1、第十三章 常見串行總線,河工科技 甕嘉民制作,第十三章 常見串行總線,第三節(jié) 單總線溫度傳感器DS18B20,第二節(jié) SPI總線及其應(yīng)用,第一節(jié) I C總線及其應(yīng)用,2,本章主要講述了I2C、SPI和單總線三種單片機(jī)串行接口總線 及其典型芯片24C02、DS1302和DS18B20的應(yīng)用。,一、I2C總線簡介,第一節(jié) I C總線及其應(yīng)用,I2C總線是由PHILIPS公司開發(fā)一種簡單、雙向二線制同步串行總線。,1I2C總線的主要特點,（1）總線只有兩根線，即串行時鐘線（SCL）和串行數(shù)據(jù)線（SDA。 （2）每個連接到總線上的都有一個用于識別的器件地址，器件地址由芯片 內(nèi)部硬件電路和外部地址引腳同

2、時決定，避免了片選線的連接方法，并建立簡單的 主從關(guān)系，每個器件既可以作為發(fā)送器，又可以作為接收器。 （3）同步時鐘允許器件以不同的波特率進(jìn)行通信。 （4）同步時鐘可以作為停止或重新啟動串行口發(fā)送的握手信號。 （5）串行的數(shù)據(jù)傳輸位速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbps，快速模式下可達(dá)400kbps， 高速模式下可達(dá)3.4Mbps。,2,2I C總線的基本結(jié)構(gòu),圖13-1 I2C總線的基本結(jié)構(gòu),2,3. I C總線信息傳送,2,圖13-2 I2C總線信息傳送圖,開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。 結(jié)束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)

3、據(jù)。 開始信號和結(jié)束信號之間傳送的是信息，信息的字節(jié)數(shù)沒有限制，但每個 字節(jié)必須為8位，高位在前，低位在后。數(shù)據(jù)線SDA上每一位信息狀態(tài)的 改變只能發(fā)生在時鐘線SCL為低電平的期間,器件地址碼格式,I2C總線器件AT24CXX系列器件的地址為1010,4. I2C總線讀、寫操作,（1）當(dāng)前地址讀,（2）指定單元讀,（3）指定單元寫,二、AT24C02存儲器的軟硬件設(shè)計,1. AT24C02簡介,AT24C02是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM， 它內(nèi)含2568位存儲空間,圖13-3 AT24C02,SCL：串行時鐘線。這是一個輸入管腳，用于形成器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。

4、SDA：串行數(shù)據(jù)/地址線。它是一個雙向傳輸線，用于傳送地址和所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或 接收。它是一個漏極開路端，因此要求接一個上拉電阻到Vcc端（速率為100KHz時 電阻為10K，400KHz時為1K）。對于一般的數(shù)據(jù)傳輸，僅在SCL為低電平期間 SDA才允許變化。SCL為高電平期間，留給開始信號（START）和停止信號（STOP）。 A0、A1、A2：器件地址輸入端。這些輸入端用于多個器件級聯(lián)時設(shè)置器件地址， 當(dāng)這些腳懸空時默認(rèn)值為0（CAT24WC01除外）。 WP：寫保護(hù)。如果WP管腳連接到VCC，所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)（只能讀）。 當(dāng)WP管腳連接到VSS或懸空，允許對器件進(jìn)行正常的讀/寫操作。

5、 VCC：電源線。VSS：地線。,2. AT24C02寫操作 （1）字節(jié)寫,（2）頁寫,圖13-5 頁寫時序,（3）應(yīng)答查詢 如果AT24C02/04/08/16 正在進(jìn)行內(nèi)部寫操作，不會發(fā)送應(yīng)答信號。如果 AT24C02/04/08/16 已經(jīng)完成了內(nèi)部自寫周期，將發(fā)送一個應(yīng)答信號， 主器件可以繼續(xù)進(jìn)行下一次讀寫操作。 （4）寫保護(hù) 當(dāng)WP管腳接高電平時，整個寄存器區(qū)全部被保護(hù)起來而變?yōu)橹豢勺x取。,3. AT24C02讀操作,（1）立即地址讀,（2)選擇讀,（3）連續(xù)讀。,圖13-7 選擇讀時序,4. 24C02應(yīng)用舉例 例13.1 利用單片機(jī)將數(shù)據(jù)串“0 x7e,0 xbd,0 xdb,0

