工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用

（工業(yè)現(xiàn)場總線）主講：莫太平mtp@前置課程：數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等

教材:許勇-工業(yè)通信技術(shù)-原理與應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，2012參考教材:許勇-工業(yè)通信技術(shù)-原理與應(yīng)用，中國電力出版社，2008.9參考教材：陽憲惠-網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)-現(xiàn)場總線技術(shù)，清華大學(xué)出版社，2009.5教師:

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教材及參考資料主要教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配第1章工業(yè)通信概論第2章數(shù)據(jù)通信原理及基礎(chǔ)第3章總線接口技術(shù)介紹第4章工控機(jī)與測控儀器接口總線第5章工業(yè)通信常用技術(shù)第6章常用的工業(yè)現(xiàn)場總線第7章CANBus和汽車網(wǎng)絡(luò)第8章工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用3.1總線概述總線是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件連接起來的信息傳輸通道，通過總線可以傳輸數(shù)據(jù)信息、地址信息、各種控制命令和狀態(tài)信息。（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)角度）從通信系統(tǒng)來說，總線是各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ǖ?。?yōu)點(diǎn)：簡化通信電路；減少各部件之間的連接線；可以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備或部件之間的互連；簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1總線概述3.1總線概述總線的作用1、各部件之間關(guān)系轉(zhuǎn)化為面向總線的單一關(guān)系。2、標(biāo)準(zhǔn)總線可以得到多個(gè)廠商的支持，便于生產(chǎn)與之兼容的軟硬件。3、便于系統(tǒng)擴(kuò)充和升級(jí)。4、便于故障診斷和維護(hù)?？偩€標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

信息傳送方向：單向總線和雙向總線。傳送信息類型：數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。所處位置：內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線、外部總線。

總線分類內(nèi)部總線：處理器總線和存儲(chǔ)器總線。內(nèi)部總線系統(tǒng)總線：各模板和系統(tǒng)板之間的總線，也稱內(nèi)部總線。Multibus總線、STD總線、VME總線、PC總線板卡與主板之間連接ISA、EISA、VESA、PCI、AGP外部總線：計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外部儀器或設(shè)備之間連接通信的總線。傳輸信息：串行傳送、并行傳送、分時(shí)傳送。

總線分類總線組成及性能指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸總線：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線。仲裁總線：傳送控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的總線，總線請(qǐng)求線和總線授權(quán)線；中斷和同步總線：中斷請(qǐng)求線和中斷認(rèn)可線。共用線：時(shí)鐘信號(hào)、電源和地線等?？偩€性能：1、帶寬MB/s2、時(shí)鐘3、寬度4、信號(hào)線數(shù)5、負(fù)載能力總線連接：1、單總線，一條總線連接CPU、內(nèi)存和I/O。2、雙總線，增加一條連接CPU和內(nèi)存。3、三總線，多條總線連接?？偩€組成及性能指標(biāo)總線工作過程

總線請(qǐng)求→總線仲裁→尋址→傳送數(shù)據(jù)→檢錯(cuò)和出錯(cuò)處理→結(jié)束階段

總線時(shí)序1、指令周期：讀取指令、譯碼及執(zhí)行等所需時(shí)間2、總線周期：CPU與存儲(chǔ)器或IO口交換信息，CPU完成一次訪問存儲(chǔ)器或I/O口所需時(shí)間，一個(gè)指令周期由幾個(gè)總線周期組成。3、時(shí)鐘周期：CPU執(zhí)行指令的基本時(shí)間計(jì)量單位。

總線工作過程

常用總線介紹PCI總線系統(tǒng)常用總線介紹USB總線系統(tǒng)通用串行總線USBUSB是一種新型的外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)。USB用一個(gè)4針的插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭，把不同的接口統(tǒng)一起來。USB接口允許兩種傳送速度，1.5MB/s為低速，12MB/s為高速。USB支持熱插拔和即插即用。越來越多的外設(shè)都支持USB接口。USB可連接的外設(shè)數(shù)目多達(dá)127個(gè)。USB接口有同步、中斷、批量三種數(shù)據(jù)傳送模式。I2C串行總線概述I2C總線，是INTER-IC串行總線的縮寫。INTER-IC意思是用于相互作用的集成電路，這種集成電路主要由雙向串行時(shí)鐘線SCL和雙向串行數(shù)據(jù)線SDA兩條線路組成。

I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。

I2C總線只有兩根雙向信號(hào)線。一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。I2C總線通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系。I2C串行總線概述

