智能仪器-4-通信接口讲解.ppt

智 能 仪 器 电 子 教 案 盐城工学院自动化专业 张春富 第四章：通信接口 vRS-232C RS-422A/485 vSPI/I2C v无线通信技术 本章内容 第1节 RS-232C/RS-422A/RS-485通信 vRS-232C：全称是EIA-RS-232C标准，定义是“数据终 端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制 数据交换接口技术标准” v1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调 制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行 通讯的标准 vEIA——Electronic Industry Association； vRS——Recommended standard； v232——是标识号； vC——RS232的最新一次修改版本； 一、RS-232C 1. 概述 引脚序号信号方向功能 1DCD主机←外设主机载波检测 2RXD主机←外设主机接收数据 3TXD主机→外设主机发送数据 4DTR主机→外设主机准备就绪 5GND——信号地 6DSR主机←外设外设准备就绪 7RTS主机 →外设主机请求发送 8CTS主机←外设外设清除发送 9RI主机←外设振铃指示 RS-232C规范标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7 条备用和未定义线，常用的只有如下9根 2. 接口引线定义 3. 接口逻辑定义 逻辑值01 驱动 器输 出 +5V~+15V-5V~-15V 接收器输入+3V200mV为1；A-B4千欧姆12千欧姆 接收器输入电压-25V~25V-7~7V-7~12V 四、典型芯片及电路介绍 1. MAX481/3/5/7/MAX1487-半双工 2. MAX488/MAX490-无使能全双工 3. MAX489/MAX491-带使能全双工 驱动器真值表 接收器真值表 4. 带使能半双工组网-单组双绞线 5. 带使能全双工组网-两组双绞线 第2节 SPI / I2C通信接口 一、SPI总线组成及工作原理 1、概述 vSPI (Serial Peripheral Interface) 串行外围设备接口，最初 由Motorola 公司推出； v一种高速、全双工、同步传输的通信总线； v一种基于Motorola最初定义的事实标准，没有统一的技术 规范； v传输及控制仅需4位I/O端口； vMaster/Slave架构，支持多Slave应用模式，但一般仅支持 单Master； v数据按BIT传输，高位MSB在先，速度数Mbit/s； 2、SPI总线结构 vSS (Slave Select)，低电平有效； vMOSI (Master Output Slave Input)； vMISO (Master Input Slave Output)； v两根单向传输线，因此支持全双工； 3、SPI数据传输时序模式 vSPI接口内部结构框图 vSPI传输时序 v主机（Master）向移 位寄存器写入数据触发 传输； v8个时钟后，主从设备的移位寄存器数据完成交换！ 4、SPI数据传输模式设置 vSPI时钟极性选择 “CPOL空闲状态极性控制位”——时钟SCLK在Idle状态 下的电位：高“1” or 低 “0”； vSPI时钟相位选择 “CPHA采样时刻控制位”——数据接收端对数据采样时刻 控制：Idle to Active or Active to Idle，无论哪种，都要求在 采样时刻到来之前数据端完成准备并处于稳定状态； 上升沿采样模式 下升沿采样模式 SCLK DATA SCLK DATA v时钟极性？ v时钟相位？ 5、多外设操作 二、I2C总线组成及工作原理 1、概述 vI2C （Inter IC BUS）芯片间的通信接口； vI2C技术规范诞生于PHLIPS公司； v具备总线裁决和高低速器件同步功能，半双工通信； v两根双向信号线：数据线SDA+时钟线SCL； v支持低速(大于100kHz)、快速(大于400kHz)和高速(大于 3.4MHz)三种数据速率； vI²C接口的高低电平为CMOS逻辑电平(低电平为0.3电源 电压以下，高电平为0.7 电源电压以上)； 2、I2C总线结构 vI²C接口定义了一个主/从双向通信接口。

在这个体系中， MCU决定自己为主机(写模式)或为从机(接收模式)； v每个从机具备专有、唯一的地址，使主机可以和多个从 机通过一条总线进行通信，无需单独的片选线； v从机的数目只受限于I²C接口的地址机制（7位或10位地 址），7位的地址更为常见在7位地址的机制中，总线上 可以接127个不同的外设； vSCL和SDA线为漏极开路结构，所以闲置时必须上拉为 高电平 v可存在多个主机，但同一时刻只有一台主机有效； 基于I2C总线的智能仪器芯片通信结构框图 3、数据位的有效性规定 vI2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间 ，数据线上的数据必须保持稳定； v只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的 高电平或低电平状态才允许变化 4、I2C起始和终止信号 vSCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的 变化表示起始信号； vSCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的 变化表示终止信号； 5、I2C总线的数据访问 v当SCL为高，SDA从高变为低，即发出了一个开始命令 ，启动一次I²C通信； v每个SCL时钟传输一个数据位，传输一个字节至少需要9 个数据位一个读写周期包括8个数据位和一个应答位 (ACK)或者非应答位(NACK)。

