常见串行总线课件

第十三章常见串行总线河工科技瓮嘉民制作单片微机原理及应用》教学课件第十三章常见串行总线单片微机原理及应用》教学课件第十三章常见串行总线第三节单总线温度传感器DS18B20第二节SPI总线及其应用第一节IC总线及其应用2本章主要讲述了I2C、SPI和单总线三种单片机串行接口总线及其典型芯片24C02、DS1302和DS18B20的应用。单片微机原理及应用》教学课件第十三章常见串行总线第三节单总线温度传感器DS18B一、I2C总线简介第一节IC总线及其应用I2C总线是由PHILIPS公司开发一种简单、双向二线制同步串行总线。1．I2C总线的主要特点（1）总线只有两根线，即串行时钟线（SCL）和串行数据线（SDA。（2）每个连接到总线上的都有一个用于识别的器件地址，器件地址由芯片内部硬件电路和外部地址引脚同时决定，避免了片选线的连接方法，并建立简单的主从关系，每个器件既可以作为发送器，又可以作为接收器。（3）同步时钟允许器件以不同的波特率进行通信。（4）同步时钟可以作为停止或重新启动串行口发送的握手信号。（5）串行的数据传输位速率在标准模式下可达100kbps，快速模式下可达400kbps，高速模式下可达3.4Mbps。2单片微机原理及应用》教学课件第一节IC总线及其应用I2C总线是由PHILIPS公2．IC总线的基本结构图13-1I2C总线的基本结构2单片微机原理及应用》教学课件2．IC总线的基本结构图13-1I2C总线的基本结构3.IC总线信息传送2图13-2I2C总线信息传送图开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。开始信号和结束信号之间传送的是信息，信息的字节数没有限制，但每个字节必须为8位，高位在前，低位在后。数据线SDA上每一位信息状态的改变只能发生在时钟线SCL为低电平的期间

单片微机原理及应用》教学课件3.IC总线信息传送2图13-2I2C总线信息传器件地址码格式

D7D6D5D4D3D2D1D0器件类型码片选R/WI2C总线器件AT24CXX系列器件的地址为1010

4.I2C总线读、写操作（1）当前地址读（2）指定单元读（3）指定单元写单片微机原理及应用》教学课件器件地址码格式D7D6D5D4D3D2D1D0器件类型码片二、AT24C02存储器的软硬件设计1.AT24C02简介AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它内含256×8位存储空间

图13-3AT24C02SCL：串行时钟线。这是一个输入管脚，用于形成器件所有数据发送或接收的时钟。SDA：串行数据/地址线。它是一个双向传输线，用于传送地址和所有数据的发送或接收。它是一个漏极开路端，因此要求接一个上拉电阻到Vcc端（速率为100KHz时电阻为10K，400KHz时为1K）。对于一般的数据传输，仅在SCL为低电平期间SDA才允许变化。SCL为高电平期间，留给开始信号（START）和停止信号（STOP）。A0、A1、A2：器件地址输入端。这些输入端用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默认值为0（CAT24WC01除外）。WP：写保护。如果WP管脚连接到VCC，所有的内容都被写保护（只能读）。当WP管脚连接到VSS或悬空，允许对器件进行正常的读/写操作。VCC：电源线。VSS：地线。

单片微机原理及应用》教学课件二、AT24C02存储器的软硬件设计1.AT24C02简介2.AT24C02写操作（1）字节写（2）页写图13-5页写时序单片微机原理及应用》教学课件2.AT24C02写操作（2）页写图13-5页写时序单片（3）应答查询如果AT24C02/04/08/16正在进行内部写操作，不会发送应答信号。如果AT24C02/04/08/16已经完成了内部自写周期，将发送一个应答信号，主器件可以继续进行下一次读写操作。（4）写保护当WP管脚接高电平时，整个寄存器区全部被保护起来而变为只可读取。3.AT24C02读操作（1）立即地址读

单片微机原理及应用》教学课件（3）应答查询3.AT24C02读操作（1）立即地址读单（2)选择读

（3）连续读。

图13-7选择读时序单片微机原理及应用》教学课件（2)选择读（3）连续读。图13-7选择读时序单片微机4.24C02应用举例例13.1

利用单片机将数据串“0x7e,0xbd,0xdb,0xe7,0xdb,0xbd,0x7e,0xff”写入AT24C02，然后依次将其读出并送P0口和P2进行显示。试用C语言编写程序，并用Proteus仿真。解：

