串行通信及串行扩展技术.ppt

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1、第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术单片型计算机原理及工程应用陕西科技大学吉涛第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术第七章串行通信及串行扩展技术 第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 第七章 串行通信及串行扩展技术 内容提要：了解通信的概念，了解串行通信方式；了解RS-232等串行通信的标准；掌握51串行口的结构、通信原理方法；（重点）了解串行扩展、应用方法；熟悉单片机串行通信方法和常用的内部串行通信总线标准。学习难点：串行通信数据帧格式；RS-232C等的接口标准及电气标准；51串行口的通信方式设置及波特率设置方法；51单片机间的通信和单片

2、机与PC机的通信方法；内部串行通信总线标准。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.1串行通信概述 通信的两种基本方式：并行通信与串行通信。并行通信：并行通信：将数据的各位用多条数据线同时进行传送，外加地址将数据的各位用多条数据线同时进行传送，外加地址线和通信控制线。线和通信控制线。串行通信：串行通信：一条信息的各位数据被逐位按顺序在一条传输线上逐一条信息的各位数据被逐位按顺序在一条传输线上逐个地传送，传输线既传数据，又传联络信息。个地传送，传输线既传数据，又传联络信息。并行通信并行通信 适用：近距离传输 A的状态逻辑0：AB的状态AB之间的电压差不小于200mv RS-4

3、22A总线采用平衡输出的发送器，差分输入的接收器，抗共模干扰能力强。4线制，全双工，可以实现多站互联通信，但标准规定电路中只有一个发送器，可以有多达10个接收器。在 100kb/s速率以下，最大传输距离为4000英尺（约1219米）；最大传输速率为10Mb/s，一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为 1Mb/s。在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.2常用的串行通信总线 RS-485接口标准介绍RS-485是一种多发送器的电路标准，它扩展了RS-422A的性能。RS-485为半双工模式，这一改动，对实现

4、多站互连提供了很大的方便，允许双导线上一个发送器驱动32个负载设备。RS-485最小型由两条信号电路线组成。每条连接电路必须有接地参考点，电缆能支持32个发送接收器对。为了避免地面漏电流的影响，每个设备一定要接地。插针序号信号名称功能1Shield屏蔽地2RTS+请求发送+3RTS-请求发送-4TXD+发送数据+5TXD-发送数据-6CTS+允许发送+7CTS-允许发送-8RXD+接收数据+9RXD-接收数据-第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.2常用的串行通信总线 规定RS232RS422R485工作方式单端差分差分节点数1收、1发1发10收1发32收最大传输电缆长度

5、50英尺400英尺400英尺最大传输速率20Kb/S10Mb/s10Mb/s最大驱动输出电压+/-25V-0.25V+6V-7V+12V驱动器输出信号电平(负载最小值)负载+/-5V+/-15V+/-2.0V+/-1.5V驱动器输出信号电平(空载最大值)空载+/-25V+/-6V+/-6V驱动器负载阻抗()3K7K10054摆率(最大值)30V/sN/AN/A接收器输入电压范围+/-15V-10V+10V-7V+12V接收器输入门限+/-3V+/-200mV+/-200mV接收器输入电阻()3K7K4K(最小)12K第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的

6、串行接口 51单片机串行接口结构 51单片机内部有一个全双工的串行接口，串行数据接收引脚RXD（P3.0）和串行数据发送引脚TXD（P3.1），具有4种工作方式。与串行口有关的特殊功能寄存器(SBUF、SCON)第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行接口结构 串行口数据缓冲器SBUF（99H）接收、发送对应于同一地址接收、发送对应于同一地址（99H99H），但实际上是两个缓冲器。），但实际上是两个缓冲器。所以可同时发送数据、接收数据。所以可同时发送数据、接收数据。TxD发送发送SBUF(99H)内部内部DBTIRxD输入移位输入移

