智能仪器技术 课件 11.12 串行设备总线

智能仪器通信技术智能仪器通信技术串行接口微处理器把并行的数据通过移位寄存器转换为串行位流发送给存储器或外部设备（并转串），或者按照特定的时钟去采样输入引线，把引线上的串行位通过移位寄存器转换为并行数据（串转并）。微处理器串行接口的分类

串行设备总线：微处理器用于访问外部设备（外围接口）的串行总线。主从结构：master：微处理器，slave：设备典型设备：简单总线SPI,I2C；复杂总线：USB智能仪器通信技术串行接口微处理器把并行的数据通过移位寄存器转换为串行位流发送给存储器或外部设备（并转串），或者按照特定的时钟去采样输入引线，把引线上的串行位通过移位寄存器转换为并行数据（串转并）。微处理器串行接口的分类串行通信总线：数据接收方和发送方的地位平等，它们之间可以相互交换数据，只要总线空闲，双方可以像对方主动发送数据。点对点串行通信：RS232，RS485网络通信：CAN、以太网总线无线通信：Zigbee，蓝牙通信双方先发送同步字符，再连续传送数据的通信方式称为（）。串行通信并行通信异步通信同步通信ABCD提交单选题1分下列说法正确的是（）同步通信，需要同步时钟信号线，因此要求通信双方采用相同的波特率。物理层可为设备间的数据通信提供传输媒介及互联设备，为数据传输提供可靠的环境。异步通信无时钟信号线，双方应该采用相同的波特率。通信协议，物理层主要是规定通信系统具有机械、电气特性、功能特性和规程特性，能够确保原始数据在物理媒体上传输。ABCD提交多选题1分串行异步传送时，每一帧信息的开始都是()。低电平同步字符高电平高电平或低电平ABCD提交单选题1分异步通信数据帧包括（）校验位起始位数据位停止位ABCD提交多选题1分串行口每一次传送()字符1bit1串1波特1帧ABCD提交单选题1分全双工通信的特点是，收发双方（）角色固定不能互换角色可换但需切换互不影响双向通信相互影响互相制约ABCD提交单选题1分智能仪器通信技术1.接收方和发送方的时钟相位一致讨论异步串行通信有哪些缺陷？智能仪器通信技术2.接收方和发送方的时钟相位不一致智能仪器通信技术3.发送方存在干扰智能仪器串行设备总线SerialPeripheralInterface串行外设接口全双工同步串行通信高效数据传输速率，MHz起步，可达到100MHz拓扑类型：单主机（master）+多从机（slave）及其灵活的数据传输，不限于8位，它可以是任意大小非常简单的硬件结构，从站不需要唯一地址。从机使用主机时钟，不需要精密的时钟振荡器/晶振，无应答机制。SPI总线被广泛地应用在FLASH、ADC、LCD等设备与MCU间，要求通讯速率高的场合。智能仪器串行设备总线SerialPeripheralInterface串行外设接口MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入；MISO：主设备数据输入，从设备数据输出；SCLK：时钟信号，由主设备控制/SS:从设备使能信号，由主设备控制。1.一对多：SPI常规连接智能仪器串行设备总线SerialPeripheralInterface串行外设接口MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入；MISO：主设备数据输入，从设备数据输出；SCLK：时钟信号，由主设备控制/SS:从设备使能信号，由主设备控制。2.一对多：菊花链连接下图采用SPI哪种联系方式最佳？一对多，常规连接菊花链连接AB提交单选题1分MOSI：主机输出从机输入SCK：时钟线智能仪器串行设备总线智能仪器串行设备总线MOSI：主机输出从机输入SCK：时钟线智能仪器串行设备总线SPI四种通信模式根据时钟极性CPOL和相位（CPHA）不同可以组合成四种工作模式。智能仪器串行设备总线SPI四种通信模式根据时钟极性CPOL和相位（CPHA）不同可以组合成四种工作模式。作答假如CPOL=0时，对应1，3，5处采样，即为上升沿采样，CPHA=[填空1]

