1串行總線擴展技術

SPI總線I2C總線2I2C總線I2C總線是Philips公司開發(fā)的一種雙向兩線串行總線，以實現(xiàn)集成電路之間的有效控制。目前，Philips及其它半導體廠商提供了大量的含有I2C總線的外圍接口芯片，I2C總線已成為廣泛應用的工業(yè)標準之一。標準模式下，基本的I2C總線規(guī)范的規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為100kb/s?？焖倌Ｊ较?，數(shù)據(jù)傳輸速率為400KB/s。高速模式下，數(shù)據(jù)傳輸速率為3.4Mb/s。3I2C總線

I2C總線始終和先進技術保持同步，并保持其向下兼容性。I2C總線采用二線制傳輸，一根是數(shù)據(jù)線SDA（SerialDataLine），另一根是時鐘線SCL（serialclockline），所有I2C器件都連接在SDA和SCL上，每一個器件具有一個唯一的地址。

I2C總線是一個多主機總線，總線上可以有一個或多個主機（或稱主控制器件），總線運行由主機控制。I2C總線支持多主（multi-mastering）和主從（master-slave）兩種工作方式。

4I2C總線主機是指啟動數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)起始信號）、發(fā)出時鐘信號、發(fā)出終止信號的器件。通常，主機由單片機或其它微處理器擔任。被主機訪問的器件叫從機（或稱從器件），它可以是其它單片機，或者其他外圍芯片，如：A/D、D/A、LED或LCD驅動、串行存儲器芯片。5I2C總線多主方式下，I2C總線上可以有多個主機。I2C總線需通過硬件和軟件仲裁來確定主機對總線的控制權。主從工作方式時，系統(tǒng)中只有一個主機，總線上的其它器件均為從機（具有I2C總線接口），只有主機能對從機進行讀寫訪問，因此，不存在總線的競爭等問題。在主從方式下，I2C總線的時序可以模擬，I2C總線的使用不受主機是否具有I2C總線接口的制約。

——MCS-51系列單片機本身不具有I2C總線接口，可以用其I/O口線模擬I2C總線

6I2C總線單主機系統(tǒng)I2C總線擴展示意圖

7I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸

標準模式和快速模式下器件連接到I2C總線的形式

雙向5~10k負載能力為400pf

8I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸（一）數(shù)據(jù)位的傳送

I2C總線上主機與從機之間一次傳送的數(shù)據(jù)稱為一幀。由啟動信號、若干個數(shù)據(jù)字節(jié)、應答位和停止信號組成。數(shù)據(jù)傳送的基本單元為一位數(shù)據(jù)。時鐘線SCL的一個時鐘周期只能傳輸一位數(shù)據(jù)。在SCL時鐘線為高電平期間內，數(shù)據(jù)線SDA上的數(shù)據(jù)必須穩(wěn)定。當SCL時鐘線變?yōu)榈碗娖綍r，數(shù)據(jù)線SDA的狀態(tài)才能改變。9I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸（二）啟始和停止狀態(tài)起始（START）狀態(tài)：I2C總線傳輸過程中，當時鐘線SCL為高電平時，數(shù)據(jù)線SDA出現(xiàn)高電平到低電平跳變時，標志I2C總線傳輸數(shù)據(jù)開始。停止（STOP）狀態(tài)：I2C總線傳輸過程中，當時鐘線SCL為高電平時，數(shù)據(jù)線SDA出現(xiàn)低電平到高電平跳變時，標志著I2C總線傳輸數(shù)據(jù)結束。起始和停止狀態(tài)是由主機發(fā)出

10I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸（三）傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)線SDA上的每個字節(jié)必須為8位

每次傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)不受限制。每個字節(jié)后必須跟一個應答（acknowledge）位。數(shù)據(jù)傳輸時，首先傳送最高位，如圖10.5所示，如果從機暫時不能接收下一個字節(jié)數(shù)據(jù)，如從機響應內部中斷，那么，可以使時鐘線SCL保持為低電平，迫使主機處于等待狀態(tài)；當從機準備就緒后，再釋放時鐘線SCL，使數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進行。

