[信息与通信]SPI总线IIC总线.ppt

1,串行总线扩展技术,SPI总线 I2C总线,2,I2C总线,I2C总线是Philips公司开发的一种双向两线串行总线，以实现集成电路之间的有效控制。目前，Philips及其它半导体厂商提供了大量的含有I2C总线的外围接口芯片，I2C总线已成为广泛应用的工业标准之一。标准模式下，基本的I2C总线规范的规定的数据传输速率为100kb/s。快速模式下，数据传输速率为400KB/s。高速模式下，数据传输速率为3.4Mb/s。,3,I2C总线,I2C总线始终和先进技术保持同步，并保持其向下兼容性。I2C总线采用二线制传输，一根是数据线SDA（Serial Data Line），另一根是时钟线SCL（serial clock line），所有I2C器件都连接在SDA和SCL上，每一个器件具有一个唯一的地址。I2C总线是一个多主机总线，总线上可以有一个或多个主机（或称主控制器件），总线运行由主机控制。I2C总线支持多主（multi-mastering）和主从（master-slave）两种工作方式。,4,I2C总线,主机是指启动数据的传送（发起始信号）、发出时钟信号、发出终止信号的器件。通常，主机由单片机或其它微处理器担任。被主机访问的器件叫从机（或称从器件），它可以是其它单片机，或者其他外围芯片，如：A/D、D/A、LED或LCD驱动、串行存储器芯片。,5,I2C总线,多主方式下，I2C总线上可以有多个主机。I2C总线需通过硬件和软件仲裁来确定主机对总线的控制权。主从工作方式时，系统中只有一个主机，总线上的其它器件均为从机（具有I2C总线接口），只有主机能对从机进行读写访问，因此，不存在总线的竞争等问题。在主从方式下，I2C总线的时序可以模拟，I2C总线的使用不受主机是否具有I2C总线接口的制约。MCS-51系列单片机本身不具有I2C总线接口，可以用其I/O口线模拟I2C总线,6,I2C总线,单主机系统I2C总线扩展示意图,7,I2C总线的数据传输,标准模式和快速模式下器件连接到I2C总线的形式,510k,8,I2C总线的数据传输,（一）数据位的传送,I2C总线上主机与从机之间一次传送的数据称为一帧。由启动信号、若干个数据字节、应答位和停止信号组成。数据传送的基本单元为一位数据。时钟线SCL的一个时钟周期只能传输一位数据。在SCL时钟线为高电平期间内，数据线SDA上的数据必须稳定。当SCL时钟线变为低电平时，数据线SDA的状态才能改变。,9,I2C总线的数据传输,（二）启始和停止状态,起始（START）状态：I2C总线传输过程中，当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA出现高电平到低电平跳变时，标志I2C总线传输数据开始。停止（STOP）状态：I2C总线传输过程中，当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA出现低电平到高电平跳变时，标志着I2C总线传输数据结束。,起始和停止状态是由主机发出,10,I2C总线的数据传输,（三）传输数据,传输到数据线SDA上的每个字节必须为8位,每次传输的字节数不受限制。每个字节后必须跟一个应答（acknowledge）位。数据传输时，首先传送最高位，如图10.5所示，如果从机暂时不能接收下一个字节数据，如从机响应内部中断，那么，可以使时钟线SCL保持为低电平，迫使主机处于等待状态；当从机准备就绪后，再释放时钟线SCL，使数据传输继续进行。,11,I2C总线的数据传输,（四）应答,I2C协议规定，在每个字节传送完毕后，必须有一个应答位。应答位的时钟脉冲由主机产生。在应答时钟有效期间，发送设备把数据线SDA置为高电平；接收设备必须把数据线SDA置为低电平，并且在此期间保持低电平状态，以便产生有效的应答信号。,12,I2C总线的数据传输,（五）数据传输格式,在起始状态S之后，先发送一个7位从机地址，接着第8位是数据方向位,0表示发送(写)，1表示请求数据(读)。