每個(gè)接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機(jī)與其它器件間的數(shù)據(jù)傳送可以是由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件，這時(shí)主機(jī)即為發(fā)送器。由總線上接收數(shù)據(jù)的器件則為接收器。

在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂，I2C總線要通過總線仲裁，以決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。在80C51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的串行總線擴(kuò)展中，我們經(jīng)常遇到的是以80C51單片機(jī)為主機(jī)，其它接口器件為從機(jī)的單主機(jī)情況。主機(jī)：初始化發(fā)送、產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和終止發(fā)送的器件，它可以是發(fā)送器或接收器。主機(jī)通常是微處理器。從機(jī)：被主機(jī)尋址的器件，它可以是發(fā)送器或接收器，I2C串行總線概述一、數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定

I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送二、起始和終止信號(hào)

SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送I2C總線中唯一違反上述數(shù)據(jù)有效性的是被定義為起始（S）和停止（P）條件。起始和終止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)出的。在起始信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài)。連接到I2C總線上的器件若具有I2C總線的硬件接口，則很容易檢測到起始和終止信號(hào)。對(duì)于不具備I2C總線硬件接口的有些單片機(jī)來說，為了檢測起始和終止信號(hào)，必須保證在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)線SDA采樣兩次。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送

接收器件收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后，有可能需要完成一些其它工作，如處理內(nèi)部中斷服務(wù)等，可能無法立刻接收下一個(gè)字節(jié)，這時(shí)接收器件可以將SCL線拉成低電平，從而使主機(jī)處于等待狀態(tài)。直到接收器件準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)時(shí)，再釋放SCL線使之為高電平，從而使數(shù)據(jù)傳送可以繼續(xù)進(jìn)行。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送三、數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無法接收總線上的數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過對(duì)無法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答”來實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送（2）數(shù)據(jù)幀格式

I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)是廣義的，既包括地址信號(hào)，又包括真正的數(shù)據(jù)信號(hào)。每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機(jī)產(chǎn)生的終止信號(hào)結(jié)束。但是，若主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生終止信號(hào)，馬上再次發(fā)出起始信號(hào)對(duì)另一從機(jī)進(jìn)行尋址。在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址（7位）;第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/W）:用“0”表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（T），用“1”表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)（R）。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送A、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過程中不變。有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。A表示應(yīng)答，/A表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號(hào)，P表示終止信號(hào)。

在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可以有以下幾種組合方式：I2C總線的數(shù)據(jù)傳送B、主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)(尋址字節(jié))后，立即由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。

在從機(jī)產(chǎn)生響應(yīng)時(shí)，主機(jī)從發(fā)送變成接收，從機(jī)從接收變成發(fā)送。之后，數(shù)據(jù)由從機(jī)發(fā)送，主機(jī)接收，每個(gè)應(yīng)答由主機(jī)產(chǎn)生，時(shí)鐘信號(hào)仍由主機(jī)產(chǎn)生。若主機(jī)要終止本次傳輸，則發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)(A)，接著主機(jī)產(chǎn)生停止條件。C、在傳送過程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，起始信號(hào)和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送四、總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)）。（1）尋址字節(jié)的位定義D7～D1位組成從機(jī)的地址。D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位，為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)據(jù)，為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送

如一個(gè)從機(jī)的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時(shí)僅能尋址8個(gè)同樣的器件，即可以有8個(gè)同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中。

從機(jī)的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送（2）尋址字節(jié)中的特殊地址

固定地址編號(hào)0000和1111已被保留作為特殊用途。

I2C總線的數(shù)據(jù)傳送

起始信號(hào)后的第一字節(jié)的8位為“00000000”時(shí)，稱為通用呼叫地址。通用呼叫地址的用意在第二字節(jié)中加以說明。格式為：第二字節(jié)為

06H時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址的從機(jī)器件復(fù)位，并由硬件裝入從機(jī)地址的可編程部分。能響應(yīng)命令的從機(jī)器件復(fù)位時(shí)不拉低SDA和SCL線，以免堵塞總線。第二字節(jié)為04H時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址并通過硬件來定義其可編程地址的從機(jī)器件將鎖定地址中的可編程位，但不進(jìn)行復(fù)位。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送如果第二字節(jié)的方向位為“1”，則這兩個(gè)字節(jié)命令稱為硬件通用呼叫命令。在這第二字節(jié)的高7位說明自己的地址。接在總線上的智能器件，如單片機(jī)或其他微處理器能識(shí)別這個(gè)地址，并與之傳送數(shù)據(jù)。硬件主器件作為從機(jī)使用時(shí)，也用這個(gè)地址作為從機(jī)地址。格式為：在系統(tǒng)中另一種選擇可能是系統(tǒng)復(fù)位時(shí)硬件主機(jī)器件工作在從機(jī)接收器方式，這時(shí)由系統(tǒng)中的主機(jī)先告訴硬件主機(jī)器件數(shù)據(jù)應(yīng)送往的從機(jī)器件地址，當(dāng)硬件主機(jī)器件要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就可以直接向指定從機(jī)器件發(fā)送數(shù)據(jù)了。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送（3）起始字節(jié)