11I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸（四）應答I2C協(xié)議規(guī)定，在每個字節(jié)傳送完畢后，必須有一個應答位。應答位的時鐘脈沖由主機產(chǎn)生。在應答時鐘有效期間，發(fā)送設備把數(shù)據(jù)線SDA置為高電平；接收設備必須把數(shù)據(jù)線SDA置為低電平，并且在此期間保持低電平狀態(tài)，以便產(chǎn)生有效的應答信號。12I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸（五）數(shù)據(jù)傳輸格式在起始狀態(tài)S之后，先發(fā)送一個7位從機地址，接著第8位是數(shù)據(jù)方向位,＝0表示發(fā)送(寫)，＝1表示請求數(shù)據(jù)(讀)。一次數(shù)據(jù)傳輸總是由主機產(chǎn)生停止狀態(tài)P而結束。但是，如果主機還希望在總線上傳輸數(shù)據(jù)，那么，它可以產(chǎn)生另一個起始狀態(tài)和尋址另一個從機，不需要先產(chǎn)生一個停止狀態(tài)。在這種傳輸方式中，就可能有讀寫方式的組合。13I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸在I2C總線啟動或應答信號后的第1~8個時鐘脈沖，對應一個字節(jié)的8位數(shù)據(jù)傳送。高電平期間，數(shù)據(jù)串行傳送；低電平期間為數(shù)據(jù)準備，允許總線上數(shù)據(jù)電平變化。一旦I2C總線啟動，傳送的字節(jié)數(shù)沒有限制，只要求每傳送一個字節(jié)后，對方回應一個應答位。發(fā)送時，最先發(fā)送的是數(shù)據(jù)的最高位。每次傳送開始有起始信號，結束時有停止信號。傳送完一個字節(jié)，可以通過對時鐘線的控制使傳送暫停。（五）數(shù)據(jù)傳輸格式14I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸在I2C總線上，傳輸數(shù)據(jù)可能的數(shù)據(jù)格式：（五）數(shù)據(jù)傳輸格式（1）主機發(fā)送器發(fā)送到從機接收器。數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较虿蛔兓?/p>

1510.1.2I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸（2）在第一個字節(jié)后主機立即讀從機。

在I2C總線上，傳輸數(shù)據(jù)可能的數(shù)據(jù)格式：（五）數(shù)據(jù)傳輸格式1610.1.2I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸（3）組合格式在I2C總線上，傳輸數(shù)據(jù)可能的數(shù)據(jù)格式：（五）數(shù)據(jù)傳輸格式17I2C總線的尋址每個連接在I2C總線的器件，都具有一個唯一確定的地址。在任何時刻，I2C總線上只能有一個主機對總線實行控制權，分時地實現(xiàn)點對點的數(shù)據(jù)傳送。器件（從機）的地址由7位組成，它與1位方向位構成了I2C總線數(shù)據(jù)傳輸時起始狀態(tài)S之后第1個字節(jié)。

從機地址由固定位和可編程位組成。固定位由器件出廠時給定，用戶不能自行設置，它是器件的標識碼。18SPI總線擴展技術

SPI（SerialPeripheralInterface）總線是Motorola公司提出的一種同步串行外設接口，它可以使微控制器（MCU）與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。外圍設備包括FLASHRAM、網(wǎng)絡控制器、LCD顯示驅動器、A/D轉換器和微控制器等。SPI總線使用同步協(xié)議傳送數(shù)據(jù)，接收或發(fā)送數(shù)據(jù)時由主機產(chǎn)生的時鐘信號控制。SPI接口可以連接多個SPI芯片或裝置，主機通過選擇它們的片選來分時訪問不同的芯片。19SPI總線

（一）SPI總線構成MOSI（MasterOutSlaveIn）：主機發(fā)送從機接收。

MISO（MasterInSlaveOut）：主機接收從機發(fā)送SCLK或SCK（SerialClock）：串行時鐘(ChipSelectfortheperipheral)：外圍器件的片選。有的微控制器設有專用的SPI接口的片許，稱為從機選擇（）。

MOSI(SI或SDI)信號由主機產(chǎn)生，接收者為從機；ISO(SO或SDO)信號由從機發(fā)出；CLK或SCK由主機發(fā)出，用來同步數(shù)據(jù)傳送；片選信號也由主機產(chǎn)生，用來選擇從機芯片或裝置。20SPI總線（二）SPI總線信號線基本連接關系：

SPI總線系統(tǒng)有以下幾種形式：1個主機和多個從機、多個從機相互連接構成多主機系統(tǒng)(分布式系統(tǒng))、1個主機與1個或幾個I/O設備構成的系統(tǒng)等。2110.2.1SPI總線（三）主從方式SPI總線接口系統(tǒng)的典型結構 （1）在大多數(shù)應用場合，可使用1個微控制器作為主控機來控制數(shù)據(jù)傳送，并向1個或幾個外圍器件傳送數(shù)據(jù)。從機只有在主機發(fā)命令時才能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。（2）當一個主機通過SPI與多個芯片相連時，必須使用每個芯片的片選，這可通過MCU的I/O端口輸出線來實現(xiàn)。22SPI總線多通道串行輸出A/D芯片TLC1543

由通道選擇器、數(shù)據(jù)（地址和命令字）輸入寄存器、采樣/保持電路、