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CAN、I2S、I2C、SPI、SSP总线简介.doc

CAN、I2S、I2C、SPI、SSP总线简介

研发设计
2009-08-24 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《CAN、I2S、I2C、SPI、SSP总线简介doc》,可适用于IT/计算机领域

CAN、IS、IC、SPI、SSP总线简介一、SPI总线说明串行外围设备接口SPI(serialperipheralinterface)总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口Motorola公司生产的绝大多数MCU(微控制器)都配有SPI硬件接口如系列MCU。SPI用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。SPI可以同时发出和接收串行数据。它只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯这四条线是:串行时钟线(CSK)、主机输入从机输出数据线(MISO)、主机输出从机输入数据线(MOSI)、低电平有效从机选择线CS。这些外围器件可以是简单的TTL移位寄存器复杂的LCD显示驱动器AD、DA转换子系统或其他的MCU。当SPI工作时在移位寄存器中的数据逐位从输出引脚(MOSI)输出(高位在前)同时从输入引脚(MISO)接收的数据逐位移到移位寄存器(高位在前)。发送一个字节后从另一个外围器件接收的字节数据进入移位寄存器中。主SPI的时钟信号(SCK)使传输同步。其典型系统框图如下图所示。SPI主要特点有:可以同时发出和接收串行数据·可以当作主机或从机工作·提供频率可编程时钟·发送结束中断标志·写冲突保护·总线竞争保护等。图示出SPI总线工作的四种方式其中使用的最为广泛的是SPI和SPI方式(实线表示):SPI模块为了和外设进行数据交换根据外设工作要求其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=串行同步时钟的空闲状态为低电平如果CPOL=串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位(CPHA)能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果CPHA=在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样如果CPHA=在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。SPI总线接口时序如图所示。什么是CAN总线?===========================CAN全称为ControllerAreaNetwork即控制器局域网由德国Bosch公司最先提出是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN是一种多主方式的串行通讯总线基本设计规范要求有高的位速率、高抗电磁干扰性而且要能够检测出总线的任何错误。当信号传输距离达Km时CAN仍可提供高达Kbits的数据传输速率。CAN具有十分优越的特点:A、较低的成本与极高的总线利用率 B、数据传输距离可长达Km传输速率可高达Mbits C、可靠的错误处理和检错机制发送的信息遭到破坏后可自动重发 D、节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能 E、报文不包含源地址或目标地址仅用标志符来指示功能信息和优先级信息由于人为、自然、其它外界环境的影响和人们对公交系统的安全可靠性、真实、实时性的追求使得我们对通信方式通信设备有了更高的要求基于CAN总线的网络则成为我们最佳的选择CAN总线 现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN(ControllerAreaNetwork)属于现场总线的范畴它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前许多RS基于R线构建的分布式控制系统而言 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性:  首先CAN控制器工作于多主方式网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据且CAN协议废除了站地址编码而代之以对通信数据进行编码这可使不同的节点同时接收到相同的数据这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强并且容易构成冗余结构提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS只能构成主从式结构系统通信方式也只能以主站轮询的方式进行系统的实时性、可靠性较差  其次CAN总线通过CAN控制器接口芯片C的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS网络中当系统有错误出现多节点同时向总线发送数据时导致总线呈现短路从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能以使总线上其他节点的操作不受影响从而保证不会出现象在网络中因个别节点出现问题使得总线处于“死锁”状态。  而且CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现从而大大降低系统开发难度缩短了开发周期这些是只仅仅有电气协议的RS所无法比拟的。另外与其它现场总线比较而言CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前CAN总线应用于众多领域具有强劲的市场竞争力的重要原因。  CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域网络属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的世界上一些著名的汽车制造厂商如BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLSROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时由于CAN总线本身的特点其应用范围目前已不再局限于汽车行业而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。其典型的应用协议有:SAEJISO、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA等。什么是CAN总线?CAN意为ControllerAreaNetwork的缩写意为控制区域网络。是国际上流行的现场总线中的一种。是一种特别适合于组建互连的设备网络系统或子系统。.CAN总线特点?l CAN是到目前为止为数不多的有国际标准的现场总线l CAN通讯距离最大是公里(设速率为Kbps),或最大通信速率为Mbps(设通信距离为米)。CAN总线上的节点数可达个。通信介质可在双绞线同轴电缆光纤中选择。 CAN采用非破坏性的总线仲裁技术当多个节点同时发送数据时优先级低的节点会主动退出发送高优先级的节点可继续发送节省总线仲裁时间。CAN是多主方式工作网上的任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息。CAN采用报文识别符识别网络上的节点从而把节点分成不同的优先级高优先级的节点享有传送报文的优先权。 报文是短帧结构短的传送时间使其受干扰概率低CAN有很好的效验机制这些都保证了CAN通信的可靠性。.CAN总线应用领域CAN总线最初是德国BOSCH为汽车行业的监测控制而设计的。现已应用到铁路、交通、国防、工程、工业机械、纺织、农用机械、数控、医疗器械机器人、楼宇、安防等方面。IC(Inter-IntegratedCircuit)总线IC(Inter-IntegratedCircuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线用于连接微控制器及其外围设备。