不具備I2C總線接口的單片機(jī)，則必須通過軟件不斷地檢測總線，以便及時(shí)地響應(yīng)總線的請(qǐng)求。單片機(jī)的速度與硬件接口器件的速度就出現(xiàn)了較大的差別，為此，I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送要由一個(gè)較長的起始過程加以引導(dǎo)。起始字節(jié)是提供給沒有I2C總線接口的單片機(jī)查詢I2C總線時(shí)使用的特殊字節(jié)。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送

引導(dǎo)過程由起始信號(hào)、起始字節(jié)、應(yīng)答位、重復(fù)起始信號(hào)（Sr）組成。請(qǐng)求訪問總線的主機(jī)發(fā)出起始信號(hào)后，發(fā)送起始字節(jié)（00000001），另一個(gè)單片機(jī)可以用一個(gè)比較低的速率采樣SDA線，直到檢測到起始字節(jié)中的7個(gè)“0”中的一個(gè)為止。在檢測到SDA線上的高電平后，單片機(jī)就可以用較高的采樣速率，以便尋找作為同步信號(hào)使用的第二個(gè)起始信號(hào)Sr。在起始信號(hào)后的應(yīng)答時(shí)鐘脈沖僅僅是為了和總線所使用的格式一致，并不要求器件在這個(gè)脈沖期間作應(yīng)答。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送

在多主的通信系統(tǒng)中?？偩€上有多個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們都有自己的尋址地址，可以作為從節(jié)點(diǎn)被別的節(jié)點(diǎn)訪問，同時(shí)它們都可以作為主節(jié)點(diǎn)向其它的節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制字節(jié)和傳送數(shù)據(jù)。但是如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)都向總線上發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)并開始傳送數(shù)據(jù)，這樣就形成了沖突。要解決這種沖突，就要進(jìn)行仲裁的判決，這就是I2C總線上的仲裁。I2C總線上的仲裁分兩部分：SCL線的同步和SDA線的仲裁。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送I2C總線仲裁與時(shí)鐘發(fā)生

SCL線的同步（時(shí)鐘同步）

SCL同步是由于總線具有線“與”的邏輯功能，即只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送低電平時(shí)，總線上就表現(xiàn)為低電平。由于線“與”邏輯功能的原理，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，在總線上表現(xiàn)的是統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)。這就是SCL的同步原理。

