1、第十三章 常见串行总线,河工科技 瓮嘉民制作,第十三章 常见串行总线,第三节 单总线温度传感器DS18B20,第二节 SPI总线及其应用,第一节 I C总线及其应用,2,本章主要讲述了I2C、SPI和单总线三种单片机串行接口总线 及其典型芯片24C02、DS1302和DS18B20的应用。,一、I2C总线简介,第一节 I C总线及其应用,I2C总线是由PHILIPS公司开发一种简单、双向二线制同步串行总线。,1I2C总线的主要特点,（1）总线只有两根线，即串行时钟线（SCL）和串行数据线（SDA。（2）每个连接到总线上的都有一个用于识别的器件地址，器件地址由芯片内部硬件电路和外部地址引脚同时决
2、定，避免了片选线的连接方法，并建立简单的主从关系，每个器件既可以作为发送器，又可以作为接收器。（3）同步时钟允许器件以不同的波特率进行通信。（4）同步时钟可以作为停止或重新启动串行口发送的握手信号。（5）串行的数据传输位速率在标准模式下可达100kbps，快速模式下可达400kbps，高速模式下可达3.4Mbps。,2,2I C总线的基本结构,图13-1 I2C总线的基本结构,2,3. I C总线信息传送,2,图13-2 I2C总线信息传送图,开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。 结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。开始信号和
3、结束信号之间传送的是信息，信息的字节数没有限制，但每个 字节必须为8位，高位在前，低位在后。数据线SDA上每一位信息状态的 改变只能发生在时钟线SCL为低电平的期间,器件地址码格式,I2C总线器件AT24CXX系列器件的地址为1010,4. I2C总线读、写操作,（1）当前地址读,（2）指定单元读,（3）指定单元写,二、AT24C02存储器的软硬件设计,1. AT24C02简介,AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM， 它内含2568位存储空间,图13-3 AT24C02,SCL：串行时钟线。这是一个输入管脚，用于形成器件所有数据发送或接收的时钟。 SDA：串行数据
4、/地址线。它是一个双向传输线，用于传送地址和所有数据的发送或 接收。它是一个漏极开路端，因此要求接一个上拉电阻到Vcc端（速率为100KHz时 电阻为10K，400KHz时为1K）。对于一般的数据传输，仅在SCL为低电平期间 SDA才允许变化。SCL为高电平期间，留给开始信号（START）和停止信号（STOP）。A0、A1、A2：器件地址输入端。这些输入端用于多个器件级联时设置器件地址， 当这些脚悬空时默认值为0（CAT24WC01除外）。WP：写保护。如果WP管脚连接到VCC，所有的内容都被写保护（只能读）。 当WP管脚连接到VSS或悬空，允许对器件进行正常的读/写操作。VCC：电源线。VS
5、S：地线。,2. AT24C02写操作 （1）字节写,（2）页写,图13-5 页写时序,（3）应答查询 如果AT24C02/04/08/16 正在进行内部写操作，不会发送应答信号。如果 AT24C02/04/08/16 已经完成了内部自写周期，将发送一个应答信号， 主器件可以继续进行下一次读写操作。（4）写保护 当WP管脚接高电平时，整个寄存器区全部被保护起来而变为只可读取。,3. AT24C02读操作,（1）立即地址读,（2)选择读,（3）连续读。,图13-7 选择读时序,4. 24C02应用举例例13.1 利用单片机将数据串“0x7e,0xbd,0xdb,0xe7,0xdb,0xbd,0x
6、7e,0xff” 写入AT24C02，然后依次将其读出并送P0口和P2进行显示。 试用C语言编写程序，并用Proteus仿真。 解： 硬件仿真设计如图13-9所示，其所需元件如表13-1所列。,图13-9 AT24C02读写原理图和仿真效果图,一、SPI总线简介SPI总线又称为同步串行外设接口，是一种符合工业标准、全双工、三线或 四线通信方式的总线系统。它允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信。 在SPI接口中，数据的传输需要一条时钟线，一条数据线和一条控制线 （有些芯片需要两条控制线）。SPI可以工作在主模式下或从模式下。 在主模式下每位数据发送/接收需要一个时钟周期。,第二节 SPI总
7、线及其应用,二、DS1302实时时钟芯片1DS1302的主要性能指标,（1）DS1302实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、 月、年的能力，还有闰年调整的能力。 （2）内部含有31个字节静态RAM，可提供用户访问。 （3）采用串行数据传送方式，使得管脚数量最少，简单3 线接口。 （4）工作电压范围宽：2.05.5V。（5）工作电流：2.0V时，小于300nA。 （6）时钟或RAM数据的读/写有两种传送方式：单字节传送和多字节传送方式。 （7）采用8脚DIP封装或SOIC封装。（8）与TTL兼容，Vcc=5V。,（9）可选工业级温度范围：-40C+85C。 （10）具有
