单片机串行扩展.ppt

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1、第六部分单片机的串行扩展,系统扩展是指单片机内部各功能部件不能满足应用系统要求时，在片外连接相应的外围新片以满足应用系统要求。80C51系列单片机有很强的外部扩展能力，外围扩展电路芯片大多是一些常规芯片。扩展电路及扩展方法较典型、规范。,80C51系统扩展有程序存储器（ROM）扩展，数据存储器（RAM）扩展，I/O口扩展，中断系统扩展以及其他特殊功能扩展。,单片机系统扩展方法有并行扩展和串行扩展法。,并行扩展是指利用单片机的三总线（AB、DB、CB）进行的系统扩展（见第五部分）；,串行扩展是指利用SPI三总线、IC双总线、单总线 等进行的串行系统扩展。,6.1 概述,缺点：速度慢，在需要高速的

2、场合要用并行扩展。,优点：串行接口器件体积小；与单片机接口的I/O口线少。,串行扩展的特点：,在器件之间采用两根信号线（SDL,SCL）进行信息传送并允许若干兼容器件共享的数据总线，称为IC总线。,SDA传输双向的数据；SCL线用来传输时钟信号，用来同步串行数据线上的数据。,一、IC公用双总线结构（飞利浦公司）,挂接在IC总线的器件，根据功能可分为：主控器件和从控器件。,主控器件：控制总线存取，产生串行时钟信号，并产生启动传送及结束传送的器件，总线必须有一个主控器件。,从控器件：在总线上被主控器件寻址的器件，它们根据主控器件的命令来接收和发送数据。,6.2 串行扩展概述,多个器件之间连接使数据

3、线SDA为“与”的关系，即只要其中一个器件输出0，即可使SDA数据线为0。,在有多个器件组成的I2C总线系统中，可能存在多个主器件。因此，I2C总线系统是一个允许多主的系统。,I2C数据传输协议：只有当总线不忙时（SDA与SCL均为高电平），数据传输才开始；数据传输期间，无论何时串行时钟线为高，串行数据线必须保持稳定；当串行时钟线为高时，串行数据线将认为此时传送的开始或停止。,I2C总线定义的总线条件有：,1.总线不忙：,2.开始传输数据：,3.停止传输数据：,SCL和SDA保持高电平。,在SCL1时，SDA发生一个高到底的跳变。,在SCL1时，SDA发生一个低到高的跳变。,4.数据有效：SC

4、L保持高电平期间，当SDA稳定后，串行数据线的状态表示数据线是有效的。,5.数据变化：SCL保持低电平期间，SDA数据线的状态才可以发生变化。,在I2C总线上传输的数据有两种方式：主发送从接收、从发送主接收。它们是由起始信号后的第一个字节的最低位决定。1表示主器件读数据，0表示主器件写数据）。,主发送从接收（主器件为写数据）：,主器件产生起始信号后，发送的第一个字节为从地址（该地址的前7位字节为从器件的片选信号，最低位决定数据的传输方向位）此时该位是0。,从器件每接收一个数据字节后，都返回一个应答信号（ASK=0）,从发送主接收（主器件为读数据）：,从器件在接收到主器件发送的从地址和为1的方向

5、位后，返回一个应答信号（ASK=0）,接着从器件发送数据到主器件，主器件每接收一个数据字节后，都返回一个应答信号（ASK=0）：,在接收从器件最后一个字节后，主器件发送一个非应答信号（ASK=1），终止从器件继续发送。从器件发送的数据可以是单字节，也可以是一串数据。,（1）A0、A1、A2：片选或页面选择地址输入。,1、二线制I2C E2PROM AT24CXX系列的扩展,AT24C01(A)/02/04/08/16 E2ROM存储器都是8个引脚。存储容量为1K/2K/4K/8K/16K bits。,（2）GND：地线。,6.3 单片机的外部串行扩展,一、串行扩展E2PROM,AT24C01(

