第12章单片机串行扩展技术•单片机串行扩展技术与并行扩展技术相比具有显著优点，串行接口器件与单片机接口时需要I/O口线很少（仅需1～4条），串行接口器件体积小，因而占用电路板空间小，仅为并行接口器件10%，明显减少电路板空间和成本。•除上述优点，还有工作电压宽、抗干扰能力强、功耗低、数据不易丢失等特点。串行扩展技术在IC卡、智能仪器仪表以及分布式控制系统等领域得到广泛应用。•12.1单总线串行扩展•单总线（也称1-Wirebus）是由美国DALLAS公司推出外围串行扩展总线。•只有一条数据输入/输出线DQ，总线上所有器件都挂在DQ上，电源也通过这条信号线供给，使用一条信号线串行扩展技术，称为单总线技术。•单总线系统各种器件，由DALLAS公司提供专用芯片实现。每个芯片都有64位ROM，厂家对每一个芯片用激光烧写编码，其中存有16位十进制编码序列号，它是器件地址编号，确保它挂在总线上后，可唯一被确定。•除地址编码外，片内还包含收发控制和电源存储电路，如图12-1所示。这些芯片耗电量都很小（空闲时几微瓦，工作时几毫瓦），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。•••【例12-1】图12-2所示为一个由单总线构成分布式温度监测系统，图中多个带有单总线接口数字温度传感器DS18B20芯片都挂在单片机1根I/O口线（即DQ线）上。对每个DS18B20通过总线DQ寻址。DQ为漏极开路，须加上拉电阻。DS18B20封装形式多样，在单总线数字温度传感器系列中还有DS1820、DS18S20、DS1822等其他型号，工作原理与特性基本相同。图12-1单总线芯片内部结构示意图••图12-2单总线构成分布式温度监测系统•特点如下：•（1）体积小、结构简单、使用方便。•（2）每芯片都有唯一64位光刻ROM编码，家族码为28H。•（3）温度测量范围-55~+125ºC，在-10~+85ºC范围内，测量精度可达±0.5ºC。•（4）分辨率为可编程9~12位（其中包括1位符号位），对应温度变化量分别为0.5ºC、0.25ºC、0.125ºC、0.0625ºC。•（5）转换时间与分辨率有关。当设定为9位，转换时间93.75ms；设定为10位，转换时间为187.5ms；当设定11位，转换时间375ms；当设定12位，转换时间750ms。•（6）片内含有SRAM、E2PROM，单片机写入E2PROM报警上下限温度值和以及对DS18B20设置，在芯片掉电情况下不丢失。•功能命令包括两类：1条启动温度转换命令（44H），5条读/写SRAM和E2PROM命令。•图12-2电路如果再扩展几位LED数码管显示器，即可构成简易数字温度计系统。可在图12-2基础上，自行扩展设计。•在1-Wire总线传输是数字信号，数据传输均采用CRC码校验。DALLAS公司为单总线寻址及数据传送制定了总线协议，具体内容读者可查阅相关资料。•1-Wire协议不足在传输速率稍慢，故1-Wire总线协议特别适用于测控点多、分布面广、种类复杂，而又需集中监控、统一管理应用场合。•12.2SPI总线串行扩展•SPI（SerialPeriperalInterface）是Motorola公司推出同步串行外设接口，允许单片机与多个厂家生产带有标准SPI接口外围设备直接连接，以串行方式交换信息。•图12-3为SPI外围串行扩展结构图。SPI使用４条线：串行时钟SCK，主器件输入/从器件输出数据线MISO，主器件输出/从器件输入数据线MOSI和从器件选择线。图12-3SPI外围串行扩展结构图•SPI典型应用是单主系统，一台主器件，从器件通常是外围接口器件，如存储器、I/O接口、A/D、D/A、键盘、日历/时钟和显示驱动等。扩展多个外围器件时，SPI无法通过数据线译码选择，故外围器件都有片选端。在扩展单个SPI器件时，外围器件片选端可以接地或通过I/O口控制；在扩展多个SPI器件时，单片机应分别通过I/O口线来分时选通外围器件。•在SPI串行扩展系统中，如果某一从器件只作输入（如键盘）或只作输出（如显示器）时，可省去一条数据输出（MISO）线或一条数据输入（MOSI）线，从而构成双线系统（接地）。•SPI系统中单片机对从器件选通需控制其CS*端，由于省去传输时地址字节，数据传送软件十分简单。但在扩展器件较多时，需要控制较多从器件端，连线较多。CSCSCS•在SPI系统中，主器件单片机在启动一次传送时，便产生8个时钟，传送给接口芯片作为同步时钟，控制...