填空题1分智能仪器串行设备总线SPI四种通信模式根据时钟极性CPOL和相位（CPHA）不同可以组合成四种工作模式。智能仪器串行设备总线SPI四种通信模式根据时钟极性CPOL和相位（CPHA）不同可以组合成四种工作模式。智能仪器串行设备总线SPI的时序SPI总线数据的传输格式是（）高位（MSB）在前，低位（LSB）在后低位（MSB）在前，高位（LSB）在后先发哪位，哪位在前高低位可以设置ABCD提交单选题1分智能仪器串行设备总线SPI通讯的不足没有硬件从机应答信号（主机可能在不知道的情况下无处发送）通常仅支持一个主机设备需要更多的引脚没有定义硬件级别的错误检查协议与RS232和CAN相比，只能支持非常短的距离。智能仪器串行设备总线SPI代码实现扩展带有SPI接口的8位串行A/D转换器TCL549输出转换结果给单片机，相当于SPI的MISO智能仪器串行设备总线SPI代码实现扩展带有SPI接口的8位串行A/D转换器TCL549①

串行数据中高位A7先输出，最后输出低位A0。②

低电平TCL549工作，高电平输出先呈现高阻态。智能仪器串行设备总线SPI代码实现扩展带有SPI接口的8位串行A/D转换器TCL549②

高电平准备输出数据③

下降沿采样，同步输出①最高位A7在cs为低电平后，自动置于dataout上智能仪器串行设备总线SPI代码实现扩展带有SPI接口的8位串行A/D转换器TCL549①

前四个I/Oclock周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5位（A6-A3），为本次转换做准备。②

在第4个IOClock下降沿开始采样本次的模拟输入。注：A6-A0是前一次AD转换结果。智能仪器串行设备总线SPI代码实现扩展带有SPI接口的8位串行A/D转换器TCL549使片内采样/保持电路进入保持状态并启动A/D开始转换。①CS保持高电平②I/oCLOCK保持36个系统时钟的低电平。智能仪器串行设备总线SPI代码实现扩展带有SPI接口的8位串行A/D转换器TCL549①

读前次A/D转换结果②

对本次转换的输入信号采样并保持③

启动本次A/D转换开始智能仪器串行设备总线SPI代码实现单片机控制串行的8位A/D转换器TLC549进行A/D转换，由电位计RV1提供TLC549模拟量输入，通过调节RV上的+，-端，改变输入电压值。用P0口输出控制8个发光二极管的亮和显灭转换结果的二进制码。智能仪器串行设备总线SPI代码实现#include<reg51.h>#include<intrins.h>//包含_nop_()函数的头文件#defineuncharunsignedchar#defineuintunsigendint#defineledP0sbitsdo=P1^0;sbitcs=P1^1;sbitsclk=P1^2;voiddelayus(uintj){略}智能仪器串行设备总线SPI代码实现ucharTLC549_ADC(void){uchari,temp;sclk=0;cs=0;//时序图，CS=0，I/Oclock=0_nop_();_nop_();//适当延迟时间1.4usfor(i=0;i<8;i++);//读入前次转换的8位转换结果{temp<<=1;//接收数据默认为0，左移一位if（sdo==1）temp|=0x01;//读D0，若为1，则使该位为1sclk=1;//0.4us_nop_();//0.1ussclk=0;//}cs=1;//cs置高，片选无效for（i=17;i!=0;i--）//延时17us以上等待转换本次采样值_nop_();return(temp);}voidmain(){

略}智能仪器串行设备总线Inter-integratedCircuitI2C总线I2C是目前使用较多的一种总线，一般用于连接各种从设备，比如：EEPROM存储器、温湿度传感器、角速度计等。串行同步半双工通信SDA（数据）+SCL（时钟）两条信号线组成。SCL上升沿对数据进行采样主从结构，支持多主多从（时钟同步+总线仲裁）OD/OC输出（标准/快速/高速），支持线与功能PUSH-Pull输出（超快速5MBit/s）芯片输入内涵buffer（过滤尖峰脉冲）Cbus(总线负载电容)决定外接设备数量同一总线的设备地址唯一性标准/快速/快速+/高速/超高速5种工作速率。外接上拉电阻I2C的数据传输速率位于串口和SPI之间，大部分I2C设备支持100KHz和400KHz模式。智能仪器串行设备总线Inter-integratedCircuitI2C总线I2C是目前使用较多的一种总线，一般用于连接各种从设备，比如：EEPROM存储器、温湿度传感器、角速度计等。I2C仅需两根线就可以支持一主多从或者多主连接。智能仪器串行设备总线Inter-integratedCircuitI2C总线智能仪器串行设备总线IInter-integratedCircuitI2C总线I2C协议I2C协议把传输的消息分为两种类型的帧：一个地址帧——用于master指明消息发往哪个slave；一个或多个数据帧——由master发往slave的数据（或由slave发往master），每一帧是8-bit的数据。