6、 xe7,0 xdb,0 xbd,0 x7e,0 xff” 寫入AT24C02，然后依次將其讀出并送P0口和P2進(jìn)行顯示。 試用C語言編寫程序，并用Proteus仿真。 解： 硬件仿真設(shè)計如圖13-9所示，其所需元件如表13-1所列。,圖13-9 AT24C02讀寫原理圖和仿真效果圖,一、SPI總線簡介 SPI總線又稱為同步串行外設(shè)接口，是一種符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、全雙工、三線或 四線通信方式的總線系統(tǒng)。它允許MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信。 在SPI接口中，數(shù)據(jù)的傳輸需要一條時鐘線，一條數(shù)據(jù)線和一條控制線 （有些芯片需要兩條控制線）。SPI可以工作在主模式下或從模式下。 在主模式下每位數(shù)據(jù)發(fā)

7、送/接收需要一個時鐘周期。,第二節(jié) SPI總線及其應(yīng)用,二、DS1302實時時鐘芯片 1DS1302的主要性能指標(biāo),（1）DS1302實時時鐘具有能計算2100年之前的秒、分、時、日、日期、星期、 月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力。 （2）內(nèi)部含有31個字節(jié)靜態(tài)RAM，可提供用戶訪問。 （3）采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，使得管腳數(shù)量最少，簡單3 線接口。 （4）工作電壓范圍寬：2.05.5V。（5）工作電流：2.0V時，小于300nA。 （6）時鐘或RAM數(shù)據(jù)的讀/寫有兩種傳送方式：單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送方式。 （7）采用8腳DIP封裝或SOIC封裝。（8）與TTL兼容，Vcc=5V。,（9）可選工

8、業(yè)級溫度范圍：-40C+85C。 （10）具有涓流充電能力。 （11）采用主電源和備份電源雙電源供應(yīng)。 （12）備份電源可由電池或大容量電容實現(xiàn)。,2引腳功能 DS1302的引腳如圖13-10所示。 其中： X1、X2：32.768KHz晶振接入引腳。GND：地。,RST：復(fù)位引腳，低電平有效。I/O：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，具有三態(tài)功能。 SCLK：串行時鐘輸入引腳。Vcc1：工作電源引腳。Vcc2：備用電源引腳。,圖13-10 DS1302引腳圖,3DS1302的寄存器及片內(nèi)RAM DS1302有一個控制寄存器、12個日歷、時鐘寄存器和31個RAM。,（1）控制寄存器,表13-2 日歷、時鐘寄

9、存器的選擇,（2）日歷、時鐘寄存器,表13-3 日歷、時鐘寄存器的格式,DS1302共有12個寄存器，其中有7個與日歷、時鐘相關(guān)， 存放的數(shù)據(jù)為BCD碼形式。, 數(shù)據(jù)都以BCD碼形式。 小時寄存器的D7位為12小時制/24小時制的選擇位，當(dāng)為1時選12小時制， 當(dāng)為0時選24小時制。當(dāng)12小時制時，D5位為1是上午，D5位為0是下午， D4為小時的十位。當(dāng)24小時制時，D5、D4位為小時的十位。 秒寄存器中的CH位為時鐘暫停位，當(dāng)為1時鐘暫停，為0時鐘開始啟動。 寫保護(hù)寄存器中的WP為寫保護(hù)位，當(dāng)WP=1，寫保護(hù)，當(dāng)WP=0未寫保護(hù)， 當(dāng)對日歷、時鐘寄存器或片內(nèi)RAM進(jìn)行寫時WP應(yīng)清零，當(dāng)對日