v当数据在I²C总线上传输时，在SCL的上升沿写入从机， 在SCL的下降沿从机输出在SCL时钟周期为高电平的时间 内，SDA线的数据禁止改变一次传输的完成必须跟随着 一个终止或重新开始的命令，即SCL为高时，SDA由低变为 高 v当总线空闲时，SDA和SCL都为高 I2C采用开始、重复开始和 停止命令在主机和从机之 间传输数据 I²C应答位：应答数据时， I2C线接口将SDA拉低，非 应答位SDA为高 6、I2C总线的写数据操作时序 vI²C的写周期起始于开始命令，随后是7位从机地址和第8 位写标识； v第8位置低，表示写操作；第8位置高，表示读操作； v主机在第8个时钟周期后释放总线； v如果从机应答数据传输，则在第9个时钟周期将SDA拉低 如果从机不应答写命令，则释放SDA (该数据线通过上拉 电阻置于高电平)，产生终止标识； v主机写入8位命令字节(从机内部寄存器地址)，然后是第2 个ACK/NACK位； v主机写入8位数据字节并跟随第3个ACK/NACK位； v数据字节和最后的应答位完成一个写周期； 从机地址 从机内部寄存器 地址 数据 应答位，后续停止位，从机在 此后完成内部的写操作 7、I2C总线的读数据操作时序 vI²C读周期起始于开始命令，随后是需要操作的7位从机地 址、第8位置高，表示读操作； v在ACK/NACK之后，主机写入命令字节访问从机寄存器 （从机内部寄存器地址）； v在第二个ACK/NACK位后，主机重新写入从机地址； v在第三个ACK/NACK位后，从机控制总线，一次输出8位 串行数据到总线上； v此时无应答，并给出操作终止位； v当前寄存器地址读操作：当从与上次读操作相同的从机寄 存器读取数据时，主机只需要在读取从机数据之前写入从机 地址（无需写入命令字节）； 数据 从机地址内部寄 存器地址 从机地址从机地址 数据从机地址 非应答位，后续 终止位 SPI接口需要单独的片选线实现微处理器与多个并行从 机之间高速全双工的通信； I²C接口用一条时钟线和一条数据线与总线上的每个设 备通信，可以通过设定不同的从机地址在总线上挂接 多个IC；大多数I²C接口外设具备地址选择引脚，以实 现从机地址的配置； 8、I2C总线多设备操作 9、I2C总线芯片实例—PCF8563 片内寄存 器地址 80C51 P1.1 P1.0 START: SETB P1.1 NOP SETB P1.0 NOP CLR P1.1 NOP CLR P1.0 STOP: CLR P1.0 NOP CLR P1.1 NOP SETB P1.0 NOP SETB P1.1 NOP CLR P1.0 WRITEBYTE:MOV R0,#8 ; 数据宽度为8位 CLR C ;清进位标志C CLR P1.0 ;时钟线钳位为0 DOLOOP:RLC A ; 数据左移, 进C,MSB FIRST MOV P1.1,C NOP SETB P1.0 NOP CLR P1.0 NOP DJNZ R0, DOLOOP SETB P1.1 NOP SETB P1.0 NOP JNB P1.1, ACKEND 【无应答错误处理】 ACKEND:NOP CLR P1.0 v课堂作业 以80C51与PCF8563电路为硬件，设计日历芯片内分钟数据 的单字节读取操作程序，若PCF8563对该操作未应答，则输 出分钟数据为FF（以示错误）。

第3节 智能仪器无线通信 PTR系列无线收发MODEM （1）特性 v收发合一 v工作频率：国际通用数传频道433MHz vFSK(频移键控)调制方式，高抗干扰； vDDS+PLL频率合成，高稳定度； v最高传输速率：20KBits/s v工作电流：发射30mA； 接收10mA； 待机8μA； v体积：56mm40mm  5mm； （2）封装及管脚定义 (1)VCC：正电源，2.7V~5.25V (2) CS：频道选择CS为0选通频道1，载波频率为 433.92MHz; CS为1选通频道2，载波频率为434.33MHz (3) DO：数据输出 (4) DI：数据输入 (5) GND：电源地 (6) PWR：节能控制PWR＝1，正常工作状态；PWR＝0 ，待机微功耗状态 (7) TXEN：发送/接收控制TXEN＝1时，模块为发送状 态；TXEN＝0时，模块为接收状态 （3）应用 。