7、位寄存器寄存器接收接收SBUF(99H)RI发送缓冲器：只能写，CPU写入SBUF的时候(MOV SUBF，A)即为发送；接收缓冲器：只能读，CPU读取SBUF的过程(MOV A，SUBF)即为接收。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行接口结构 串行接口控制寄存器 SCON（Serial Control）SCON .7 .6-SM0、SM1 控制串行口方式控制串行口方式 SM0 SM1工作方式工作方式功功 能能 简简 述述波特率波特率 0 0方式方式08位位 同步移位寄存器同步移位寄存器fosc/12 0 1方式方式110位位

8、UART可变可变 1 0方式方式211位位 UARTfosc/32或或/64 1 1方式方式311位位 UART可变可变第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行接口结构 串行接口控制寄存器 SCON（Serial Control）SCON .5-SM2 允许方式允许方式2、3的多机通讯特征位的多机通讯特征位 在在方方式式2、3中中若若SM2=1表表示示接接收收的的第第九九位位数数据据（RB8）为为0时时不不激激活活RI，丢弃以收，丢弃以收8位数据。位数据。在在方方式式1中中若若SM2=1只只有有收收到到有有效效的的停停止止位位（记记

9、录录在在RB8中中）时时才才会会激活激活RI。在方式在方式0 0中中SM2SM2必须为必须为0 0。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行接口结构 串行接口控制寄存器 SCON（Serial Control）SCON .4-REN 允许串行接收位，由软件置允许串行接收位，由软件置/复位复位 1：允许接收：允许接收 0：不允许接收（允许发送）：不允许接收（允许发送）SCON .3-TB8 在方式在方式2、3中要发送的第九位数据，可以作为奇中要发送的第九位数据，可以作为奇偶位，多机通讯时偶位，多机通讯时0 0为数据，为数据，1 1为地

10、址，由软件置为地址，由软件置/复位复位SCON .2-RB8 在方式在方式2、3中是接收的第九位数据在方式中是接收的第九位数据在方式1中中若若SM2=0，RB8是接收的停止位。是接收的停止位。在方式在方式0中不用中不用RB8。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行接口结构 串行接口控制寄存器 SCON（Serial Control）SCON .1-RI RI 接收中断标志（必须由软件清除）接收中断标志（必须由软件清除）在方式在方式0 0中串行接收到第中串行接收到第8 8位结束时自动置位。位结束时自动置位。在方式在方式1 1、2 2

11、、3 3中串行接收到停止位的中间时置位。中串行接收到停止位的中间时置位。1 0 1 1 0 11 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1SBUF1001 1101RxD 1 0 0 1 1 1 0 1RI=1SCON .0-TI 发送中断标志（必须由软件清除）发送中断标志（必须由软件清除）在方式在方式0中串行发送第中串行发送第8位结束时自动置位。位结束时自动置位。在方式在方式1、2、3中串行发送停止位后置位中串行发送停止位后置位第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行接口结构 电源控制寄存

12、器PCON（87H）SMODSMOD：波特率选择位。波特率选择位。例如：方式例如：方式1 1的波特率的计算公式为：的波特率的计算公式为：方式方式1 1波特率波特率=（2 2SMODSMOD/32/32）定时器定时器T1T1的溢出率的溢出率也称也称SMODSMOD位为波特率倍增位。位为波特率倍增位。T1T1常工作在方式常工作在方式2 2。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行口的工作方式及波特率 方式0-同步移位寄存器I/O波特率:fosc/12用于:扩展I/O口RXD(P3.0)端输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)送出。

13、移位输出：移位输出：方式0发送数据的原理图和工作时序如图5-13,采用74LS164串入并出移位寄存器实现，P1.0线提供片选信号（高电平有效，发送前用负脉冲复位清除74LS164的输出）。当一个数据写入串行口发送缓冲器时，串行口将8位数据以fosc/12的固定波特率从RxD引脚输出，从低位到高位。发送完成后，置中断标志TI为1，请求中断，在再次发送数据之前，必须用软件将必须用软件将TITI清零，并再清零，并再次执行写次执行写SBUFSBUF指令指令。同样的CMOS芯片：4094第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行口的工作方式及