6、A)/02/04/08/16的封装形式,AT24C04与单片机的扩展,模拟实现I2C接口,（3）SDA：串行数据（/地址）I/O端，用于串行数据的 输入/输出。,（4）SCL：串行时钟输入端，用于输入/输出数据的同步。,（5）WP：写保护，用于硬件数据的保护。,（6）VCC：电源电压，接+5V。,AT24CXX SDA和SCL时钟关系,AT24CXX启动和停止信号,应答信号,AT24CXX立即地址读,其中：1010为EEPROM的编码；XXX为AT24CXX的地址编号。,在I2C总线上最多可以连接8个AT24C01/02，4个AT24C04，2个AT24C08，1个AT24C16。,AT24C

7、XX立即地址读,AT24CXX随机读,AT24CXX顺序读,AT24C01(A)/02/04/08/16字节写,AT24C01(A)/02/04/08/16页面写,START:;开始位;传入参数：无;返回值：无SETB SDASETB SCLNOP NOP CLR SDANOPNOP NOP NOP CLR SCLRET,STOP:;停止位;传入参数：无;返回值：无CLR SDANOP NOP SETB SCLNOP NOP NOP NOP SETB SDA NOPRET,SHIN:;从AT24Cxx移入数据到MCU;传入参数：无;返回值：R7-移入的数据USING0CLR AMOV R6,A

8、SHIN_LP:SETB SCLMOV A,R7ADD A,ACCMOV R7,AMOV C,SDACLR ARLC AORL AR7,ACLR SCLINC R6CJNE R6,#08H,SHIN_LP;共8位，判断是否完成RET,SHOUT:;从MCU移出数据到AT24Cxx;传入参数：R7-要移出的数据;返回值：C-AT24Cxx的应答位USING0CLR AMOV R6,ASHOUT_LP:MOV A,R7;循环移入8个位RLC AMOV SDA,CNOP SETB SCLNOP NOP CLR SCLMOV A,R7ADD A,ACCMOV R7,AINC R6CJNE R6,#08

9、H,SHOUT_LP;共8位，判断是否完成SETB SDA;读取应答NOP NOP SETB SCLNOP NOP NOP MOV C,SDA;保存应答位到CCLR SCLRET,READ_RANDOM:;在指定地址读取;传入参数：R7-地址;返回值：R7-读入的数据USING0MOV R5,AR7;暂存地址LCALLSTARTMOV R7,#OP_WRITE;写入器件地址和写入命令LCALLSHOUTMOV R7,AR5;写入地址LCALLSHOUTLCALLREAD_CURRENT;在当前地址读取RET,READ_CURRENT:;在当前地址读取;传入参数：无;返回值：R7-读出的数据US

10、ING0LCALLSTARTMOV R7,#OP_READ;写入器件地址和读取命令LCALLSHOUTLCALLSHIN;读取数据，保存在R7LCALLSTOPRET,WRITE_BYTE:;在指定地址写入数据;传入参数：R7-写入数据的地址;传入参数：R5-要写入的数据;返回值：无USING0MOV R4,AR7LCALLSTARTMOV R7,#OP_WRITE;写入器件地址和写命令LCALLSHOUTMOV R7,AR4;地址LCALLSHOUTMOV R7,AR5;数据LCALLSHOUTLCALLSTOPMOV R7,#10;写入周期,延时10msLCALLDELAYMS,2、利用S

11、PI扩展E2PROM,SPI是三线总线结构的一个同步外围接口，允许单片机与各种外围设备以串行方式进行通讯。特点：,主从机工作方式；,可程控的主机位传送频率、时钟极性和相位；,发送完成中断标志；,写冲突保护标志。,全双工、三线同步传送；,在SPI设置为主机方式时，MISO是主机的数据输入线，MOSI是主机的数据输出线；设置为从机时，MISO是从机的数据输出线，MOSI是从机的数据输入线。,（1）、串行数据线（MISO，MOSI）,主机输入/从机输出数据线MISO和主机输出/从机输入数据线MOSI，用于串行数据的发送和接收。数据发送时，先传高位，后传低位。,（2）、串行时钟线SCLK,串行时钟线用