當(dāng)所有的節(jié)點(diǎn)都發(fā)送高電平時(shí)，總線才能表現(xiàn)為高電平。SDA仲裁SDA線的仲裁也是建立在總線具有線“與”邏輯功能的原理上的。節(jié)點(diǎn)在發(fā)送1位數(shù)據(jù)后，比較總線上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)與自己發(fā)送的是否一致。是，繼續(xù)發(fā)送；否則，退出競爭。SDA線的仲裁可以保證I2C總線系統(tǒng)在多個(gè)主節(jié)點(diǎn)同時(shí)企圖控制總線時(shí)通信正常進(jìn)行并且數(shù)據(jù)不丟失。總線系統(tǒng)通過仲裁只允許一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)占據(jù)總線。I2C總線仲裁與時(shí)鐘發(fā)生仲裁過程DATA1和DATA2分別是主節(jié)點(diǎn)向總線所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)；SDA為總線上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)信號(hào)，SCL是總線上所呈現(xiàn)的時(shí)鐘信號(hào)。I2C總線仲裁與時(shí)鐘發(fā)生仲裁過程當(dāng)主節(jié)點(diǎn)1、2同時(shí)發(fā)送起始信號(hào)時(shí)，兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)都發(fā)送了高電平信號(hào)。這時(shí)總線上呈現(xiàn)的信號(hào)為高電平，兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)都檢測到總線上的信號(hào)與自己發(fā)送的信號(hào)相同，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。I2C總線仲裁與時(shí)鐘發(fā)生仲裁過程第2個(gè)時(shí)鐘周期，2個(gè)主節(jié)點(diǎn)都發(fā)送低電平信號(hào)，在總線上呈現(xiàn)的信號(hào)為低電平，仍繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。I2C總線仲裁與時(shí)鐘發(fā)生仲裁過程在第3個(gè)時(shí)鐘周期，主節(jié)點(diǎn)1發(fā)送高電平信號(hào)，而主節(jié)點(diǎn)2發(fā)送低電平信號(hào)。根據(jù)總線的線“與”的邏輯功能，總線上的信號(hào)為低電平，這時(shí)主節(jié)點(diǎn)1檢測到總線上的數(shù)據(jù)和自己所發(fā)送的數(shù)據(jù)不一樣，就斷開數(shù)據(jù)的輸出級(jí)，轉(zhuǎn)為從機(jī)接收狀態(tài)。I2C總線仲裁與時(shí)鐘發(fā)生仲裁過程這樣主節(jié)點(diǎn)2就贏得了總線，而且數(shù)據(jù)沒有丟失，即總線的數(shù)據(jù)與主節(jié)點(diǎn)2所發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣，而主節(jié)點(diǎn)1在轉(zhuǎn)為從節(jié)點(diǎn)后繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，同樣也沒有丟掉SDA線上的數(shù)據(jù)。因此在仲裁過程中數(shù)據(jù)沒有丟失。I2C總線仲裁與時(shí)鐘發(fā)生總結(jié)：SDA仲裁和SCL時(shí)鐘同步處理過程沒有先后關(guān)系，而是同時(shí)進(jìn)行的。仲裁過程I2C總線仲裁與時(shí)鐘發(fā)生SPI總線SPI總線是串行外圍設(shè)備接口,是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線.SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少4根線。SDO–主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入SDI–主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出SCLK–用來為數(shù)據(jù)通信提供同步時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生CS–從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制SPI接口是全雙工、同步、串口、單主機(jī)。45SPI從機(jī)從主機(jī)獲得時(shí)鐘和片選信號(hào)，因此cs和sclk都是輸入信號(hào)。SPI接口在內(nèi)部硬件實(shí)際上是個(gè)簡單的移位寄存器,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為8位,在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號(hào)和移位脈沖下,按位傳輸,高位在前,低位在后。SPI從機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)鐘發(fā)生器

主器件MOSI

從器件MISONSSSCK

SPI總線采用3線制全雙工串行通信。7654321076543210MSBbit6bit5bit4bit3bit2bit1LSBSCKMISO/MOSINSSSPI總線SPI總線如果一個(gè)SPI從機(jī)沒有被選中，他的數(shù)據(jù)輸出端SDO將處于高阻狀態(tài)，從而與當(dāng)前處于激活狀態(tài)的隔離開。尋址：MOSI：Whenmaster,outline;whenslave,inlineMISO：Whenmaster,inline;whenslave,outlineSPI從機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)SPI接口實(shí)際上是兩個(gè)簡單的移位寄存器,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為8位,在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號(hào)和移位脈沖下,按位傳輸,高位在前,低位在后。

上升沿發(fā)送，下降沿接收。（有的器件是上升沿接收，下降沿發(fā)送）D7....D0D0....D7SPI總線在一次數(shù)據(jù)傳輸過程中，接口上只能有一個(gè)主機(jī)和一個(gè)從機(jī)能夠通信。并且，主機(jī)總是向從機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，而從機(jī)也總是向主機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

在SPI傳輸中，數(shù)據(jù)是同步進(jìn)行發(fā)送和接收的。數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)鐘基于來自主處理器的時(shí)鐘脈沖，當(dāng)SPI接口上有多個(gè)SPI接口的單片機(jī)時(shí)，應(yīng)區(qū)別其主從地位，在某一時(shí)刻只能由一個(gè)單片機(jī)為主器件。從器件只能在主機(jī)發(fā)命令時(shí),才能接收或向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)的傳輸格式是高位（MSB）在前，低位(LSB）在SPI接口的一個(gè)缺點(diǎn)：沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。如果只是進(jìn)行寫操作，主機(jī)只需忽略收到的字節(jié)；反過來，如果主機(jī)要讀取外設(shè)的一個(gè)字節(jié)，就必須發(fā)送一個(gè)空字節(jié)來引發(fā)從機(jī)的傳輸。SPI總線50SPI總線添加從器件：每個(gè)從器件需要一個(gè)單獨(dú)的從選擇信號(hào)。總信號(hào)數(shù)最終為n+3個(gè)，其中n是總線上從器件的數(shù)量。在SPI總線上添加新的從器件也不方便。對(duì)于額外添加的每個(gè)從器件，都需要一條新的從器件選擇線SPI總線51上面的上表示上升沿、下表示下降沿，sdi、sdo相對(duì)于主機(jī)而言的。