14、波特率 方式1-同步移位寄存器I/O波特率:fosc/12用于:扩展I/O口RXD(P3.0)端输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)送出。移位输入移位输入：方式0接收数据的原理图和工作时序如图5-14所示采用74LS165并入串出移位寄存器实现，P1.0线提供控制信号，当S/L=0时，允许置入并行数据，当S/L=1时，允许数据串行移位输出。在REN=1和RI=0的条件下，接收器以fosc/12的波特率对RxD引脚输入的数据信息采样，当接收器接收完8位数据后，置中断标志RI=1为请求中断，在再次接收之前，必须用软件将在再次接收之前，必须用软件将RIRI清零清零。同样的CMOS芯片：401

15、4图图5-14 5-14 方式方式0 0输入原理图、时序输入原理图、时序第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 例题如图所示的8个LED指示灯，指示8个按键闭合状态，有键按下时对应的指示灯亮。7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行口的工作方式及波特率 方式1-同步移位寄存器I/O第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术【实现程序】SIO：MOVSCON，#10H；REN=1，RI=0，SM0=0，SM1=0，；串行口工作在方式0,且启动接收过程LOOP：CLR P1.0 ；允许并行读入按键到74LS165,S/=0 ；有按键的位读数为0 SETB P1.0

16、；允许串行移位，S/=1 CLR RI；启动接收 JNB RI，$；若RI=0，8位数据未接收完，等待 MOV A，SBUF；若RI=1，8位数据接收完，读入A CLR TI；清发送标志，准备发送 MOV SBUF，A；启动发送，输出数据位0，;将点亮对应位LED JNB TI，$；8位数据未发送完，等待 SJMP LOOP；8位数据发送完，循环7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行口的工作方式及波特率 方式1-同步移位寄存器I/O第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 图图5-16 5-16 方式方式1 1串行发送时序串行发送时序图5-17 方式1串行接收时序7.35

17、1系列单片机的串行接口 51单片机串行口的工作方式及波特率 方式1-波特率可变的10位异步通信接口波特率:波特率=(2SMOD/32)T1的溢出率用于:双机通讯一帧数据：1位起始位，8位数据位，1位停止位。TXD为数据发送端，为数据发送端，RXD为数据接收端为数据接收端。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 方式方式2 2和方式和方式3 3接收：接收：接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位0移到最左边时，当接收器接收到第9位数据后，在RI=0，且SM2=0（或接收到的第9位数据为1）时，接收到的数据装入接收缓冲器SBUF和RB8（接收数据的第9位），并置位RI，供查询

18、或向CPU请求中断如果条件不满足，则数据丢失，且不置位RI，继续搜索RXD引脚的负跳变。7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行口的工作方式及波特率 方式2、3-11位数据的异步通信方式2波特率：晶振频率的64分频或32分频方式3波特率：设置方法与方式1相同。用于:多机通讯一帧数据：1位起始位，9位数据位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TB8，接收时为RB8），1位停止位。TXD为数据发送端，为数据发送端，RXD为数据接收端为数据接收端第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 方式方式2 2和方式和方式3 3发送：发送：发送数据由发送数据由TxDTxD端输出，一帧

19、信息中的端输出，一帧信息中的9 9位数据包括位数据包括8 8位数据位位数据位(先低位先低位后高位后高位)、一位附加可控位、一位附加可控位(1(1或或0)0)。附加的第。附加的第9 9位数据为位数据为SCONSCON中的中的TB8TB8的的状态，它由软件置位或复位，可作为多机通信中地址数据信息的标状态，它由软件置位或复位，可作为多机通信中地址数据信息的标志位，也可作为数据的奇偶校验位。一个字符帧发送完毕后，自动将志位，也可作为数据的奇偶校验位。一个字符帧发送完毕后，自动将TITI位置位置“1”“1”，供查询或向，供查询或向CPUCPU请求中断。请求中断。7.351系列单片机的串行接口 51单片机

