《微机原理与接口技术》课程教学课件（PPT讲稿）第11章 串行扩展技术（单片机应用系统的串行扩展）

第11章单片机应用系统的串行扩展

1 第11章 单片机应用系统的 串行扩展 1

第11章单片机应用系统的串行扩展11.1单总线串行扩展11.1.1单总线系统的典型应用-DS18B20的温度测量系统11.1.2单总线DS18B20温度测量系统的设计11.2SPI总线串行扩展11.312C总线的串行扩展11.3.112C串行总线系统的基本结构11.3.212C总线的数据传送规定11.3.3AT89S52的I2C总线系统扩展11.3.412C总线数据传送的模拟11.3.5利用I2C总线扩展E2PROMAT24C02的IC卡设计27K

2 第11章 单片机应用系统的串行扩展 11.1 单总线串行扩展 11.1.1 单总线系统的典型应用-DS18B20的温度测量系统 11.1.2 单总线DS18B20温度测量系统的设计 11.2 SPI总线串行扩展 11.3 I2C总线的串行扩展 11.3.1 I2C串行总线系统的基本结构 11.3.2 I2C总线的数据传送规定 11.3.3 AT89S52的I2C总线系统扩展 11.3.4 I2C总线数据传送的模拟 11.3.5 利用I2C总线扩展E2PROM AT24C02的IC卡设计

内容概要单片机应用系统除并行扩展外，串行扩展技术也已得到广泛应用。与并行扩展相比，串行接口器件与单片机相连需要的I/C口线很少，极大地简化了器件间的连接，进而提高了可靠性：串行接口器件体积小，占用电路板的空间小，减少了电路板空间和成本。常见的单片机串行扩展总线接口有单总线（1-Wire）、SPI串行外设接口以及I2C（lnterInterfaceCircuit）串行总线接口本章介绍这几种串行扩展接口总线的工作原理及特点以及如何进行系统串行扩展的典型设计

3 内容概要 单片机应用系统除并行扩展外，串行扩展技术也已得到广泛应 用。与并行扩展相比，串行接口器件与单片机相连需要的I/O 口线很少，极大地简化了器件间的连接，进而提高了可靠性； 串行接口器件体积小，占用电路板的空间小，减少了电路板空 间和成本。 常见的单片机串行扩展总线接口有单总线（1-Wire）、SPI串 行外设接口以及I2C（Inter Interface Circuit）串行总线接口， 本章介绍这几种串行扩展接口总线的工作原理及特点以及如何 进行系统串行扩展的典型设计

11.1单总线串行扩展单总线也称1-Wirebus，由美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线。它只有一条数据输入/输出线DQ，总线上的所有器件都挂在DQ上，电源也通过这条信号线供给，这种只使用一条信号线的串行扩展技术，称为单总线技术。单总线系统中配置的各种器件，由DALLAS公司提供的专用芯片实现。每个芯片都有64位ROM，厂家对每一芯片都用激光烧写编码，其中存有16位十进制编码序列号，它是器件的地址编号，确保它挂在总线上后，可唯一地被确定

4 11.1 单总线串行扩展 单总线也称1-Wire bus，由美国DALLAS公司推出的外围串 行扩展总线。它只有一条数据输入/输出线DQ，总线上的所有 器件都挂在DQ上，电源也通过这条信号线供给，这种只使用 一条信号线的串行扩展技术，称为单总线技术。 单总线系统中配置的各种器件，由DALLAS公司提供的专用 芯片实现。每个芯片都有64位ROM，厂家对每一芯片都用激 光烧写编码，其中存有16位十进制编码序列号，它是器件的地 址编号，确保它挂在总线上后，可唯一地被确定。 4

除了器件的地址编码外，芯片内还包含收发控制和电源存储电路，如图11-1所示。这些芯片的耗电量都很小（空闲时几μW，工作时几mW），工作时从总线上馈送电能到大电容中就可以工作，故一般不需另加电源。5

5 除了器件的地址编码外，芯片内还包含收发控制和电源存储 电路，如图11-1所示。这些芯片的耗电量都很小（空闲时几 µW，工作时几mW），工作时从总线上馈送电能到大电容中就 可以工作，故一般不需另加电源

