对总线操作即可。（四）I2C总线上的器件地址

在主从方式中，从器件的地址包括器件编号地址和引脚地址，器件地址由I2C总线委员会分配，引脚地址决定于引脚外接电平的高低。16第十六页，共五十一页，2022年，8月28日当器件内部有连续的子地址空间进行N个字节的连续读、写，子地址会自动加1。

种类型号器件地址及寻址字节备注256×8静态RAMPCF8570C1010A2A1A0R/W三位数字引脚地址A2A1A0256BE2PROM512BE2PROM1024BE2PROM2048BE2PROMAT24C02AT24C04AT24C08AT24C161010A2A1A0R/W1010A2A1P0R/W1010A2P1P0R/W1010P2P1P0R/W三位数字引脚地址A2A1A0二位数字引脚地址A2A1一位数字引脚地址A2无引脚地址，A2A1A0悬空8位I/O口PCF8574PCF8574A0100A2A1A0R/W0111A2A1A0R/W三位数字引脚地址A2A1A0三位数字引脚地址A2A1A04位LED驱动控制器SAA106401110A1A0R/W二位模拟引脚地址A1A0160段LCD驱动控制器PCF8576011100A0R/W一位数字引脚地址A04路A/D、1路D/A转换器PCF85911001A2A1A0R/W三位数字引脚地址A2A1A0日历时钟PCF8583101000A0R/W一位数字引脚地址A017第十七页，共五十一页，2022年，8月28日I2C接口器件的寻址字节由3部分组成，芯片类型地址（4位），数字引脚地址（3位），读/写地址（1位）。以8574为例：SLAW=0X40；SLAR=0X41。（五）I2C总线的数据传送与时序

主从机之间的一次数据传送由启动信号、若干数据字节和应答位、停止信号组成。1）一位数据的传输

SCL的一个周期对应一位数据传送，低电平时允许数据线上的电平变化，高电平期间数据线上的电平稳定。（启动停止除外）芯片类型地址数字引脚地址读/写01000000(写)，1(读)18第十八页，共五十一页，2022年，8月28日2）总线数据传送的启动与停止启动信号与停止信号都由主控制器产生。启动信号：在时钟线保持高电平期间，数据线出现由高电平向低电平变化时启动I2C总线停止信号：在时钟线保持高电平期间，数据线上出现由低到高的电平变化时将停止I2C总线3）数据字节和应答 每次传送的字节数没有限制，每个字节传送高位在先，后必跟一个应答位或非应答位，数据传送和应答位的时钟脉冲均由主机产生。发送应答位时，发送端在应答时钟脉冲高电平期间释放SDA（高），转由接收器控制，发出应答位或非应答位。19第十九页，共五十一页，2022年，8月28日4）一次完整的数据传输5）数据传送格式写操作：其中，■：主发送，从接收；□：主接收，从发送；SSLAWAData1AData2A…Datan-1ADatanPA/

20第二十页，共五十一页，2022年，8月28日

S：起始信号；

Sr：重复起始信号；

P：停止信号；

A：应答信号； ：非应答信号；

SLAW：写寻址字节；

SLAR：读寻址字节；Datal～Datan：被写入/读出的n个数据字节。读操作:

SSLARAData1AData2A…Datan-1ADatan

P21第二十一页，共五十一页，2022年，8月28日读写操作:（注：未注明数据方向）4.5.3模拟I2C的程序设计 可以软件模拟I2C协议，完成主控器件功能。

选用P1.6、P1.7作为时钟线SCL和数据线SDA，晶振采用6MHz。

包括启动（STA）、停止（STOP）、发送应答位（MACK）、发送非应答位（MNACK）、应答位检查（CACK）、发送一个字节数据（WRBYT）、接收一个字节数据（RDBYT）、发送n个字节数据（WRNBYT）、接收n个字节数据（RDNBYT）九个子程序。

A/SSLAW/RAData1A…DatanSrSLAR/WAA/Data1A…DatanP22第二十二页，共五十一页，2022年，8月28日C51中，软件包分为两个文件：IIC.H和IIC.C。应用时，此二文件加入同一工程，统一编译、连接。WRNBYT子程序针对的是肯定应答。