IC总线产生于在年代最初为音频和视频设备开发如今主要在服务器管理中使用其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询以管理系统的配置或掌握组件的功能状态如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数增加了系统的安全性方便了管理。    IC总线特点  IC总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上因此IC总线占用的空间非常小减少了电路板的空间和芯片管脚的数量降低了互联成本。总线的长度可高达英尺并且能够以Kbps的最大传输速率支持个组件。IC总线的另一个优点是它支持多主控(multimastering)其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然在任何时间点上只能有一个主控。    IC总线工作原理  总线的构成及信号类型  IC总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送最高传送速率kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作所以每个电路和模块都有唯一的地址在信息的传输过程中IC总线上并接的每一模块电路既是主控器(或被控器)又是发送器(或接收器)这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分地址码用来选址即接通需要控制的电路确定控制的种类控制量决定该调整的类别(如对比度、亮度等)及需要调整的量。这样各控制电路虽然挂在同一条总线上却彼此独立互不相关。  IC总线在传送数据过程中共有三种类型信号它们分别是:开始信号、结束信号和应答信号。  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为低电平时SDA由低电平向高电平跳变结束传送数据。  应答信号:接收数据的IC在接收到bit数据后向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后等待受控单元发出一个应答信号CPU接收到应答信号后根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号由判断为受控单元出现故障。  目前有很多半导体集成电路上都集成了IC接口。带有IC接口的单片机有:CYGNAL的CFXX系列PHILIPSPLPCXX系列MICROCHIP的PICCXX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供IC接口。  总线基本操作  IC规程运用主从双向通讯。器件发送数据到总线上则定义为发送器器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件(通常为微控制器)控制主器件产生串行时钟(SCL)控制总线的传输方向并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变SCL为高电平的期间SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。控制字节  在起始条件之后必须是器件的控制字节其中高四位为器件类型识别符(不同的芯片类型有不同的定义EEPROM一般应为)接着三位为片选最后一位为读写位当为时为读操作为时为写操作。写操作  写操作分为字节写和页面写两种操作对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。读操作  读操作有三种基本操作:当前地址读、随机读和顺序读。图给出的是顺序读的时序图。应当注意的是:最后一个读操作的第个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作主机必须在第个周期间发出停止条件或者在第个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。在IC总线的应用中应注意的事项总结为以下几点:  )严格按照时序图的要求进行操作  )若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接可以不外加上拉电阻。  )程序中为配合相应的传输速率在对口线操作的指令后可用NOP指令加一定的延时。  )为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可用外部写保护引脚(如果有)或者在EEPROM内部没有用的空间写入标志字每次上电时或复位时做一次检测判断EEPROM是否被意外改写。添加:IC总线在现代电子系统中有为数众多的IC需要进行相互之间以及与外界的通信。为了提供硬件的效率和简化电路的设计PHILIPS开发了一种用于内部IC控制的简单的双向两线串行总线IC(interIC总线)。IC总线支持任何一种IC制造工艺并且PHILIPS和其他厂商提供了种类非常丰富的IC兼容芯片。作为一个专利的控制总线IC已经成为世界性的工业标准。每个IC器件都有一个唯一的地址而且可以是单接收的器件(例如:LCD驱动器)或者可以接收也可以发送的器件(例如:存储器)。发送器或接收器可以在主模式或从模式下操作这取决于芯片是否必须启动数据的传输还是仅仅被寻址。IC是一个多主总线即它可以由多个连接的器件控制。早期的IC总线数据传输速率最高为Kbitss采用位寻址。但是由于数据传输速率和应用功能的迅速增加IC总线也增强为快速模式(Kbitss)和位寻址以满足更高速度和更大寻址空间的需求。IC总线始终和先进技术保持同步但仍然保持其向下兼容性。并且最近还增加了高速模式其速度可达Mbitss。它使得IC总线能够支持现有以及将来的高速串行传输应用例如EEPROM和Flash存储器。IS总线IS有个主要信号:串行时钟SCLK也叫位时钟(BCLK)即对应数字音频的每一位数据SCLK都有个脉冲。SCLK的频率=×采样频率×采样位数 帧时钟LRCK用于切换左右声道的数据。LRCK为“”表示正在传输的是左声道的数据为“”则表示正在传输的是右声道的数据。LRCK的频率等于采样频率。串行数据SDATA就是用二进制补码表示的音频数据。IS(InterIC Sound Bus)是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准。在飞利浦公司的IS标准中既规定了硬件接口规范也规定了数字音频数据的格式。IS有个主要信号:串行时钟SCLK也叫位时钟(BCLK)即对应数字音频的每一位数据SCLK都有个脉冲。SCLK的频率=×采样频率×采样位数  帧时钟LRCK用于切换左右声道的数据。LRCK为“”表示正在传输的是左声道的数据为“”则表示正在传输的是右声道的数据。LRCK的频率等于采样频率。串行数据SDATA就是用二进制补码表示的音频数据。有时为了使系统间能够更好地同步还需要另外传输一个信号MCLK称为主时钟也叫系统时钟(Sys Clock)是采样频率的倍或倍。一个典型的IS信号见图。(图 IS信号)图        IS格式的信号无论有多少位有效数据数据的最高位总是出现在LRCK变化(也就是一帧开始)后的第个SCLK脉冲处。这就使得接收端与发送端的有效位数可以不同。如果接收端能处理的有效位数少于发送端可以放弃数据帧中多余的低位数据如果接收端能处理的有效位数多于发送端可以自行补足剩余的位。这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方便而且不会造成数据错位。    随着技术的发展在统一的 IS接口下出现了多种不同的数据格式。根据SDATA数据相对于LRCK和SCLK的位置不同分为左对齐(较少使用)、IS格式(即飞利浦规定的格式)和右对齐(也叫日本格式、普通格式)。这些不同的格式见图和图。(图 几种非IS格式)图(图 几种IS格式)图     )thiswidth="border=>    )thiswidth="border=>    为了保证数字音频信号的正确传输发送端和接收端应该采用相同的数据格式和长度。当然对IS格式来说数据长度可以不同。SSP总线SSP总线兼容SPISSI和Microwire总线的接口。PAGE

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