20、串行口的工作方式及波特率 方式2、3-11位数据的异步通信方式2波特率：晶振频率的64分频或32分频方式3波特率：设置方法与方式1相同。用于:多机通讯一帧数据：1位起始位，9位数据位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TB8，接收时为RB8），1位停止位。TXD为数据发送端，为数据发送端，RXD为数据接收端为数据接收端第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 串口工作方式及波特率/(bit/s)fosc/MHzSMOD定时器(T1)C/T工作方式初值方式01MHz12无关方式2375kHz121无关方式1方式362.5kHz12102FFH19.2kHz11.0592102

21、FDH9600Hz11.0592002FDH4800Hz11.0592002FAH2400Hz11.0592002F4H1200Hz11.0592002E8H7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行口的工作方式及波特率 常用波特率、晶振频率与定时器常用波特率、晶振频率与定时器(T1)的参数关系的参数关系第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行口的应用串行口初始化操作步骤分为：串行口初始化操作步骤分为：确定串行口通信方式，设置确定串行口通信方式，设置SCON寄存器；寄存器；确定确定T1的工作方式，设置的工作方式，设置TMOD寄存

22、器；寄存器；根据选定的波特率计算根据选定的波特率计算T1的初值，装载的初值，装载TH1、TL1；确定波特率倍率，设置确定波特率倍率，设置PCON寄存器中寄存器中SMOD值；值；启动启动T1（TCON中的中的TR1位置位）；位置位）；若串行口在中断方式工作时，还需要进行中断设置，对若串行口在中断方式工作时，还需要进行中断设置，对IE、IP寄存器编程。寄存器编程。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行口的应用例题使用方式1与PC机通信：通过9针RS-232异步串行接口，PC机向与单片机发送一个ASCII字符，单片机收到字符并通过7段L

23、ED显示该字符的ASCII码值，然后单片机对该字符的ASCII码值做加1处理，并回送新字符给PC机。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.351系列单片机的串行接口 51单片机串行口的应用采用查询方式的51单片机程序如下：ORG0030HSTART:MOVSP，#60HMOVSCON，#01010000B；设定串行方式：8位异步，允许接收MOVTMOD，#20H；设定计数器1为模式2ORLPCON，#10000000B；波特率加倍MOVTH1，#0F3H；设定波特率为4800MOVTL1，#0F3HSETBTR1；计数器1开始计时AGAIN:JNBRI，$；等待接收完成C

24、LRRI；清接收标志MOVA，SBUF；接收数据送缓冲区MOVP1，AINCAMOVSBUF，A；发送收到的数据JNBTI，$；等待发送完成CLRTI；清发送标志SJMPAGAINEND第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.4单片机串行扩展技术 采用串行总线进行扩展的优点在于，可以最大程度发挥最小系统的资源功能，P0口、P2口资源能直接用于I/O口；虽然没有并行总线那样大的吞吐能力，但连接线路简单，印制板面积缩小，可靠性提高；系统修改和扩展性好，可简化系统的设计。通常的串行扩展方法有两类：UART的移位寄存器方式和串行扩展总线方式。常用的串行总线：Philips公司的I2

25、C总线(两线制)Motorola的SPI总线(三线制)NS(National Semiconductor)公司的Microwire/Plus总线(三线制)Dallas公司的1-wire总线(一线制)BOSCH公司推出并被ISO认可的CAN总线。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 7.4单片机串行扩展技术 一线制：典型代表为Dallas公司推出的单总线（1-wire）两线制：典型代表为Philips公司推出的I2C（Intel Integrated Circuit BUS）总线三线制：典型代表Motorala公司推出的SPI（Serial peripheral Interfa

26、ce）、NS公司推出的Micro wire/PLUS（不包括片选线）第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 I2C(InterIntegrated Circuit)总线是由Philips公司开发的一种简单、双向、二线制、同步串行总线。它只需两根信号线（串行数据线和串行时钟线）来实现连接于总线上的器件之间的通信。由于 I2C 总线连线少、结构简单，因此被广泛应用于消费类电子产品、通信产品、仪器仪表及工业控制系统中。目前有很多半导体集成电路上都集成了 I2C 总线接口。带有 I2C 总线接口的单片机有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，M