硬件仿真设计如图13-9所示，其所需元件如表13-1所列。图13-9AT24C02读写原理图和仿真效果图单片微机原理及应用》教学课件4.24C02应用举例图13-9AT24C02读写原理图一、SPI总线简介SPI总线又称为同步串行外设接口，是一种符合工业标准、全双工、三线或四线通信方式的总线系统。它允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信。在SPI接口中，数据的传输需要一条时钟线，一条数据线和一条控制线（有些芯片需要两条控制线）。SPI可以工作在主模式下或从模式下。在主模式下每位数据发送/接收需要一个时钟周期。第二节SPI总线及其应用二、DS1302实时时钟芯片 1．DS1302的主要性能指标（1）DS1302实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力。（2）内部含有31个字节静态RAM，可提供用户访问。（3）采用串行数据传送方式，使得管脚数量最少，简单3线接口。（4）工作电压范围宽：2.0～5.5V。（5）工作电流：2.0V时，小于300nA。（6）时钟或RAM数据的读/写有两种传送方式：单字节传送和多字节传送方式。（7）采用8脚DIP封装或SOIC封装。（8）与TTL兼容，Vcc=5V。单片微机原理及应用》教学课件一、SPI总线简介第二节SPI总线及其应用二、DS130（9）可选工业级温度范围：-40C～+85C。（10）具有涓流充电能力。（11）采用主电源和备份电源双电源供应。（12）备份电源可由电池或大容量电容实现。2．引脚功能DS1302的引脚如图13-10所示。其中：X1、X2：32.768KHz晶振接入引脚。GND：地。RST：复位引脚，低电平有效。I/O：数据输入/输出引脚，具有三态功能。SCLK：串行时钟输入引脚。Vcc1：工作电源引脚。Vcc2：备用电源引脚。图13-10DS1302引脚图3．DS1302的寄存器及片内RAMDS1302有一个控制寄存器、12个日历、时钟寄存器和31个RAM。（1）控制寄存器单片微机原理及应用》教学课件（9）可选工业级温度范围：-40C～+85C。2．引脚功表13-2日历、时钟寄存器的选择单片微机原理及应用》教学课件表13-2日历、时钟寄存器的选择单片微机原理及应用》教学课（2）日历、时钟寄存器表13-3日历、时钟寄存器的格式DS1302共有12个寄存器，其中有7个与日历、时钟相关，存放的数据为BCD码形式。

单片微机原理及应用》教学课件（2）日历、时钟寄存器表13-3日历、时钟寄存器的格式DS①数据都以BCD码形式。②小时寄存器的D7位为12小时制/24小时制的选择位，当为1时选12小时制，当为0时选24小时制。当12小时制时，D5位为1是上午，D5位为0是下午，D4为小时的十位。当24小时制时，D5、D4位为小时的十位。③秒寄存器中的CH位为时钟暂停位，当为1时钟暂停，为0时钟开始启动。④写保护寄存器中的WP为写保护位，当WP=1，写保护，当WP=0未写保护，当对日历、时钟寄存器或片内RAM进行写时WP应清零，当对日历、时钟寄存器或片内RAM进行读时WP一般置1。⑤慢充电寄存器的TCS位为控制慢充电的选择，当它为1010才能使慢充电工作。DS为二极管选择位。DS为01选择一个二极管，DS为10选择二个二极管，DS为11或00充电器被禁止，与TCS无关。RS用于选择连接在VCC2与VCC1之间的电阻，RS为00，充电器被禁止，与TCS无关，电阻选择情况见表.13-4所列。表13-4RS对电阻的选择RS位电阻器阻值00无无01R12K10R24K11R38K单片微机原理及应用》教学课件①数据都以BCD码形式。表13-4RS对电阻的选择RS位（3）片内RAMDS1302片内有31个RAM单元，对片内RAM的操作有两种方式：单字节方式和多字节方式。当控制命令字为C0H~FDH时为单字节读写方式，命令字中的D5~D1用于选择对应的RAM单元，其中奇数为读操作，偶数为写操作。当控制命令字为FEH、FFH时为多字节操作（表13-2中的RAM突发模式），多字节操作可一次把所有的RAM单元内容进行读写。FEH为写操作，FFH为读操作。（4）DS1302的输入输出过程DS1302通过引脚驱动输入输出过程，当置高电平启动输入输出过程，在SCLK时钟的控制下，首先把控制命令字写入DS1302的控制寄存器，其次根据写入的控制命令字，依次读写内部寄存器或片内RAM单元的数据，对于日历、时钟寄存器，根据控制命令字，一次可以读写一个日历、时钟寄存器，也可以一次读写8个字节，对所有的日历、时钟寄存器（表13-2中的时钟突发模式），写的控制命令字为0BEH，读的控制命令字为0BFH；对于片内RAM单元，根据控制命令字，一次可读写一个字节，一次也可读写31个字节。当数据读写完后，变为低电平结束输入输出过程。无论是命令字还是数据，一个字节传送时都是低位在前，高位在后，每一位的读写发生在时钟的上升沿。

单片微机原理及应用》教学课件（3）片内RAM（4）DS1302的输入输出过程引4.DS1302应用举例例13.2

利用DS1302设计一个数字时钟，通过8位共阳数码管将时分秒显示出来。试用C语言编写程序，并用Proteus仿真。解：硬件仿真设计如图13-11所示，其所需元件如表13-5所列。图13-11DS1302数字时钟原理图和仿真效果图单片微机原理及应用》教学课件4.DS1302应用举例图13-11DS1302数字时钟第三节单总线温度传感器DS18B20一、DS18B20简介DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件

1．DS18B20产品的特点（1）只要求一个端口即可实现通信。（2）在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。（3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4）测量温度范围在－55。C到＋125。C之间。（5）数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（6）内部有温度上、下限告警设置。

单片微机原理及应用》教学课件第三节单总线温度传感器DS18B20一、DS18B20简2．DS18B20的引脚介绍图13-12DS18B20各种封装引脚图表13-6DS18B20详细引脚功能描述引脚名称引脚功能描述GND地信号DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。单片微机原理及应用》教学课件2．DS18B20的引脚介绍图13-12DS18B20各3．DS18B20的内部结构图13-13DS18B20内部结构MSBLSB单片微机原理及应用》教学课件3．DS18B20的内部结构图13-13DS18B20内表13-7配置寄存器与分辨率关系表R0R1温度计分辨率/bit最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750高速暂存器是一个9字节的存储器，分配如下：单片微机原理及应用》教学课件表13-7配置寄存器与分辨率关系表R0R1温度计分辨率/b单片微机原理及应用》教学课件单片微机原理及应用》教学课件4．DS18B20的使用方法（1）DS18B20复位时序图13-14DS18B20的复位时序单片微机原理及应用》教学课件4．D