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1、第六章 总线接口技术,本章主要内容,总线接口概述串行总线接口技术ISA（工业标准结构）总线PCI（外围器件互联）总线GPIB总线VXI总线PXI总线,6.1总线接口概述,总线的分类总线功能总线握手总线约定或协议同步总线传输与非同步总线传输,总线是计算机系统中模块到模块间传送信息的一束信号线,6.1总线接口概述,6.1.1总线的分类,按功能分：地址总线数据总线控制总线按层次结构分：内部总线系统总线外部总线按通信方式分：串行总线并行总线,6.1.2总线功能,总线的功能在于在辅助信息的协调下，实现对基本信息的正确传输。为了保证功能的实现需要：1、为保证总线正常工作，需要总线裁定机制；2、需要规定信息
2、的传输形式。,6.1.3总线握手,总线握手信息是总线辅助信息中用于控制基本信息传送同步的信号。它包括基本信息传送开始和结束信号两个主要部分。握手信息的主要功能是表明基本信息传送的开始和结束,6.1.4总线约定或协议,总线约定或协议的作用就是保证对传输的信息进行正确识别和可靠、无丢失的接收。约定或协议涉及传输速率和传输格式两方面的问题,6.1.5同步总线传输与非同步总线传输,系统总线上，一个传输周期包括四个阶段： 1、申请阶段2、寻址阶段3、传数阶段4、结束阶段,同步总线传输与非同步总线传输,一、同步总线传输依靠严格的相同速率进行信号传输，无需联络线,同步总线传输定时关系,同步总线传输与非同步总
3、线传输,二、异步总线传输异步方式，依靠请求和应答两根联络线进行信号传输,异步总线传输读操作时序,异步总线传输写操作时序,同步总线传输与非同步总线传输,三、半同步总线传输依靠一根BUSY联络线要求发送者插入相应WAIT的同步传输,半同步总线传输时序示例,本章主要内容,总线接口概述串行总线接口技术ISA（工业标准结构）总线PCI（外围器件互联）总线GPIB总线VXI总线PXI总线,6.2串行总线接口技术,SPI总线技术I2C总线技术1-Wire总线技术,1.SPI总线概述,SPI串行总线接口通常包括LOAD(CS)CLKMISO,MOSI(分开或公用）,单主机SPI连接图,1.SPI总线概述,SP
4、I系统一台主机MCU和若干台从机MCU多台MCU互相连接成一个多主机系统（如图）一台主机和若干台从机外围设备,多主机SPI连接图,2.以AT45D041为例介绍SPI总线,(1)AT45D041特性单一4.55.5V电源供电串行接口结构分页编程操作单一可循环编程（擦除和编程）2048页（264bytes/page）主存储器可选页和块擦除操作双264byte静态随机存储器数据缓冲器-在非易失性存储器重编程时允许接收数据,(1)AT45D041特性,在全阵列范围内连续可读内部编程与控制定时器低能耗15mA典型有效读电流10uA典型CMOS标准电流10MHz最大时钟频率硬件数据保护兼容其它串行SPI
5、外围接口方式03三种工作模式兼容CMOS和TTL输入输出广泛应用于商业与工业领域,(2) AT45D041概述,CS片选 SCK 时钟 SI 数据输入WP硬件页写保护 SO 数据输出RESET 芯片复位RDY/BUSY 忙线,AT45D041管脚图,(2) AT45D041概述,操作关系逻辑图,(3)主要命令简介,1)主存储器页读取(52H)24位地址码序列,主存储器页读操作时序,(3)主要命令简介,2)状态寄存器读取(57H)状态寄存器,器件密度,(3)主要命令简介,3)经过缓冲区写入主存(82H或85H)经缓冲区写入数据时序,(4)操作方式概要,A类：利用闪速存储阵列主存页读取主存页到缓冲
6、区传送主存页与缓冲区比较B类：不使用闪速存储阵列缓冲区读取缓冲区写入状态寄存器读取,(5)软件例程,AT45D041写BYTE子程序,ICBW: LDB BL,#8ICBWL: LCALL SET_SCK_0 LCALL WAIT SHLB AL,#1 JC ICBW1 LCALL SET_SI_0 SJMP ICBWSCKICBW1: LCALL SET_SI_1ICBWSCK: LCALL WAIT LCALL SET_SCK_1 LCALL WAIT DJNZ BL,ICBWL RET,(5)软件例程,AT45D041读BYTE子程序,ICBR: LDB BL,#8LDB AL,R0IC
7、BRL:LCALL SET_SCK_0 LCALL WAIT LCALL SET_SCK_1 LCALL WAIT LCALL GET_SO_01 CMPB AH,R0 JE ICBRBL ORB AL,#00000001BICBRBL: DJNZ BL,ICBRSHL SJMP ICBRENDICBRSHL: SHLB AL,#1LCALL WAIT SJMP ICBRLICBREND:RET,6.2.2 I2C总线技术,I2C总线结构电可擦除只读存储器AT24C128仲裁和时钟同步化高速方式,1.I2C总线结构,I2C串行总线只有二根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。
8、,SDA,典型的I2C总线结构,1.I2C总线结构,为避免总线信号的混乱，要求设备连接到总线的输出端必须是漏极开路输出或集电极开路输出的电路结构。,设备和I2C总线的接口电路,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(1)AT24C128/256的简介24C128/256为16k/32k8bit串行电可擦除只读存储器，允许4个器件连接在同一个两线式总线上,24C128/256引脚,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(2)AT24C128/256的特性1）低电压标准电平操作：5.0(Vcc=4555V)2.7(Vcc=2755V)1.8(Vcc=1836V)内部容量16k x 8bit