27、ICROCHIP的PIC16C6XX系列等。I2C 总线最主要的优点：其简单性和有效性其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此 I2C 总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件；I2C 总线的另一个优点是支持多主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主控器件。一个主控器件能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控器件。I2C串行扩展总线第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 I2C总线是由数据线SDA和

28、时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控器件之间、器件与器件之间进行双向传送，最高最高传送速率传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制信息分为地址码和控制信息两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的器件电路，确定控制的种类；控制信息决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼

29、此独立，互不相关。I2C总线的结构原理如图所示。一、一、I2C总线的结构原理总线的结构原理第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的即各器件的SDA及及SCL都是线都是线“与与”关系。关系。一、一、I2C总线的结构原理总线的结构原理 第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 信号信号 I2C总线在传送数据前，主控器应发送起始信

30、号，通知从控器作好接收准备；在传送结束时，主控器应发送停止信号，通知从控器停止接收，这两个信号是启动和关闭I2C总线器件的关键信号。起始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变；停止信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变。应答信号：接收数据的从控器在接收到8位数据后，向发送数据的主控器发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向从控器发出一个信号后，等待从控器发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，判断为受控单元出现故障。主机主机 在多主机系统中，可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。为了避免混乱，I2C总线

31、要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机控制总线。在在80C5180C51单片机应用系统的串行总线扩展中，我们经常遇到的是单片机应用系统的串行总线扩展中，我们经常遇到的是以以80C5180C51单片机为主机，其它接口器件为从机的单主机情况单片机为主机，其它接口器件为从机的单主机情况。一、一、I2C总线的结构原理总线的结构原理第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 1、数据位的有效性规定、数据位的有效性规定 I2C总线进行数据传送时，总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据数据线上的数据必须保持稳定，只有在必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平

32、期间时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。平或低电平状态才允许变化。二、二、I2C总线的数据传送总线的数据传送并且并且SDASDA线上传送的数据位数必须是线上传送的数据位数必须是8 8的整倍数。每传送一个字节后必须的整倍数。每传送一个字节后必须由一个确认（应答由一个确认（应答:ACK:ACK）信号。）信号。I I2 2C C总线的时序如图所示。总线的时序如图所示。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 2、起始和终止信号、起始和终止信号 SCL线为高电平期间，线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信线由高电平向低电平

33、的变化表示起始信号；号；SCL线为高电平期间，线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止线由低电平向高电平的变化表示终止信号。信号。二、二、I2C总线的数据传送总线的数据传送 起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 连接到连接到I2C总线上的器件，若具有总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止

34、信号。对于不具备到起始和终止信号。对于不具备I2C总线硬件接口的有些单片机来说，为总线硬件接口的有些单片机来说，为了检测起始和终止信号，必须保证在每个时钟周期内对数据线了检测起始和终止信号，必须保证在每个时钟周期内对数据线SDA采样采样两次两次。接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完成一些其它工作，接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完成一些其它工作，如处理内部中断服务等，可能无法立刻接收下一个字节，这时接收器件如处理内部中断服务等，可能无法立刻接收下一个字节，这时接收器件可以将可以将SCL线拉成低电平，从而使主机处于等待状态。直到接收器件准线拉成低电平，从而使主机处于等待状态

35、。直到接收器件准备好接收下一个字节时，再释放备好接收下一个字节时，再释放SCL线使之为高电平，从而使数据传送线使之为高电平，从而使数据传送可以继续进行。可以继续进行。二、二、I2C总线的数据传送总线的数据传送第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 3、数据传送格式、数据传送格式（1）字节传送与应答）字节传送与应答 每一个字节必须保证是每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有帧共有9位）。位）。二、二、I2C总线的数据

36、传送总线的数据传送第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时（如从机正由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时（如从机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据），它在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据），它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。结束总线的数据传送。如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时，从机可以通过对无法接收的无法继续接收更多的数据时，从机可以通过对无法

37、接收的第一个数据字节的第一个数据字节的“非应答非应答”通知主机，主机则应发出终通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送。止信号以结束数据的继续传送。当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答非应答”来实现的。然后，从机释放来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主线，以允许主机产生终止信号。机产生终止信号。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术（2）数据帧格式）数据帧格式 I2C总线上传送的数据信号是广义的，

