单片机原理及接口技术 教学课件 ppt 作者 艾学忠 8
40页1、第8章 单片机与外围电路的接口方式,尽管单片机的发展趋势为低功耗CMOS化、功能单片化和体积微型化,向着片上系统趋势发展,但在具体的应用中还是要用到外围接口电路。 单片机外围接口电路按照总线结构分类,可以归纳为四类:1-Wire总线接口电路、SMBUS/I2C总线接口电路、SPI总线接口电路和并行总线接口电路。对于大多数51内核的单片机而言,从硬件结构上不包含1-Wire总线、SMBUS/I2C总线和SPI总线控制接口,需要使用I/O口通过软件模拟这些接口的硬件时序实现相应的接口功能。,8.1 单总线(1-wire Bus)接口电路,8.1.1 概述 单总线(1-wire Bus)是Maxim全资子公司Dallas的一项专有技术,与目前多数标准串行数据通信方式如SPI/I2C/MICROWIRE 不同,它采用单根信号线既传输时钟又传输数据,而且数据传输是双向的。 优点:单总线具有节省I/O口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多。 单总线适用于单个主机系统,能够控制一个或多个从机设备,当只有一个从机位于总线上时,系统可按照单节点系统操作。,8.1.2 硬件结构 单总线就是
2、只有一根数据线,设备主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连接至该数据线,这样允许设备在不发送数据时释放数据总线,以便总线被其它设备所使用。单总线端口为漏极开路结构,其内部等效电路如图8-1 所示。,8.1.3 命令序列 典型的单总线命令序列如下: 第一步:初始化 第二步:ROM命令(跟随需要交换的数据) 第三步:功能命令(跟随需要交换的数据) 每次访问单总线器件必须严格遵守这个命令序列,如果出现序列混乱,则单总线器件不会响应主机。但是这个准则对于搜索ROM命令和报警搜索命令例外,在执行两者中任何一条命令之后,主机不能执行其后的功能命令,必须返回至第一步。,ROM命令流程图,8.1.4 信号方式 所有的单总线器件要求采用严格的通信协议,保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类型;复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。所有这些信号,除了应答脉冲以外,都由主机发出同步信号。并且发送所有的命令和数据都是字节的低位在前,这一点与多数串行通信格式不同(高位在前)。 1初始化序列(复位和应答脉冲) 单总线上的所有通信都是以初始化序列开始,包括:主机发出的复位脉冲及从机的应答脉冲,如图所示。当从
3、机发出响应主机的应答脉冲时,即向主机表明它处于总线上,且工作准备就绪。在主机初始化过程,主机通过拉低单总线至少480s,以产生(Tx)复位脉冲。接着,主机释放总线,并进入接收模式(Rx)。当总线被释放后,5k上拉电阻将单总线拉高。在单总线器件检测到上升沿后,延时15-60s,接着通过拉低总线60-240s,以产生应答脉冲。,2读/写时隙 在写时隙期间,主机向单总线器件写入数据;而在读时隙期间,主机读入来自从机的数据。在每一个时隙,总线只能传输一位数据。,3写时隙 有两种写时隙:“写1”和“写0”。主机采用写1时隙向从机写入1,而采用写0时隙向从机写入0。所有写时隙至少需要60s,且在两次独立的写时隙之间至少需要1s的恢复时间。两种写时隙均起始于主机拉低总线,如图所示。产生写1时隙的方式:主机在拉低总线后,接着必须在15s之内释放总线,由5k上拉电阻将总线拉至高电平;而产生写0时隙的方式:在主机拉低总线后,只需在整个时隙期间保持低电平即可(至少60s)。 在写时隙起始后15-60s期间,单总线器件采样总线电平状态。如果在此期间采样为高电平,则逻辑1被写入该器件;如果为0,则写入逻辑0。,
4、4读时隙 单总线器件仅在主机发出读时隙时,才向主机传输数据,所以,在主机发出读数据命令后,必须马上产生读时隙,以便从机能够传输数据。所有读时隙至少需要60s,且在两次独立的读时隙之间至少需要1s的恢复时间。,8.1.5 ROM搜索过程 ROM搜索过程只是一个简单的三步循环程序:读一位、读该位的补码、写入一个期望的数据位。总线主机在ROM的每一位上都重复这样的三步循环程序。当完成某个器件后,主机就能够知晓该器件的ROM信息。剩下的设备数量及其ROM代码通过相同的过程即可获得。 下面是ROM搜索过程实例,假设四个不同的器件被连接至同一条总线上,它们的ROM代码如下所示: ROM1 00110101 ROM2 10101010 ROM3 11110101 ROM4 00010001,8.1.6 单总线器件接口实例 -单片机与 DS18B20温度传感器的接口 DS18B20是采用1-Wire总线技术的典型产品,其内部由4个主要的数据部件组成: 64位激光ROM:光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。 温度灵敏部件:DS18B20中的温度传感器可
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