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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,常用数据传输接口,本章主要介绍,I2C,，,SPI,和,1-wire,三种传输总线的传输协议及过程，为了便于大家对三种传输总线的理解，笔者针对每种传输总线分别介绍了,AT24C02,，,DS1302,和,DS18B20,三款芯片的使用方法和应用过程12.1 I2C,总线,AT24C02,设计,12.1.1 I2C,总线概述,I2C,总线全称是,Inter-Integrated Circuit,总线，有时也写为,IIC,总线，由菲利普公司推出，是广泛采用的一种新型总线标准，也是同步通信的一种通信形式具有接口线少、占用的空间非常小、控制简单、通信速率较高等优点所有与,I2C,兼容的器件都具有标准的接口，可以把多个,I2C,总线器件同时接入,I2C,总线上，通过地址来识别通信对象，使它们可以经由,I2C,总线相互直接通信12.1.2 I2C,总线硬件结构图,图,12.1.1,I2C,总线系统的硬件结构图,12.1.3 I2C,总线通信时序,I2C,总线上进行一次数据通信的时序图所示。

图,12.1.2,I2C,总线进行一次数据通信的时序图,12.1.4,数据位的有效性规定,图,12.1.4,I2C,总线数据位有效性规定,12.1.5,发送启动信号,图,12.1.5,I2C,总线启动信号时序图,12.1.6,发送寻址信号,器件地址有,7,位和,10,位两种，这里只介绍,7,位地址寻址方式在,I2C,总线开始信号后，再发送寻址信号送出的第一个字节数据是,SLA,寻址字节，用来选择从器件地址的，其中前,7,位为地址码，第,8,位为方向位,(R/),12.1.7,应答信号规定,图,12.1.6,I2C,总线应答信号时序图,12.1.8,数据传输,数据传输的过程如下：,（,1,）假设器件,A,要向器件,B,发送信息：,器件,A,（主机）寻址器件,B,（从机）,器件,A,（主机,发送器）发送数据到器件,B,（从机,接收器）,器件,A,终止传输,（,2,）假设器件,A,要读取器件,B,中的信息：,器件,A,（主机）寻址器件,B,（从机）,器件,A,（主机,接收器）从器件,B,（从机,发送器）接收数据,器件,A,终止传输,12.1.9,非应答信号规定,当主机为接收设备时，主机对最后一个字节不应答，以向发送设备表示数据传送结束。

12.1.10,发送停止信号,图,12.1.7,I2C,总线停止信号时序图,12.2,单片机模拟,I2C,总线通信,在单片机模拟,I2C,总线通信时，需要调用一些函数构建相应的时序这些函数有：总线初始化、启动信号、应答信号、停止信号、写一个字节、读一个字节12.3 AT24C02,的基础知识,具有,I2C,总线接口的,EEPROM,很多，在此就仅介绍,ATMEL,公司生产的,AT24C,系列,EEPROM,，其主要型号,AT24C01/02/04/08/16,等，其对应的存储容量分别为,128x8/256x8/512x8/1024x8/2048x8,采用这类芯片可以解决掉电数据丢失的问题，可以对保存的数据保持,100,年，并可以擦除,10,万次以上12.3.1 AT24C02,引脚配置与引脚功能,图,12.3.1 AT24C02,芯片实物图和管脚图,12.3.2 AT24C02,的特性,与,400KHz I2C,总线兼容,1.8,到,6.0,伏电压范围,低功耗,CMOS,技术,写保护功能：当,WP,位高电平时进行写保护状态,页写缓冲器,自定时擦除写周期,1,000,000,编程,/,擦除周期,可保存数据,100,年,8,脚,DIP,、,SOIC,或,TSSOP,封装,温度范围：商业级、工业级和汽车级,12.3.3 AT24C02,管脚描述,图,12.3.2,单片机与,AT24C02,连接的电路图,AT24C02,管脚功能描述,表,12.3.1 AT24C02,管脚功能描述,12.4 AT24C02,的应用实例,12.4.1,设计要求,采用定时中断方式，设计一个,059s,变化的秒表，将每次显示在数码管上的时间（,059,）存入,AT24C02,。