10、歷、 時鐘寄存器或片內(nèi)RAM進(jìn)行讀時WP一般置1。 慢充電寄存器的TCS位為控制慢充電的選擇，當(dāng)它為1010才能使慢充電工作。 DS為二極管選擇位。DS為01選擇一個二極管，DS為10選擇二個二極管， DS為11或00充電器被禁止，與TCS無關(guān)。RS用于選擇連接在VCC2與VCC1之間的電阻， RS為00，充電器被禁止，與TCS無關(guān)，電阻選擇情況見表.13-4所列。,表13-4 RS對電阻的選擇,（3） 片內(nèi)RAM DS1302 片內(nèi)有31個RAM單元，對片內(nèi)RAM的操作有兩種方式：單字節(jié)方式和多字節(jié)方式。 當(dāng)控制命令字為C0HFDH時為單字節(jié)讀寫方式，命令字中的D5D1用于選擇對應(yīng)的 RAM

11、單元，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。當(dāng)控制命令字為FEH、FFH時為 多字節(jié)操作（表13-2中的RAM突發(fā)模式），多字節(jié)操作可一次把所有的RAM單元 內(nèi)容進(jìn)行讀寫。FEH為寫操作，F(xiàn)FH為讀操作。,（4）DS1302的輸入輸出過程 DS1302通過,引腳驅(qū)動輸入輸出過程，當(dāng)置,高電平啟動輸入輸出過程，在SCLK時鐘的控制下，首先把控制命令字寫入 DS1302的控制寄存器，其次根據(jù)寫入的控制命令字，依次讀寫內(nèi)部寄存器 或片內(nèi)RAM單元的數(shù)據(jù)，對于日歷、時鐘寄存器，根據(jù)控制命令字， 一次可以讀寫一個日歷、時鐘寄存器，也可以一次讀寫8個字節(jié)，對所有的 日歷、時鐘寄存器（表13-2中的時鐘突發(fā)模式）

12、，寫的控制命令字為0BEH， 讀的控制命令字為0BFH；對于片內(nèi)RAM單元，根據(jù)控制命令字，一次可讀寫 一個字節(jié)，一次也可讀寫31個字節(jié)。當(dāng)數(shù)據(jù)讀寫完后，,變?yōu)榈碗娖浇Y(jié)束輸入輸出過程。無論是命令字還是數(shù)據(jù)，一個字節(jié)傳送時都是 低位在前，高位在后，每一位的讀寫發(fā)生在時鐘的上升沿。,4. DS1302應(yīng)用舉例 例13.2 利用DS1302設(shè)計一個數(shù)字時鐘，通過8位共陽數(shù)碼管將時分秒顯示出來。 試用C語言編寫程序，并用Proteus仿真。 解： 硬件仿真設(shè)計如圖13-11所示，其所需元件如表13-5所列。,圖13-11 DS1302數(shù)字時鐘原理圖和仿真效果圖,第三節(jié) 單總線溫度傳感器DS18B20,

13、一、DS18B20簡介 DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1Wire， 即單總線器件,1DS18B20產(chǎn)品的特點 （1）只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 （2）在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 （3）實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 （4）測量溫度范圍在55。C到125。C之間。 （5）數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。 （6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。,2DS18B20的引腳介紹,圖13-12 DS18B20各種封裝引腳圖,表13-6DS18B20詳細(xì)引腳功能描述,3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu),圖13-13 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu),MSB LSB,表13-7 配置寄存器與分辨率關(guān)系表,高速暫存器是一個9字節(jié)的存儲器，分配如下：,4DS18B20的使用方法,（1）DS18B20復(fù)位時序,圖13-14 DS18B20的復(fù)位時序,（2）DS18B20的讀時序,圖13-15 DS18B20的讀時序,(3) DS18B20的寫時序,圖13-16 DS18B20的寫時序,二、DS18B20應(yīng)用舉例 例13.3 利用DS18B20設(shè)計一個溫度計，通過LCD1602間接方式將 當(dāng)前溫度顯示出來。試用C語言編寫程序，并用Proteus仿真。 解： 硬件仿真設(shè)計如圖13-