标签：标准 所用 总线 时钟 SPI 数据传输 I2C 数据 设备
所用到的数据传输标准
合理的选择电动机是正确使用的先决条件。选择恰当，电动机就能安全、经济、可靠地运行；选择得不合适，轻者造成浪费，重者烧毁电动机。选择电动机的内容包括很多，例如电压、频率、功率、转速、启动转矩、防护形式、结构形式等，但是结合农村具体情况，需要选择的通常只是功率、转速、防护形式等几项比较重要的内容，因此在这里介绍一下电动机的选择方法及使用。
3.1 串行外设接口(SPI)
3.1.1 SPI协议简介
SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如MSP430单片机系列处理器。
3.1.2 主从模式
SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作,如图3.1，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。
图 3.1
SDO ：主设备数据输出，从设备数据输入 对应MOSI master output slave input
SDI：主设备数据输入，从设备数据输出 对应MISO master input slave output
SCLK ：时钟信号，由主设备产生
CS ：从设备使能信号，由主设备控制
其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效，这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。
SDI/SDO/SCLK: 通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。
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。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，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SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，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，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。
在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。
最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。AT91RM9200的SPI接口主要由4个引脚构成：SPICLK、MOSI、MISO及 /SS，其中SPICLK是整个SPI总线的公用时钟，MOSI、MISO作为主机，从机的输入输出的标志，MOSI是主机的输出，从机的输入，MISO 是主机的输入，从机的输出。/SS是从机的标志管脚，在互相通信的两个SPI总线的器件，/SS管脚的电平低的是从机，相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信系统中，必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从，单主多从，互为主从。
SPI的片选可以扩充选择16个外设,这时PCS输出=NPCS,说NPCS03接4-16译码器,这个译码器是需要外接4-16译码器，译码器的输入为NPCS03，输出用于16个外设的选择。
3.1.2 SPI协议软件模拟
现以 AT89C205l单片机模拟SPI总线操作串行EEPROM 93CA6为例，如图3.2所示，介绍利用单片机的I／O口通过软件模拟SPI总线的实现方法。
图 3.2
93CA6作为从设备，其SPI接口使用4条I／O口线：串行时钟线(SK)、输出数据线DO、输入数据线DI和高电平有效的从机选择线CS。其数据的传输格式是高位(MSB)在前，低位(LsB)在后。93C46的SPI总线接口读命令时序如图3.3所示。
图 3.3
对于不带SPI串行总线接口的AT89C2051单片 机来说，可以使用软件来模拟SPI的操作，图3.2所示 为AT89C2051单片机与串行EEPROM 93C46的硬件 连接图，其中，P1．0模拟SPI主设备的数据输出端 SDO，P1．2模拟SPI的时钟输出端SCK，P1．3模拟 SPI的从机选择端SCS，P1．1模拟SPI的数据输入 SDI。
上电复位后首先先将P1．2(SCK)的初始状态设置为0(空闲状态)。
读操作：AT89C2051首先通过P1．0口发送1位起始位(1)，2位操作码(10)，6位被读的数据地址(A5A4A3A2A1A0)，然后通过P1．1口读1位空位(0)，之后再读l6位数据(高位在前)。
写操作：AT89C2051首先通过P1．0口发送1位起始位(1)，2位操作码(01)，6位被写的数据地址(A5A4A3A2A1A0)，之后通过P1．0口发送被写的l6位数据(高位在前)，写操作之前要发送写允许命令，写之后要发送写禁止命令。
写允许操作(WEN))：写操作首先发送1位起始位(1)，2位操作码(00)，6位数据(11XXXX)。
写禁止操作(WDS))：写操作首先发送1位起始位(1)，2位操作码(00)，6位数据(00XXXX)。
3.2 I2C总线协议
3.2.1 I2C总线物理拓扑结构
I2C 总线在物理连接上非常简单，分别由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制，来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时，这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高，保持着高电平。
I2C通信方式为半双工，只有一根SDA线，同一时间只可以单向通信，485也为半双工，SPI和uart为双工。
3.2.2 I2C总线特征
I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备，而且每一个设备都会对应一个唯一的地址(地址通过物理接地或者拉高，可以从I2C器件的数据手册得知，如TVP5158芯片，7位地址依次bit6~bit0:x101 1xxx, 最低三位可配，如果全部物理接地，则该设备地址为0x58, 而之所以7bit因为1个bit要代表方向，主向从和从向主)，主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信，在通常的应用中，我们把CPU带I2C总线接口的模块作为主设备，把挂接在总线上的其他设备都作为从设备。
I2C总线上可挂接的设备数量受总线的最大电容400pF 限制，如果所挂接的是相同型号的器件，则还受器件地址位的限制。
I2C总线数据传输速率在标准模式下可达100kbit/s，快速模式下可达400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。一般通过I2C总线接口可编程时钟来实现传输速率的调整，同时也跟所接的上拉电阻的阻值有关。
I2C总线上的主设备与从设备之间以字节(8位)为单位进行双向的数据传输。
3.2.3 I2C总线协议规定
I2C协议规定，总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件。起始和结束信号总是由主设备产生(意味着从设备不可以主动通信？所有的通信都是主设备发起的，主可以发出询问的command，然后等待从设备的通信)。
起始和结束信号产生条件：总线在空闲状态时，SCL和SDA都保持着高电平，当SCL为高电平而SDA由高到低的跳变，表示产生一个起始条件；当SCL为高而SDA由低到高的跳变，表示产生一个停止条件。
在起始条件产生后，总线处于忙状态，由本次数据传输的主从设备独占，其他I2C器件无法访问总线；而在停止条件产生后，本次数据传输的主从设备将释放总线，总线再次处于空闲状态。起始和结束如图3.4所示。每一最小包数据由9bit组成，8bit内容+1bit ACK, 如果是地址数据，则8bit包含1bit方向。
图 3.4
3.3 通用同步异步收发器
3.3.1 USART介绍
嵌入式开发中，UART串口通信协议是我们常用的通信协议（UART、I2C、SPI等）之一，全称叫做通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），是异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输，它能将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换，能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换。3.3.2 USART通信协议
1）起始位：当未有数据发送时，数据线处于逻辑“1”状态；先发出一个逻辑“0”信号，表示开始传输字符。
2）数据位：紧接着起始位之后。资料位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。
3）奇偶校验位：资料为加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数（偶校验）或奇数（奇校验），以此来校验资料传送的正确性。
4）停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。 由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。
5）空闲位或起始位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送，进入空闲状态。处于逻辑“0”状态，表示开始传送下一数据段。
6）波特率：表示每秒钟传送的码元符号的个数，是衡量数据传送速率的指标，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。常用的波特率有：9600、115200……。时间间隔计算：1秒除以波特率得出的时间，例如，波特率为9600的时间间隔为1s / 9600（波特率） = 104us。
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