8、涓流充电能力。 （11）采用主电源和备份电源双电源供应。 （12）备份电源可由电池或大容量电容实现。,2引脚功能 DS1302的引脚如图13-10所示。 其中： X1、X2：32.768KHz晶振接入引脚。GND：地。,RST：复位引脚，低电平有效。I/O：数据输入/输出引脚，具有三态功能。 SCLK：串行时钟输入引脚。Vcc1：工作电源引脚。Vcc2：备用电源引脚。,图13-10 DS1302引脚图,3DS1302的寄存器及片内RAM DS1302有一个控制寄存器、12个日历、时钟寄存器和31个RAM。,（1）控制寄存器,表13-2 日历、时钟寄存器的选择,（2）日历、时钟寄存器,表13-3
9、 日历、时钟寄存器的格式,DS1302共有12个寄存器，其中有7个与日历、时钟相关， 存放的数据为BCD码形式。, 数据都以BCD码形式。 小时寄存器的D7位为12小时制/24小时制的选择位，当为1时选12小时制， 当为0时选24小时制。当12小时制时，D5位为1是上午，D5位为0是下午， D4为小时的十位。当24小时制时，D5、D4位为小时的十位。 秒寄存器中的CH位为时钟暂停位，当为1时钟暂停，为0时钟开始启动。 写保护寄存器中的WP为写保护位，当WP=1，写保护，当WP=0未写保护， 当对日历、时钟寄存器或片内RAM进行写时WP应清零，当对日历、 时钟寄存器或片内RAM进行读时WP一般置
10、1。 慢充电寄存器的TCS位为控制慢充电的选择，当它为1010才能使慢充电工作。 DS为二极管选择位。DS为01选择一个二极管，DS为10选择二个二极管， DS为11或00充电器被禁止，与TCS无关。RS用于选择连接在VCC2与VCC1之间的电阻， RS为00，充电器被禁止，与TCS无关，电阻选择情况见表.13-4所列。,表13-4 RS对电阻的选择,（3） 片内RAM DS1302 片内有31个RAM单元，对片内RAM的操作有两种方式：单字节方式和多字节方式。 当控制命令字为C0HFDH时为单字节读写方式，命令字中的D5D1用于选择对应的 RAM单元，其中奇数为读操作，偶数为写操作。当控制命
11、令字为FEH、FFH时为 多字节操作（表13-2中的RAM突发模式），多字节操作可一次把所有的RAM单元 内容进行读写。FEH为写操作，FFH为读操作。,（4）DS1302的输入输出过程 DS1302通过,引脚驱动输入输出过程，当置,高电平启动输入输出过程，在SCLK时钟的控制下，首先把控制命令字写入 DS1302的控制寄存器，其次根据写入的控制命令字，依次读写内部寄存器 或片内RAM单元的数据，对于日历、时钟寄存器，根据控制命令字， 一次可以读写一个日历、时钟寄存器，也可以一次读写8个字节，对所有的 日历、时钟寄存器（表13-2中的时钟突发模式），写的控制命令字为0BEH， 读的控制命令字为
12、0BFH；对于片内RAM单元，根据控制命令字，一次可读写 一个字节，一次也可读写31个字节。当数据读写完后，,变为低电平结束输入输出过程。无论是命令字还是数据，一个字节传送时都是 低位在前，高位在后，每一位的读写发生在时钟的上升沿。,4. DS1302应用举例 例13.2 利用DS1302设计一个数字时钟，通过8位共阳数码管将时分秒显示出来。 试用C语言编写程序，并用Proteus仿真。 解： 硬件仿真设计如图13-11所示，其所需元件如表13-5所列。,图13-11 DS1302数字时钟原理图和仿真效果图,第三节 单总线温度传感器DS18B20,一、DS18B20简介 DS18B20数字温度
13、计是DALLAS公司生产的1Wire， 即单总线器件,1DS18B20产品的特点 （1）只要求一个端口即可实现通信。 （2）在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 （3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 （4）测量温度范围在55。C到125。C之间。 （5）数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 （6）内部有温度上、下限告警设置。,2DS18B20的引脚介绍,图13-12 DS18B20各种封装引脚图,表13-6 DS18B20详细引脚功能描述,3 DS18B20的内部结构,图13-13 DS18B20内部结构,MSB LSB,表13-7 配置寄存器与分辨率关
14、系表,高速暂存器是一个9字节的存储器，分配如下：,4DS18B20的使用方法,（1）DS18B20复位时序,图13-14 DS18B20的复位时序,（2）DS18B20的读时序,图13-15 DS18B20的读时序,(3) DS18B20的写时序,图13-16 DS18B20的写时序,二、DS18B20应用举例例13.3 利用DS18B20设计一个温度计，通过LCD1602间接方式将 当前温度显示出来。试用C语言编写程序，并用Proteus仿真。解： 硬件仿真设计如图13-17所示，其所需元件如表13-9所列。,图13-17 基于DS18B20数字温度计硬件设计和仿真效果图,1三种串行总线的特点分别是什么？ 2I2C总线芯片还有哪些？ 3分别画出例13-1例13-3程序流程图。 4例13-3中数字温度计如果采用数码管显示，试编写其程序。 5参考本章例13-2和13-3，利用DS1302和DS18B20设计一个带有日历功能的测温计，并通过LCD1602 同时显示当前时间和温度？,习 题,OVER !,