12、于同步从MISO和MOSI引脚输入和输出的数据的传输。在SPI设置为主机方式时，SCLK为输出；设置为从机方式时，SCLK为输入。,（3）、从机选择/SS在从机方式时，/SS脚是输入端，用于使能SPI从机进行数据传送；在主机方式时/SS一般为高电平。,高位数据,低位数据,1）串行E2PROM的特点及引脚,93C46是6416位串行存取的电擦除可编程只读存储器。特点：在线改写数据和自动擦除功能；调电数据不丢失；输入、输出与TTL兼容；片内可产生擦除和写入时的电压；片内有控制和定时发生器；具有整体编程允许和截至功能。,CS:片选信号。高电平有效。用CS下降沿启动片内 定时器，开始读写操作。启动后，

13、与CS信号上电平无关。,CLK：串行数据时钟信号输入端。频率位0250KHZ。,DI：串行数据输入端。,DO：串行数据输出端。擦除时，DO引脚可作为擦写状态指示，即忙闲信号。,ORG：结构端。当接到VCC或悬空时，芯片为16位存储器结构；接到VSS时，选择8位存储器结构。在时钟频率低于1MHZ，ORG悬空。,2）指令系统：读指令，写指令，擦除指令，擦除整片存储器指令，写整个存储器指令，擦写允许指令,读指令时序,写指令时序,擦除指令时序,擦除整片指令时序,3）与单片机的接口,取反,目的是双向传输数据,片选,1，读入数据；0操作码、地址、数据进入C46,二、串行扩展I/O口,1、利用SPI扩展I/

14、O口,（1）扩展并行输出口,（2）扩展并行输入口,2、利用I2C扩展I/O口,（1）PCF8574是一种CMOS电路，具有I2C接口和8位准双向口。它在I2C总线中仅作从器件。具有低的电流损耗，具有中断逻辑线。3只硬件地址引脚最多挂接8个PCF8574。,SDA：串行数据线，双向,SCL：串行时钟线，输入,P7P0：8位准双向口。上电复位为高电平。在做输入时，应置高电平。,A0A2：地址输入线,/INT：中断输出，低电平有效,（2）PCF8574的寻址方式及操作,控制字节和器件寻址,读，写,应答,开始信号,控制字节,选中某一片,（a）为PCF8574器件控制字节，（b）为PCF8474A控制字

15、节,读操作,写操作,（3）PCF8574应用和编程,作扩展8位输入口,A0，A1，A2接地了,扩展8位输出口,输出显示,A0，A1，A2接地了,作扩展4位输入和4位输出口。,中断悬空,输入开关量,输出显示,TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片，通过SPI接口与单片机连接，从CLK输入的频率最高可达1.1MHz。,1、8位串行A/D转换器TLC549,TLC549具有4MHz的片内系统时钟，片内具有采样保持电路，A/D转换时间最长17s，最高转换速率为40000次/s。,TLC549的电源范围为+3V+6V，功耗小于15Mw,总失调误差最大为0.5LSB，适用于电池供电的

16、便携式仪表及低成本高性能的系统中。,三、串行扩展A/D、D/A等,REF+：正基准电压输入端，2.5VREF+VCC+0.1V。,(1)、引脚功能,REF-：负基准电压输入端，-0.1VREF-2.5V，且要求REF+REF-1V。,在要求不高时，也可将REF-接地，REF+接VCC。,AIN：模拟信号输入端，0AINVCC，当AINREF+时，转换结果为全1(FFH)，AINREF-时，转换结果为全“”（00H）。,/CS：芯片选择输入端，低电平有效。,DO：数据串行输出端，输出时高位在前，低位在后。,CLK：外部时钟输入端，最高频率可达1.1MHz。,(2)、TLC549的时序,当/CS变

17、为低电平时，TLC549芯片被选中，同时前次转换结果的最高有效位MSB(A7)自DO端输出；,接着自CLK端输入个外部时钟信号，前个CLK信号是配合TLC549输出上次转换结果的A6-A0 位，并为本次转换做准备：,在第个CLK信号由高至低的跳变之后，片内采样/保持电路对输入模拟量采样开始，第个CLK信号的下降沿使片内采样/保持电路进入保持状态并启动A/D开始转换。,转换时间为36个系统时钟周期，最大为17uS。A/D转换完成前的这段时间内，TLC549的控制逻辑要求：或者/CS保持高电平，或者CLK时钟端保持36个系统时钟周期的低电平。,由此可见，在TLC549的CLK端输入个外部时钟信号期