地址帧数据帧智能仪器串行设备总线Inter-integratedCircuitI2C总线I2C协议I2C协议把传输的消息分为两种类型的帧：一个地址帧——用于master指明消息发往哪个slave；地址帧总是在一次通信的最开始出现。地址帧后面跟着1bit操作符，1--读0--写接下来的一个bit是NACK/ACK，当这个帧中前面8bits发送完后，接收端的设备获得SDA控制权，此时接收设备应该在第9个时钟脉冲之前回复一个ACK（将SDA拉低）以表示接收正常。智能仪器串行设备总线Inter-integratedCircuitI2C总线I2C协议I2C协议把传输的消息分为两种类型的帧：一个或多个数据帧——由master发往slave的数据（或由slave发往master），每一帧是8-bit的数据。

在地址帧发送之后，就可以开始传输数据了。Master继续产生时钟脉冲，而数据则由master（写操作）或slave（读操作）放到SDA上。每个数据帧8bits，数据帧的数量可以是任意的，直到产生停止条件。智能仪器串行设备总线Inter-integratedCircuitI2C总线I2C协议I2C协议把传输的消息分为两种类型的帧：一个或多个数据帧——由master发往slave的数据（或由slave发往master），每一帧是8-bit的数据。

每一帧数据传输（即每8-bit）之后，接收方就需要回复一个ACK或NACK（写数据时由slave发送ACK，读数据时由master发送ACK。当master知道自己读完最后一个byte数据时，可发送NACK然后接stopcondition）。智能仪器串行设备总线Inter-integratedCircuitI2C总线I2C数据传送格式智能仪器通信技术Inter-integratedCircuitI2C总线I2C数据有效性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。数据稳定数据稳定允许数据变化智能仪器串行设备总线Inter-integratedCircuitI2C总线I2C起始和终止信号SCL线为高电平，SDA线由高电平向低电平变化---起始信号SDA线为高电平，SDA线由低电平向高电平变化---终止信号起始信号S终止信号P空闲智能仪器串行设备总线Inter-integratedCircuitI2C总线I2C重新开始信号主设备可以发起多个开始信号来完成数据的传输，只要不发停止信号，总线上的其他主设备就不能占据这条总线，有时候发送完一组数据后，希望重新发数据，所以就有了重复开始信号。重复的开始信号：SDA在SCL低电平时拉高，然后SCL拉高。智能仪器串行设备总线Inter-integratedCircuitI2C总线I2C总线仲裁应用场合：同一总线上有多个Master同时访问Slave仲裁方法：SDA数据线的线与结构。只要有一个节点发送低电平时，总线上就表现为低电平。仲裁按每个SDA数据bit逐步进行。利用时钟同步的SCL上升沿对SDA采样DATA1和DATA2全程保持和SDA一致，则双master正常访问同一设备如果DATA1与SDA不一致，则DATA2获得master主动权，且继续完成相关操作，DATA1的master失去SDA控制。智能仪器串行设备总线AT89S51单片机与I2C总线器件的扩展接口电路智能仪器串行设备总线AT89S51单片机与I2C总线器件的扩展接口电路RP上拉电阻的选择最小值取决于电源电压、器件输出级性能。例如：器件的电源5V，输出级短路压降0.4V，灌电流3mA，为保证将电平拉低，至少

此电阻与线路寄生电容一起会拖慢电平的升降沿，因此最大阻值取决于对传输速率、器件数量的要求(每个IO管脚的寄生电容约为10pF)的要求。例如：工作在标准速率100kbps还是最高速率3.4Mbps?一般要求总电容不大于400pF,这也决定了器件总数不超过40个。智能仪器串行设备总线AT89S51单片机与I2C