一次数据传输总是由主机产生停止状态P而结束。但是，如果主机还希望在总线上传输数据，那么，它可以产生另一个起始状态和寻址另一个从机，不需要先产生一个停止状态。在这种传输方式中，就可能有读写方式的组合。,13,I2C总线的数据传输,在I2C总线启动或应答信号后的第18个时钟脉冲，对应一个字节的8位数据传送。高电平期间，数据串行传送；低电平期间为数据准备，允许总线上数据电平变化。一旦I2C总线启动，传送的字节数没有限制，只要求每传送一个字节后，对方回应一个应答位。发送时，最先发送的是数据的最高位。每次传送开始有起始信号，结束时有停止信号。传送完一个字节，可以通过对时钟线的控制使传送暂停。,（五）数据传输格式,14,I2C总线的数据传输,在I2C总线上，传输数据可能的数据格式：,（五）数据传输格式,（1）主机发送器发送到从机接收器。数据传输的方向不变化。,15,10.1.2 I2C总线的数据传输,（2）在第一个字节后主机立即读从机。,在I2C总线上，传输数据可能的数据格式：,（五）数据传输格式,16,10.1.2 I2C总线的数据传输,（3）组合格式,在I2C总线上，传输数据可能的数据格式：,（五）数据传输格式,17,I2C总线的寻址,每个连接在I2C总线的器件，都具有一个唯一确定的地址。在任何时刻，I2C总线上只能有一个主机对总线实行控制权，分时地实现点对点的数据传送。器件（从机）的地址由7位组成，它与1位方向位构成了I2C总线数据传输时起始状态S之后第1个字节。,从机地址由固定位和可编程位组成。固定位由器件出厂时给定，用户不能自行设置，它是器件的标识码。,18,SPI总线扩展技术,SPI（Serial Peripheral Interface）总线是Motorola公司提出的一种同步串行外设接口，它可以使微控制器（MCU）与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设备包括FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D 转换器和微控制器等。SPI总线使用同步协议传送数据，接收或发送数据时由主机产生的时钟信号控制。SPI接口可以连接多个SPI芯片或装置，主机通过选择它们的片选来分时访问不同的芯片。,19,SPI总线,（一）SPI总线构成MOSI（Master Out Slave In）：主机发送从机接收。MISO（Master In Slave Out）：主机接收从机发送 SCLK或SCK（Serial Clock）：串行时钟,(Chip Select for the peripheral)：外围器件的片选。有的微控制器设有专用的SPI接口的片许，称为从机选择（）。,MOSI(SI或SDI)信号由主机产生，接收者为从机；ISO(SO或SDO)信号由从机发出；CLK或SCK由主机发出，用来同步数据传送；片选信号也由主机产生，用来选择从机芯片或装置。,20,SPI总线,（二）SPI总线信号线基本连接关系：,SPI 总线系统有以下几种形式：1个主机和多个从机、多个从机相互连接构成多主机系统(分布式系统)、1个主机与1个或几个I/O设备构成的系统等。,21,10.2.1 SPI总线,（三）主从方式SPI总线接口系统的典型结构（1）在大多数应用场合，可使用1个微控制器作为主控机来控制数据传送，并向1个或几个外围器件传送数据。从机只有在主机发命令时才能接收或发送数据。（2）当一个主机通过SPI与多个芯片相连时，必须使用每个芯片的片选，这可通过MCU的I/O端口输出线来实现。,22,SPI总线多通道串行输出A/D芯片TLC1543,由通道选择器、数据（地址和命令字）输入寄存器、采样/保持电路、12位的模/数转换器，输出寄存器、并行/串行转换器以及控制逻辑电路等部分组成。