IIC.H：

sbitSDA=P1^7; sbitSCL=P1^6; #defineucharunsignedchar #defineuintunsignedint externvoidsta();/*1-启动I2C总线*/ externvoidstop();/*2-停止I2C总线数据传送*/ externvoidmack();/*3-发送应答位*/ externvoidmnack();/*4-发送非应答位*/

23第二十三页，共五十一页，2022年，8月28日

externvoidcack();/*5-应答位检查*/ externvoidwrbyt(ucharshu);/*6-发送一个字节*/ externvoidwrbyt0(); externvoidwrbyt1(); externucharrdbyt(); /*7-读取一个字节*/ externvoidwrnbyt(ucharslaw,ucharnumber,ucharff[]); /*8-发送n个字节*/ externvoidrdnbyt(ucharnumber,ucharslar,ucharqq[]); /*9-接收n个字节*/

24第二十四页，共五十一页，2022年，8月28日IIC.C：

#include<intrins.h> #include<reg51.h> #include<iic.h> /***********1-启动I2C总线*****************/ voidsta() { SDA=1; SCL=1; while(SCL==0){;} _nop_(); SDA=0; _nop_(); _nop_(); SCL=0; }

25第二十五页，共五十一页，2022年，8月28日/*******2-停止I2C总线数据传送**********/ voidstop() { SDA=0; SCL=1; while(SCL==0){;} _nop_(); SDA=1; _nop_(); _nop_(); SCL=0; }

26第二十六页，共五十一页，2022年，8月28日/*********3-发送应答位********************/ voidmack() { SDA=0; SCL=1; _nop_(); _nop_(); SCL=0; SDA=1; }

27第二十七页，共五十一页，2022年，8月28日/********4-发送非应答位*******************/ voidmnack() { SDA=1; SCL=1; _nop_(); _nop_(); SCL=0; SDA=0; }

28第二十八页，共五十一页，2022年，8月28日/*************5-应答位检查********************/ voidcack() { SDA=1; SCL=1; F0=0; if(SDA==0) {SCL=0; _nop_();_nop_(); } else {F0=1; SCL=0; _nop_();_nop_();} }

29第二十九页，共五十一页，2022年，8月28日/********************写0子函数******************/ voidwrbyt0() { SDA=0; SCL=1; _nop_(); _nop_(); SCL=0; }/*****************写1子函数*******************/ voidwrbyt1() { SDA=1; SCL=1; _nop_(); _nop_(); SCL=0; SDA=0; }

30第三十页，共五十一页，2022年，8月28日/********6-发送一个数据字节**************/ voidwrbyt(ucharshu) { voidwrbyt0(); voidwrbyt1(); uchari; if((shu&0x80)>0) {SDA=1;} else {SDA=0;} SCL=1; while(SCL==0){;} _nop_();

31第三十一页，共五十一页，2022年，8月28日 SCL=0; SDA=0; shu=_crol_(shu,1); for(i=1;i<8;i++) { if((shu&0x80)>0) { wrbyt1(); } else { wrbyt0(); } shu=_crol_(shu,1); } }

32第三十二页，共五十一页，2022年，8月28日/***************7-读取一个数据字节****************/ ucharrdbyt() { ucharnn=0xff,mm=0x80,uu=0x7f; ucharj; uintq=0; for(j=0;j<8;j++) { SDA=1; SCL=1; if(SDA==0) { nn=(nn&uu); nn=_crol_(nn,1); SCL=0; }

33第三十三页，共五十一页，2022年，8月28日

else { nn=(nn|mm); nn=_crol_(nn,1); SCL=0; } } return(nn); }

34第三十四页，共五十一页，2022年，8月28日/***************8-发送n个字节数据**************/ voidwrnbyt(ucharslaw,ucharnumber,ucharff[]) { ucharidatak; for(;;) {do { sta(); wrbyt(slaw); cack(); }while(F0==1);

35第三十五页，共五十一页，2022年，8月28日 for(k=0;k<number;k++) { wrbyt(ff[k]); cack(); if(F0==1)break; } if(F0==0)break; } stop(); }

36第三十六页，共五十一页，2022年，8月28日/**********9-接收n个字节数据****************/ voidrdnbyt(number,slar,qq) ucharnumber,slar,qq[]; { ucharidatadata0,l; do{ sta(); wrbyt(slar); cack(); }while(F0==1);