一個(gè)完整的傳送周期是16位，即兩個(gè)字節(jié)，因?yàn)?，首先主機(jī)要發(fā)送命令過去，然后從機(jī)根據(jù)主機(jī)的命令準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，主機(jī)在下一個(gè)8位時(shí)鐘周期才把數(shù)據(jù)讀回來。SPI總線SPI總線的硬件接口電路

SPI接口的串行時(shí)鐘芯片DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)；用于高速數(shù)據(jù)暫存的31×8RAM；簡單的SPI三線串口；/RST引腳：復(fù)位兼片選，讀/寫操作時(shí)必須為高電平。單片機(jī)與DS1302的接口DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS1302的工作原理單片機(jī)開始數(shù)據(jù)傳送時(shí)，必須將DS1302的/RST置高，且把包含有地址和命令信息的8位數(shù)據(jù)發(fā)送給DS1302.數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿入，下降沿串行出；單片機(jī)對(duì)DS1302的讀/寫是命令字來初始化的。命令字格式：命令字節(jié)的D7必須為1，若D7=0,寫保護(hù)；D6=0,表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)；D6=1,表示存取RAM數(shù)據(jù).D5~D1指示操作單元的地址；D0=0,表示寫；D0=1,表示讀；DS1302的寄存器數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿入，下降沿串行出；單字節(jié)操作：每次對(duì)DS1302的寫入或讀出都由命令字節(jié)引導(dǎo)，每次只傳送1字節(jié)數(shù)據(jù)。單字節(jié)寫操作：單片機(jī)通過8個(gè)sclk下降沿傳送寫命令字節(jié)后，在接下來的8個(gè)sclk時(shí)鐘的下降沿傳送一字節(jié)數(shù)據(jù)。如果有更多的sclk周期，DS1302將會(huì)忽略。單字節(jié)讀操作：單字節(jié)讀操作每次需16個(gè)時(shí)鐘，地址字節(jié)在前8個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿輸入，而數(shù)據(jù)字節(jié)在后8個(gè)時(shí)鐘周期的下降沿輸出。.DS1302輸出的第一位數(shù)據(jù)是在命令字節(jié)最后一位的第一個(gè)下降沿處，如果有更多的sclk周期，DS1302將重新發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)。多字節(jié)操作多字節(jié)操作：每次對(duì)DS1302的寫入或讀出都由命令字節(jié)引導(dǎo)，然后對(duì)時(shí)鐘寄存器的7個(gè)寄存器或31個(gè)RAM依次按順序?qū)懭?讀出。多字節(jié)寫操作：單片機(jī)通過8個(gè)sclk下降沿傳送命令字節(jié)后，在接下來的8個(gè)sclk時(shí)鐘的下降沿傳送一字節(jié)數(shù)據(jù),以次類推。多字節(jié)讀操作：：單片機(jī)通過8個(gè)sclk下降沿傳送命令字節(jié)后，在緊接著的的8個(gè)sclk時(shí)鐘的下降沿DS1302傳送一字節(jié)數(shù)據(jù),以次類推。特殊寄存器在DS1302的時(shí)鐘日歷或RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進(jìn)行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類:一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)。命令字為BEH和BFH寫保護(hù)寄存器：寫保護(hù)寄存器命令字D7D6D5D4D3D2D1D08EH或8FHWP000,0000RAM單元命令字D7RAM/CKD5D4D3D2D1R/W0單元C0H或C1H1100,000R/W1單元C2H或C3H1100,001R/W2單元C4H或C5H1100,010R/W34........31單元C6H或C7H.C8H或C9H...............FCH或FDH.1100,011R/W1100,100R/W........1111,110R/W程序舉例：初始化日歷寄存器片內(nèi)RAM說明68H(秒)0101，00105267H(分)0011，01003466H（時(shí)）1965H（日）0164H（星期）周三63H（月）1062H（年）1161H（寫保護(hù)寄存器）00h64單片機(jī)寫一字節(jié)到DS1302：上升沿入，下降沿出WBYTE:(單片機(jī)將A中數(shù)據(jù)發(fā)送給DS1302)MOVR1,#08HSETBSCLKNOPLOOP1:CLRSCLKRRCA;低位在前MOVI/O,C；先把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，再上升沿SETBSCLK；上升沿入到DS1302DJNER1,LOOP1RETDS1302的寄存器多字節(jié)寫模式MOV68H,#52H;把數(shù)據(jù)事先存到68H~61HMOV67H,#34HMOV66H,#19HMOV65H,#01HMOV64H,#03HMOV63H,#10HMOV62H,#11HMOV61H,#00HWRCR:CLRSCLKSETB/RSTMOVA,#8EH;寫保護(hù)寄存器的命令字LCALLWBYTEMOVA,#00H;寫保護(hù)寄存器的內(nèi)容LCALLWBYTE