单总线序列号-◆接收发送V?电源能量存储中图11-1单总线芯片的内部结构示意图:

6 图11-1 单总线芯片的内部结构示意图

11.1.1单总线系统的典型应用-DS18B20的温度测量系统单总线应用的典型案例是采用单总线温度传感器DS18B20的温度测量系统。1.单总线温度传感器DS18B20简介美国DALLAS公司推出的单总线接口的数字温度传感器，温度测量范围为-55～+128℃，在-10～+85℃范围内，测量精度可达士0.5℃C。DS18B20体积小、功耗低，现场温度的测量直接通过“单总线”以数字方式传输，大大提高了系统的抗于扰性。非常适合于恶劣环境的现场温度测量，也可用于各种狭小空间内设备的测温，如环境控制、过程监测、测温类消费电子产品以及多点温度测控系统等

7 11.1.1 单总线系统的典型应用-DS18B20的温度测量系统 单总线应用的典型案例是采用单总线温度传感器 DS18B20的温度测量系统。 1. 单总线温度传感器DS18B20简介 美国DALLAS公司推出的单总线接口的数字温度传感器， 温度测量范围为−55～+128℃，在-10～+85℃范围内，测量 精度可达±0.5℃。DS18B20体积小、功耗低，现场温度的 测量直接通过“单总线”以数字方式传输，大大提高了系统 的抗干扰性。非常适合于恶劣环境的现场温度测量，也可用 于各种狭小空间内设备的测温，如环境控制、过程监测、测 温类消费电子产品以及多点温度测控系统等。 7

由于DS18B20可直接将温度转化成数字信号传送给单片机处理，因而可省去传统的信号放大、A/D转换等外围电路。图11-2为单片机与多个带有单总线接口的数字温度传感器DS18B20芯片的分布式温度监测系统，图中多个DS18B20都挂在单片机的1根I/O口线（即DQ线）上。单片机对每个DS18B20通过总线DQ寻址。DQ为漏极开路，须加上拉电阻。DS18B20的一种封装形式如图11-2所示。除DS18B20外，在该数字温度传感器系列中还有DS1820、DS18S20、DS1822等其他型号产品，工作原理与特性基本相同。?1

8 由于DS18B20可直接将温度转化成数字信号传送给单片机 处理，因而可省去传统的信号放大、A/D转换等外围电路。 图11-2为单片机与多个带有单总线接口的数字温度传感器 DS18B20芯片的分布式温度监测系统，图中多个DS18B20都 挂在单片机的1根I/O口线（即DQ线）上。 单片机对每个DS18B20通过总线DQ寻址。DQ为漏极开路， 须加上拉电阻。DS18B20的一种封装形式如图11-2所示。除 DS18B20外，在该数字温度传感器系列中还有DS1820、 DS18S20、DS1822等其他型号产品，工作原理与特性基本相 同

VDD二数字温度计1/0DALLASAT89S52DQDQDQDQ单片机DS18B20DS18B20DS18B20DS18B20DS18B20GNDDQVDD图11-2单总线构成的分布式温度监测系统:

9 图11-2 单总线构成的分布式温度监测系统

片内有9个字节的高速暂存器RAM单元，具体内容如下：THTL配置温度低位S位CRC温度高位第1字节第9字节第2字节第1字节和第2字节是在单片机发给DS18B20温度转换命令发布后，经转换所得的温度值，以两字节补码形式存放其中。一般情况下，用户多使用第1字节和第2字节。单片机通过单总线可读得该数据，读取时低位在前，高位在后。第3、4字节分别是由软件写入用户报警的上下限值TH和TL。第5字节为配置寄存器，可对其更改DS18B20的测温分辨率，高速暂存器的101

10 片内有9个字节的高速暂存器RAM单元，具体内容如下： 10 第1字节和第2字节是在单片机发给DS18B20温度转换命令发 布后，经转换所得的温度值，以两字节补码形式存放其中。一 般情况下，用户多使用第1字节和第2字节。单片机通过单总线 可读得该数据，读取时低位在前，高位在后。第3、4字节分别 是由软件写入用户报警的上下限值TH和TL。第5字节为配置寄 存器，可对其更改DS18B20的测温分辨率，高速暂存器的