37第三十七页，共五十一页，2022年，8月28日 for(l=0;l<number;l++) { data0=rdbyt(); qq[l]=data0; if(l<(number-1)) mack(); } mnack(); stop(); }

38第三十八页，共五十一页，2022年，8月28日举例1：使用软件包实现SAA1064驱动LED

SAA1064可静态驱动2个八段LED或动态驱动4个LED

器件地址为0111，地址引脚A1A0由引脚ADR上的模拟输入电平决定，VSS-00、3/8VDD-01、5/8VDD-10、VDD-11。 片内有状态寄存器、控制寄存器和四个段码寄存器。 读操作只有读状态寄存器，不必对应片内子地址。 控制寄存器和显示段码寄存器对应写操作，子地址是00，01～04。

39第三十九页，共五十一页，2022年，8月28日使用软件包实现SAA1064驱动LED显示（续1）

40第四十页，共五十一页，2022年，8月28日使用软件包实现SAA1064驱动LED显示（续2）

控制寄存器中，C0位决定是动态还是静态显示，C1、C2分别控制1、3位和2、4位的暗亮，C3置“1”可以点亮所有显示段，C4、C5、C6控制输出电流。

SAA1064的读数据操作是读状态寄存器，操作格式如下：

其中：

SLAR为01110A1A01；

STADATA为状态数据字节。

SSLARASTADATA

P41第四十一页，共五十一页，2022年，8月28日使用软件包实现SAA1064驱动LED显示（续3）

控制命令字节和显示段码的顺序写入可完成显示控制，操作格式如下：

其中：

SUBADR为SAA1064片内地址单元首址(00H)；

COM为SAA1064的控制命令；

Data1～Data4为4个LED显示块的共阴极段选码。

SSLAWASUBADRACOMAData1AData2AData3AData4AP

42第四十二页，共五十一页，2022年，8月28日使用软件包实现SAA1064驱动LED显示（续4）参考程序 从左至右动态显示0、1、2、3。

#include<intrins.h>#include<reg51.h>#include<iic.h> voidmain() {uchark1[6]={0x00,0x77,0x3F,0x06,0x5B,0x4F}; /*片内子地址，控制命令，0-3的编码*/ wrnbyt(0x76,6,k1); }

43第四十三页，共五十一页，2022年，8月28日举例2：使用软件包PCF8574扩展I/O口

PCF8574是8位的I/O口扩展器件，器件地址为0100，地址引脚有三位A2A1A0，一个I2C总线上最多可以接8片PCF8574。PCF8574的8位口是准双向口，为正确读入端口电平，应先置“1”。PCF8574有中断输出端，为漏极开路结构，需要上拉电阻，并支持多个引脚同时与单片机中断输入相连，当I/O端口上状态发生变化时，有效，输出低电平，完成对PCF8574的读写操作后，恢复为高电平。44第四十四页，共五十一页，2022年，8月28日PCF8574的输出数据操作格式为：

其中，POdata是发送数据。输入数据操作格式为：其中，PIdata为输入数据。SSLAWAPOdataAPSSLARAPIdata

P45第四十五页，共五十一页，2022年，8月28日PCF8574的八个I/O口中低四位扩展成一个四按键的独立式键盘，高四位分别控制四个发光二极管。

46第四十六页，共五十一页，2022年，8月28日

每个按键与一个发光二极管对应，按下按键，对应发光管点亮，再次按下按键发光管熄灭。#include<intrins.h>#include<reg51.h>#include<iic.h>ucharflag; /*中断标志*/uchartemp[1]={0x00};ucharshow(uchart,ucharnum,ucharshow){ ucharidatak0[1]={0x00}; ucharidatak1[5]={0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0x0f}; ucharidatak2[5]={0x10,0x20,0x40,0x80};if(t==0) { k0[0]=(show&k1[num-1])|0x0f; } else { k0[0]=(show|k1[4])|k2[num-1]; }wrnbyt(0x4e,1,k0);return(k0[0]);}47第四十七页，共五十一页，2022年，8月28日voidmain(){ucharidatak[1]={0xff};uchartemp1,s1,s2,s3,s4,temp2;s1=0;s2=0;s3=0;s4=0;/*初始状态4个发光二极管为灭状态*/IP=0x01;wrnbyt(0x4e,1,k); /*初始时4个发光二极管全灭,输入口为”1