CLR/RST；中止傳送

多字節(jié)寫模式

CLRSCLK

SETB/RST

MOVA,#BEH;多字節(jié)寫命令

LCALLWBYTE

MOVR0,#68H

MOVR2,#08HLOOP:MOVA,@R0LCALLWBYTE

DECR0

DJNER2,LOOP

CLRSCLK

CLR/RST;停止傳送

RET單片機(jī)單字節(jié)讀:上升沿入，下降沿出RBYTE:MOVR1,#08HMOVA,#00H

MOV@R0,A

SETBSCLK

NOPLOOP2:CLRSCLK;下降沿輸出

MOVA,@R0

MOVC,I/ORRCA

MOV@R0,A

SETBSCLK

DJNER1,LOOP2

RET多字節(jié)讀模式

將時(shí)鐘日歷寄存器的秒、分、時(shí)、日、星期、月、年以及寫保護(hù)寄存器的內(nèi)容分別存入單片機(jī)的6FH～68H單元RDCR：CLRSCLKSETB/RSTMOVA,#0BFH;多字節(jié)讀命令LCALLWBYTEMOVR0,#6FHMOVR2,#08HLOOPR:LCALLRBYTEMOV@R0,ADECR0DJNER2,LOOPRCLRSCLKCLR/RST;停止傳送RETUART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線。UART/SCI總線串行、并行（Serial/parallel）同步、異步（Synchronous/asynchronous）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、總線（Point-to-point/bus）半雙工、全雙工（Half-duplex/full-duplex）主從式、對(duì)等式（Master-slave/equalpartners）單端信號(hào)、差分信號(hào)（Single-ended/differential）SCIEIARS-232-C美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)正式公布的異步串行通信標(biāo)準(zhǔn)，也是目前最常用的異步串行通信標(biāo)準(zhǔn)，用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信RS-232-C電平采用負(fù)邏輯，即，邏輯1：-3～-25V,邏輯0：+3～+25V（需要電平轉(zhuǎn)換）RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)有22根線，采用標(biāo)準(zhǔn)25芯D型插頭座；PC上使用簡化的9芯D型插座多種通信應(yīng)答（握手）方式：硬件握手，自應(yīng)答，XON/XOFF模式波特率：300bps～4Mbps，物理層有多種實(shí)現(xiàn)方式（銅纜，光纜，紅外，無線，微波）起始位/停止位/數(shù)據(jù)位/奇偶校驗(yàn)/全雙工半雙工模式廣泛應(yīng)用：Modem，20mA電流環(huán)，RS485個(gè)人計(jì)算機(jī)都有標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，驅(qū)動(dòng)程序，超級(jí)終端SCIRS232standard

簡化的9芯D型接頭信號(hào)定義（硬件流量控制）

DTEDCE3TxDoutTxDTransmitData2RxDinRxDReceiveData5GNDGND7RTSoutRTSRequireToSend8CTSinCTSClearToSend6DSRinDSRDataSetReady9DCDinDCDDataCareDetected4DTRoutDTRDataTerminalReadyRS232standard

簡化的9芯D型接頭信號(hào)定義（自應(yīng)答方式）

DTE/DCE2TxDoutTxD(TransmitData)3RxDinRxD(ReceiveData)7GNDGND(Ground)4RTSoutRTS(RequiretoSend)5CTSinCTS(CleartoSend)6DSRinDSR(DataTerminalReady)8DCDinDCD(DataCarryDetected)20DTRoutDTR(DataSetReady)RS232standard簡化的9芯D型接頭信號(hào)定義（無應(yīng)答方式）

1protectionground2RxDinRxD(ReceiveData)3TxDoutTxD(TransmitData)5GNDGND(Ground)6DSRin