9、s /32k x 8bits；两线式串行接口；双向式数据传输协议；1MHz(5V)，1MHz(2.7V)，400kHz(1.8V)多种频率兼容；硬件写保护管脚和软件数据保护；64字节页写模式（允许部分页单独写）；,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(3)一位数据的传送,SDA变化时SCL一定为0,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(4)启动信号和停止信号,在SCL为1时SDA 1-0 代表start,SDA 0-1 代表stop,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(5)数据字节的传送,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(6)应答每个传送字节后必须有一位应答位在应
10、答时钟脉冲高电平期间，发送设备释放SDA线，接收设备拉低SDA线并保持稳定，以作为有效应答信号,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(7)寻址及命令1)第一字节的定义,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(7)寻址及命令2)字节写,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(7)寻址及命令3)页写,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(7)寻址及命令4)当前地址读,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(7)寻址及命令5)任意地址读,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(7)寻址及命令6)连续地址读,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,(7)寻址及命令7)软件
11、例程纵观前面的各类操作过程，可以将其分解为基本的两类指令BYTE读和BYTE写,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,写字节流程,* 调用数据: FL 数据寄存器 * FH 调用标志 *.0=1 写起始位 *.1=1 写停止位 *.2=1 要求应答 * 返回数据: FL=00H 正确写入 * FL=0FFH 写入错误 *,1、是否写START2、写8BIT数据3、是读应答ACK4、是否写STOP,2.以AT24C128为例介绍I2C总线,读字节流程,* 调用数据: FH 调用标志*.0=1 写起始位 *.1=1 写停止位 *.2=1 要求应答 * 返回数据: FL,1、是否写START2、
12、读8BIT的数据3、是否写应答ACK4、是否写STOP,3.仲裁和时间同步化,(1)时钟的同步主机向SCL发送自己的时钟脉冲以控制I2C总线上的数据传送多个主机同时发送时，各时钟电平之间相“与”,时钟的同步过程,3.仲裁和时间同步化,(2)仲裁仲裁是当多台主机同时要求控制总线时，决定由哪个主机控制总线的判断处理过程；仲裁利用各主机数据线的“与”关系来实现，其过程不影响数据的传送仲裁的结果取决于主机发送的地址和数据,3.仲裁和时间同步化,(3)用时钟同步机制作握手信号I2C总线上的数据传送是按SCL线上的时钟脉冲同步进行的；可用拉低SCL线的方法减缓总线上的数据传输速率,4.高速方式,高速方式芯
13、片的传输速率可达400Kbit高速方式芯片和普通芯片可混合用于同一I2C总线,6.2.3 1-Wire总线技术,对于单总线设备，读出和写入信息只要一根口线（单总线）。典型器件为Dallas公司的DSB1820单总线温度传感器。,6.2.3 1-Wire总线技术,1.DS1820特性单线接口:仅需一根口线与MCU连接无需外围元件由总线提供电源测温范围为-5575，精度为0.59Bit温度值A/D变换时间为200ms用户自设定温度报警上下限，其值是非易失性的报警搜索命令可识别哪片DS1820温度超限。,6.2.3 1-Wire总线技术,2.DS1820引脚及功能,GND:地DQ:数据输入/输出，(
14、单线接口，可作寄生供电)；VDD:电源电压。,6.2.3 1-Wire总线技术,3.DS1820工作原理DS1820由电源监测、64bitROM和存储器三个主要数字器件组成,6.2.3 1-Wire总线技术,3.DS1820工作原理64bit闪速ROM的结构如下,MSB,LSB,测温结果,6.2.3 1-Wire总线技术,4.操作指令,6.2.3 1-Wire总线技术,DS1820的读、写及初始化操作协议：初始化-发ROM命令-发存储器命令-处理数据,初始化DS1820时序,6.2.3 1-Wire总线技术,DS1820的读、写及初始化,6.2.3 1-Wire总线技术,5.1-Wire接口自
15、动寻码技术 当多个DS1820挂接在一条总线上时，它提供了自动寻码算法，即可以通过“Search Rom”指令算法，自动寻出挂接在总线上的传感器的个数及其各自全球唯一的64位地址码，但此时单片机并不知道各个传感器在机车上的安装位置。 所以，当单片机自动寻出一个传感器全球唯一的64位地址码后，马上向总线上发送此地址码，用于选中该传感器与单片机进行通讯。此时，单片机发送“Read Rom”指令，将该传感器的E2ROM中所存放的传感器对应位置读出，因为E2ROM中事先已进行了传感器编码，存放着各个传感器所对应的测点位置，因此，通过以上的步骤，即可自动寻出总线上全部传感器全球唯一的地址码以及事先写入的传感器编码，即各传感器所对应的机车轴温安装位置。,