图,12.4.1,基于,AT24C02,的秒表设计原理图,12.5 SPI,总线,DS1302,实时时钟设计,12.5.1 SPI,总线简介,SPI,是英文,Serial Peripheral Interface,的缩写，中文意思是串行外围设备接口SPI,接口是,Motorola,首先提出的全双工三线同步串行外围接口，采用主从模式（,Master Slave,）架构；支持多,Slave,模式应用，一般仅支持单,Master,时钟由,Master,控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后（,MSB first,）；,SPI,接口有,2,根单向数据线，为全双工通信，目前应用中的数据速率可达几,Mbps,的水平图,12.5.1 SPI,主从机接口连接图,12.5.2,接口定义数据传输,图,12.5.2 SPI,信号传输示意图,接口定义数据传输,表,12.5.1 SPI,的,4,根信号线功能表,图,12.5.3,多个,SPI,从设备级联图,图,12.5.4,多个,SPI,从设备独立连接图,要注意的是：,SCK,信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线同样，在一个基于,SPI,的设备中，至少有一个主控设备。

这样的传输方式有个优点：与普通的串行通信相比，,SPI,允许数据一位一位地传送，甚至允许暂停，因为,SCK,时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据也就是说，主设备通过对,SCLK,时钟信号的控制可以完成对通信的控制SPI,还有一个数据交换协议：因为,SPI,的数据输入和输出线相互独立，所以允许同时完成数据的输入和输出不同的,SPI,设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上升沿或下降沿的采集有不同的定义，具体的情况需要参考相关器件的技术文档12.6 DS1302,的基础知识,DS1302,主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能采用普通,32.768kHz,晶振DS1302,缺点：时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点DS1302,优点：,DS1302,可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录DS1302,的结构及工作原理,DS1302,工作电压为,2.5V5.5V,，采用三线接口与,CPU,进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或,RAM,数据。

DS1302,内部有一个,318,的用于临时性存放数据的,RAM,寄存器DS1302,是,DS1202,的升级产品，与,DS1202,兼容，但增加了主电源,/,后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力DS1302,实物及引脚图，如图,图,12.6.1 DS1302,实物及引脚图,DS1302,串行时钟由电源、输入移位寄存器、命令控制逻辑、振荡器、实时时钟以及,RAM,组成，其结构图如图,图,12.6.2 DS1302,结构图,DS1302,的控制字节,图,12.6.3 DS1302,单字节数据读,/,写时序,12.7 DS1302,显示时钟的实例,12.7.1,设计要求,用,DS1302,设计一个数字时钟图,12.7.1 DS1302,电路连接原理图,12.8 1-Wire,总线介绍及,DS18B20,测量温度设计,12.8.1 1-wire,单总线概述,图,12.8.1 1-wire,总线示意图,12.8.2 DS18B20,的基础知识,以,Dallas,公司生产的,DS18B20,芯片为例，,DS18B20,是,Dallas,公司继,DS1820,后推出的一种改进型智能数字温度传感器，与传统的热敏电阻相比，它只需一根导线就能直接读出被测温度，并可以根据实际需求编程实现,912,位数字值的读数方式。

它有三种封装形式,图,12.8.2,三种封装形式及芯片的外形图,DS18B20,内部结构,图,12.8.3 DS18B20,内部结构框图,DS18B20,的工作原理,图,12.8.4 DS18B20,的测温原理图,12.9 DS18B20,测量温度的实例,12.9.1,设计要求,DS18B20,它在一根数据线上实现数据的双向传输，这就需要一定的协议来对读,/,写数据提出严格的时序要求，而,AT89,系列单片机并不支持单线传输因此，必须采用软件的方法来模拟单线的协议时序图,12.9.1 DS18B20,应用原理图,12.10,小结,本章详细介绍了,I2C,，,SPI,和,1-wire,三种总线的传输协议和传输过程，本章中所设计的三个应用实例也十分实用，在很多场合都能使用得上，比如,DS1302,电子表和,DS18B20,温度计若是同学们能掌握它们的设计方法，自己设计一个简易的电子表或温度计都不再有问题。