38、既包括地址信号，又包括真正的总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。数据信号。在起始信号后必须传送一个从机的地址（在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第位），第8位是数据的传送方位是数据的传送方向位（向位（R/W），用），用“0”表示主机发送数据（表示主机发送数据（T），），“1”表示主机接收数据表示主机接收数据（R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次

39、发出起始信号对另一从机进行寻址。出起始信号对另一从机进行寻址。在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：二、二、I2C总线的数据传送总线的数据传送a、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变：、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变：注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。向主机传送。A:应答，应答，/A:非应答（高电平）。非应答（高电平）。S:起始信号，起始信号，P:终止信号。终止信号。第第7章章串行通

40、信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 b、主机在第一个字节后，立即由从机读数据、主机在第一个字节后，立即由从机读数据c、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好反相。写方向位正好反相。二、二、I2C总线的数据传送总线的数据传送第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 四、总线的寻址四、总线的寻址 I2C总线协议有明确的规定：采用总线协议有明确的规定：采用7位的寻址字节（寻址字节是起始信位的寻址字节（寻址字节是起始信号后的第一个字节）。号后的第一

41、个字节）。（1）寻址字节的位定义）寻址字节的位定义 D7D1位组成从机的地址。位组成从机的地址。D0位是数据传送方向位，为位是数据传送方向位，为“0”时表时表示主机向从机写数据，为示主机向从机写数据，为“1”时表示主机由从机读数据。时表示主机由从机读数据。二、二、I2C总线的数据传送总线的数据传送主机发送地址主机发送地址时，总线上的每个从机都将这时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据R/位将自己确定为发送位将自己确定为发送器或接收器。器或接收器。从机的地址从机的地址由固

42、定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入由固定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的大数目。如一个从机的7位寻址位有位寻址位有4位是固定位，位是固定位，3位是可编程位，这时位是可编程位，这时仅能寻址仅能寻址8个同样的器件，即可以有个同样的器件，即可以有8个同样的器件接入到该个同样的器件接入到该I2C总线系统总线系统中。中。第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术（2）寻址字节中的特殊地址）寻址字节中的特殊地址 固定地址

43、编号固定地址编号0000和和1111已被保留作为特殊用途。已被保留作为特殊用途。二、二、I2C总线的数据传送总线的数据传送第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 起始信号后的第一字节的起始信号后的第一字节的8位为位为“0000 0000”时，称为通用呼叫地址。时，称为通用呼叫地址。通用呼叫地址的用意在第二字节中加以说明。格式为：通用呼叫地址的用意在第二字节中加以说明。格式为：第二字节为第二字节为 06H 06H时，所有能响应通用呼叫地址的从机器件复位，并由时，所有能响应通用呼叫地址的从机器件复位，并由硬件装入从机地址的可编程部分。能响应命令的从机器件复位时不拉低硬件装入从机地址

44、的可编程部分。能响应命令的从机器件复位时不拉低SDASDA和和SCLSCL线，以免堵塞总线。线，以免堵塞总线。第二字节为第二字节为 04H 04H时，所有能响应通用呼叫地址并通过硬件来定义其时，所有能响应通用呼叫地址并通过硬件来定义其可编程地址的从机器件将锁定地址中的可编程位，但不进行复位。可编程地址的从机器件将锁定地址中的可编程位，但不进行复位。二、二、I2C总线的数据传送总线的数据传送如果第二字节的方向位如果第二字节的方向位B B为为“1”“1”，则这两个字节命令称为硬件通用，则这两个字节命令称为硬件通用呼叫命令。呼叫命令。在这第二字节的高在这第二字节的高7 7位说明自己的地址。接在总线上