18、间需要完成以下工作：读入前次A/D转换结果；对本次转换的输入模拟信号采样并保持；启动本次A/D转换。,利用TLC549转换器设计一个简易数字电压表，用4位LED显示器将被测电压显示出来。,将TLC549的/CS、CLK、DO接到单片机的三条I/O口线，REF+、REF-直接接到Vcc、GND，模拟输入AIN接电位器的中心抽头，调节电位器即可改变被测输入电压值。,sbit CLK=P11;/时钟sbit DO=P12;/数据输出sbit CS=P10;/片选信号uchar TLC549_ADC(void)uchar i,tmp;CS=1;CLK=0;CS=0;_nop_();_nop_();fo

19、r(i=0;i 8;i+)tmp=1;tmp|=DO;CLK=1;_nop_();CLK=0;CS=1;for(i=17;i!=0;i-)_nop_();return(tmp);,CS BIT P1.0CLOCK BIT P1.1DO BIT P1.2MEM EQU 30H ORG 0050HSTAR:SETB CS;CS CLR CLOCK;CLOCK MOV R5,#00H;#模数转换 CLR CS NOP;参见datasheet的时序表 NXT:MOV C,DO SETB CLOCK NOP RLC A CLR CLOCK INC R5 CJNE R5,#8,NXT MOV R5,#00

20、H SETB CS MOV MEM,A;转换结果放于MEM,1、TLC5615的内部结构和引脚功能 TLC5615 是SPI接口的10位电压输出的D/A转换器，通过3根串行总线就可以完成10 位数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器或单片机接口，适用于电池供电的测量仪表、移动电话以及工业控制场合。其主要特点如下：,（1）5V单电源工作；（2）3线串行接口；（3）DAC输出的最大电压为2倍基准输入电压；（4）上电时内部自动复位，确保可以重复启动；（5）功耗低，最大功耗为1.75mW。,二、串行D/A转换器TLC5615,模拟地,串行二进制数输入端,串行时钟输入端,芯片选择,低有效,菊花链的串行

21、数据输出端（用于多芯片的级联）,基准电压输入端,DAC 模拟电压输出端,正电源电压端,2、TLC5615的时序 当/CS为低电平时，在每一个SCLK时钟的上升沿从DIN 引脚移入一位数据，高位在前，低位在后。经16个时钟后，/CS 的上升沿将16位移位寄存器的10 位有效数据锁存到10位DAC寄存器,供DAC电路进行转换。,#include#include#include typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;sbit CS=P37;/*DA片选信号*/sbit SCLK=P36;/*DA时钟信号*/sbit DIN=P35

22、;/*数字数据输入*/void delay(uint us);/*延时子函数*/void dac_5615(uint data_in);void delay(uint us)uchar i;while(us-)for(i=0;i125;i+);/*函 数 名：dac_5615()功 能：写入DAC的10bit输入数据*/void dac_5615(uint data_in)uchar i;,data_in=6;/*精度10位，所以左移6位*/CS=0;SCLK=0;for(i=0;i12;i+)/*逐位传递12次，由于10位传完需 要传送2位0*/DIN=(bit)(data_in,6.4 外

23、部中断源的扩展,在80C51系列单片机中，一般只有两个外部中断请求的输入端/INT0、/INT1。当某个系统需要扩展更多个中断时，采用“OC门”经过“线或”后，引入芯片本身的外部中断请求端，就可以方便的扩展多个外部中断。,在中断服务程序中，由软件设置的顺序查询外部中断是哪一位是高电平，然后进入中断服务程序。查询程序的流程图如下图所示。,共用一个中断源,扩展中断源1的优先级最高，中断源4的优先级低。,PINT0:PUSH PSW;保护现场 PUSH A JB P1.0,LOOP1;转向中断服务程序1 JB P1.1,LOOP2;转向中断服务程序2 JB P1.2,LOOP3;转向中断服务程序3 JB P1.3,LOOP4;转向中断服务程序4INTEND:POP A POP PSW RETILOOP1:中断服务程序1 AJMP INTENDLOOP2:中断服务程序2 AJMP INTENDLOOP3 中断服务程序3 AJMP INTENDLOOP4 中断服务程序4 AJMP INTEND,