通道选择器根据输入地址寄存器中存放的模拟输入通道地址，选择输入通道，并将该输入通道中的模拟信号送到采样/保持电路中；然后，在12位模/数转换器中，把采样的模拟量进行量化编码，转换成数字量并存放到输出寄存器中。转换结果经过并行/串行转换器转换成串行数据，从DOUT引脚输出。,23,SPI总线多通道串行输出A/D芯片TLC1543,(一)TLC1543的引脚功能,（1）AIN0AIN10（引脚19，引脚11、引脚12）：输入，模拟量输入通道，在使用4.1MHz的I/O时钟时，外部输入设备的输出阻抗应小于或等于30。,（2）CS（引脚15）：输入，片选。引脚出现一个从高到低的变化可以使芯片内部寄存器复位，同时使能DIN DOUT和I/O时钟输入。当引脚出现一个从低到高的变化时，数据输入、数据输出和I/O时钟输入无效。,24,SPI总线多通道串行输出A/D芯片TLC1543,（3）DIN（引脚17）：输入，串行数据输入端。最先输入的4位用来选择模拟量输入通道。数据传送时最高位在前，每一个I/O时钟的上升沿送入一位数据，最先4位数据是转换通道选择位。（4）DOUT（引脚16）：输出，串行数据输出端，输出的数据有长度为10位。数据输出引脚DOUT在为高时呈高阻状态，在为低电平时，DOUT引脚输出有效。,(一)TLC1543的引脚功能,25,SPI总线多通道串行输出A/D芯片TLC1543,（5）EOC（引脚19）：输出，A/D转换结束信号，在命令的最后一个I/O时钟的下降沿变低，A/D转换结束后，由EOC由低电平变为高电平。（6）I/O CLOCK（引脚18）：输入，输入/输出同步时钟，它有4种功能：1）在I/O CLOCK的前8个上升沿，把命令字输入到的数据输入寄存器，其中前4个是输入通道地址选择。2）在I/O CLOCK的第4个I/O时钟的下降沿，选中通道的模拟信号对芯片中电容阵列进行充电，直到最后一个I/O时钟结束。3）I/O时钟把上次转换结果输出，在最后一个数据输出完后，开始下一次转换。4）在最后一个I/O时钟的下降沿，把EOC变为低电平。,(一)TLC1543的引脚功能,26,SPI总线多通道串行输出A/D芯片TLC1543,（7）参考电源REF 引脚14，正参考电压。REF 引脚13，负参考电压。最大的输入电压取决于正参考电压与负参考电压的差值。（8）芯片工作电源Vcc引脚20，电源正极，5V。GND引脚10，电源地。,(一)TLC1543的引脚功能,27,SPI总线多通道串行输出A/D芯片TLC1543,（二）TLC2143的时序,图10.31 使用片选信号高位在前的时序,28,SPI总线多通道串行输出A/D芯片TLC1543,（1）高4位（B3B0）设置，可以实现从11个模拟量输入通道中选择1个通道进行转换；或从3个内部自测电压中选择一个，以对转换器进行校准；或者选择软件掉电方式。,（三）TCL2543的命令字,29,SPI总线多通道串行输出A/D芯片TLC1543,（四）TLC1543 与MCS-51单片机的接口程序设计,30,串行输入D/A芯片TLC5615接口技术,（一）TLC5615的片内结构和引脚功能,31,串行输入D/A芯片TLC5615接口技术,（一）TLC5615的片内结构和引脚功能,（1）DIN(引脚1)：输入,串行数据输入；（2）SCLK(引脚2)：输入,串行时钟输入；（3）CS(引脚3)：输入,芯片选择,低电平有效；（4）DOUT(引脚4)：输出,用于多个芯片级联时的串行数据输出；（5）AGND(引脚5)：模拟地；（6）REFIN(引脚6)：参考电压输入；（7）OUT(引脚7)：输出，模拟电压输出；（8）VDD(引脚8)：电源。,32,串行输入D/A芯片TLC5615接口技术,（二）TLC5615的时序,33,串行输入D/A芯片TLC5615接口技术,在片选信号是低电平时，输入数据将在SCLK时钟信号的上升沿被移入移位寄存器,34,串行输入D/A芯片TLC5615接口技术,（三）TLC5615与MCS-51单片机的接口及程序设计,