45、的智能器件，如位说明自己的地址。接在总线上的智能器件，如单片机或其他微处理器能识别这个地址，并与之传送数据。硬件主器件单片机或其他微处理器能识别这个地址，并与之传送数据。硬件主器件作为从机使用时，也用这个地址作为从机地址。格式为：作为从机使用时，也用这个地址作为从机地址。格式为：第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术（3）起始字节）起始字节 不具备不具备I2C总线接口的单片机，则必须通过软件不断地检测总线，以总线接口的单片机，则必须通过软件不断地检测总线，以便及时地响应总线的请求。单片机的速度与硬件接口器件的速度就出现便及时地响应总线的请求。单片机的速度与硬件接口器件的速度就出

46、现了较大的差别，为此，了较大的差别，为此，I2C总线上的数据传送要由一个较长的起始过程总线上的数据传送要由一个较长的起始过程加以引导。加以引导。起始字节：提供给没有起始字节：提供给没有I2C总线接口的单片机查询总线接口的单片机查询I2C总线的特殊字节。总线的特殊字节。二、二、I2C总线的数据传送总线的数据传送引导过程由起始信号、起始字节、应答位、重复起始信号（引导过程由起始信号、起始字节、应答位、重复起始信号（SrSr）组成。）组成。请求访问总线的主机发出起始信号后，发送起始字节（请求访问总线的主机发出起始信号后，发送起始字节（0000 00010000 0001），另），另一个单片机可以用一

47、个比较低的速率采样一个单片机可以用一个比较低的速率采样SDASDA线，直到检测到起始字节中线，直到检测到起始字节中的的7 7个个“0”“0”中的一个为止。在检测到中的一个为止。在检测到SDASDA线上的高电平后，单片机就可以线上的高电平后，单片机就可以用较高的采样速率，以便寻找作为同步信号使用的第二个起始信号用较高的采样速率，以便寻找作为同步信号使用的第二个起始信号SrSr。在起始信号后的应答时钟脉冲仅仅是为了和总线所使用的格式一致，并在起始信号后的应答时钟脉冲仅仅是为了和总线所使用的格式一致，并不要求器件在这个脉冲期间作应答。不要求器件在这个脉冲期间作应答。第第7章章串行通信及串行扩展技术串

48、行通信及串行扩展技术 I2C总线实际上已经成为一个国际标准在超过100 种不同的IC上实现，而且得到超过50家公司的许可。如今利用I2C总线接口的芯片很多，例如时钟芯片、EEPROM芯片，IC卡等。对于所有采用I2C总线接口的芯片其使用方法基本类似，基本思路都是对具有I2C总线的芯片进行读、写操作。主机可以采用不带I2C总线接口的单片机，如80C51、AT89C2051等单片机，利用软件实现I2C总线的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟。三、三、I2C串行扩展应用实例串行扩展应用实例 1 1、典型信号模拟、典型信号模拟 为了保证数据传送的可靠性，标准的为了保证数据传送的可靠性，标准的I2CI

49、2C总线的数据总线的数据传送有严格的时序要求。传送有严格的时序要求。I2CI2C总线的起始信号、终止信号、总线的起始信号、终止信号、发送发送“0”“0”及发送及发送“1”“1”的模拟时序的模拟时序：第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 三、三、I2C串行扩展应用实例串行扩展应用实例 二、典型信号模拟子程序二、典型信号模拟子程序（1 1）起始信号）起始信号Void I2CStart(void)SDA=1;SomeNop();SCL=1;SomeNop();SDA=0;SomeNop();SCL=0;SomeNop();（2）终止信号）终止信号void I2CStop(void)

50、SDA=0;SomeNop();SCL=1;SomeNop();SDA=1;SomeNop();SCL=0;SomeNop();第第7章章串行通信及串行扩展技术串行通信及串行扩展技术 本节以AT24CXX系列芯片为例，介绍80C51单片机如何实现对I2C总线接口芯片的读、写操作。AT24CXX系列是具有I2C总线标准的E2PROM存储器。由于在I2C总线上可以连接多个器件，因此每个器件应该有唯一的器件地址，I2C总线规定：器件地址为7位（即一个I2C总线系统中理论上可以连接128个不同地址的器件）数据和1位读/写（R/W）方向控制。D7D4：器件型号识别，不同的I2C总线接口器件的型号地址由生