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CAN、I2S、I2C、SPI、SSP总线的介绍和比较.

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标签: CAN

CAN

I2S

I2S

I2C

I2C

SPI

SPI

SSP

SSP

CAN、I2S、I2C、SPI、SSP总线的介绍和比较.

CAN、I2S、I2C、SPI、SSP
总线简介
一、SPI 总线说明
串行外围设备接口SPI
serial peripheral interface)
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)½配有SPI硬件接口,如 68
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)
、½电平有效从机选择线CS。这些外围器件可以是简单的TTL移½寄存器,复
杂的LCD显示驱动器,A/D、D/A½换子系统或其他的MCU。½SPI工½时,在移½寄存器中的数据逐½从
输出引脚(MOSI)输出(高½在前)
,同时从输入引脚(MISO)接收的数据逐½移到移½寄存器(高½
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½寄存器中。主SPI的时钟信号(SCK)
½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½½主机或从机工½;
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 2 示出 SPI 总线工½的四种方式,
其中½用的最为广泛的是 SPI0 和 SPI3 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½要求,其输出串行同步时钟极性和相
½可以进行配½,时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的½响。如果 CPOL=0,串行同步时
钟的空闲状态为½电平;如果 CPOL=1,串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相½(CPHA)
½够配½用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果 CPHA=0,在串行同步时钟的
1
CAN、I2S、I2C、SPI、SSP
总线简介
第一个跳变沿
(上升或下降)
数据被采样;
如果 CPHA=1,
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½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
Controller Area Network,即控制器局域½,由德½ Bosch
公司最先提出,是½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½速率、高抗电磁
干扰性,
而且要½够检测出总线的任½错误。
½信号传输距离达
10Km
CAN
仍可提供高达
50Kbit/s
数据传输速率。CAN 具有十分优越的特点:
A、较½的成本与极高的总线利用率;
B、
数据传输距离可长达
10Km,传输速率可高达 1Mbit/s;
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½;
E、报文不包含源地址或目标地址仅用标志符来指示功½信息和优先级信息;
由于人为、自然、其它外界环境的½响和人们对公交系统的安全可靠性、真实、实时性的½求,½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½络则成为我们最½的选择
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
--------------------------------------------------------------------------------------------------
CAN
总线
现场总线是½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½。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(Controller
Area
Network)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½络。较之目前许多
RS-485
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:
2
CAN、I2S、I2C、SPI、SSP
总线简介
首先,CAN 控制器工½于多主方式,½络中的各节点½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½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½不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点½得
CAN
总线构成的½络各节点之间
的数据通信实时性强,并且容易构成冗½结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用
RS-485
只½
构成主从式结构系统,通信方式也只½以主站½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
82C250
的两个输出端
CANH
CANL
与物理总线相连,
CANH
端的状态只½是高电平或悬浮状态,
CANL
端只½是½电平或悬浮状态。
这就保证不会出现象在
RS-485
½络中,½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½,以½总线上其他节点的操½不受
½响,从而保证不会出现象在½络中,因个别节点出现问题,½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½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-485
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½成½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 (Controller Area Network)即控制器局域½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½的性½及独特的设计,CAN 总线
越来越受到人们的重视。
它在½½领域上的应用是最广泛的,
世界上一些著名的½½制造厂商,
BENZ(奔
驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和
JAGUAR(美洲豹)等½采用了 CAN
总线来实现½½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½½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½成½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:
SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、
DeviceNet、NMEA 2000
等。
什么是
CAN
总线?
CAN
意为
Controller Area Network
的缩写,意为控制区域½络。是½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½络系统或子系统。
2. CAN
总线特点?
l CAN
是到目前为止为数不多的有½际标准的现场总线
l CAN
通讯距离最大是
10
公里(设速率为
5Kbps),或最大通信速率为 1Mbps(设通信距离为 40
米)。
CAN
总线上的节点数可达
110
个。通信介质可在双绞线,同½电缆,光纤中选择。
CAN
采用非破坏性的总线仲裁技术,½多个节点同时发送数据时,优先级½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½,½上的任一节点均可在任意时刻主动地向½络上其他节点发送信息。
CAN
采用报文识别符识别½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½其受干扰概率½,CAN 有很½的效验机制,这些½保证了
CAN
通信的可靠性。
3. CAN
总线应用领域
CAN
总线最初是德½
BOSCH
为½½行业的监测,控制而设计的。现已应用到铁路、交通、½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。
3
CAN、I2S、I2C、SPI、SSP
总线简介
I2C(Inter-Integrated Circuit)总线
I2C(Inter-Integrated Circuit)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。
I2C
线产生于在
80
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½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½或掌握组件的功½状态,如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、½络、
系统温度等多个参数,增加了系统的安全性,方便了管理。
1 I2C
总线特点
I2C
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
I2C
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½了互联成本。总线的长度可高达
25
英尺,并且½够以
10Kbps
的最大传输速率支持
40
个组件。I2C 总线的另一个优点是,它支持多主控(multimastering), 其中任½½够进行发送和接收的设备½可以成为主总
线。一个主控½够控制信号的传输和时钟频率。½然,在任½时间点上只½有一个主控。
2 I2C
总线工½原理
2.1
总线的构成及信号类型
I2C
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
100kbps。
各种被控制电路均并联在这条总线上,
½就像电话机一样只有拨通各自的号码才½工½,
所以每个电路和模块½有唯一的地址,在信息的传输过程中,I2C 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½。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½然挂在同一条总线上,却½此独立,互不相关。
I2C
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½电平跳变,开始传送数据。
结束信号:SCL 为高电平时,SDA 由½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
8bit
数据后,向发送数据的
IC
发出特定的½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½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½集成电路上½集成了
I2C
接口。带有
I2C
接口的单片机有:CYGNAL 的
C8051F0XX
系列,
PHILIPSP87LPC7XX
系列,MICROCHIP 的
PIC16C6XX
系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供
I2C
接口。
3
总线基本操½
I2C
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
½可以工½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½电平的期间才½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。
3.1
控制字节
在起始条件之后,必须是器件的控制字节,其中高四½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
1010)
,接着三½为片选,最后一½为读写½,½为
1
时为读操½,为
0
时为写操½。
3.2
写操½
写操½分为字节写和页面写两种操½,对于页面写根据芯片的一次装½½的字节不同有所不同。
3.3
读操½
读操½有三种基本操½:½前地址读、随机读和顺序读。图
4
给出的是顺序读的时序图。应½注意的是:最后一个读操½
的第
9
个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操½,主机必须在第
9
个周期间发出停止条件或者在第
9
个时钟周期内保持
SDA
为高电平、然后发出停止条件。
I2C
总线的应用中应注意的事项总结为以下几点
:
1)
严格按照时序图的要求进行操½,
4
CAN、I2S、I2C、SPI、SSP
总线简介
2)
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。
3)
程序中为配合相应的传输速率,在对口线操½的指令后可用
NOP
指令加一定的延时。
4)
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½时做一次检测,判断
EEPROM
是否被意外改写。
添加:I2C 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
I2C(inter IC
总线)。I2C 总线支持任½一种
IC
制造工艺,并且
PHILIPS
和其他厂商
提供了种类非常丰富的
I2C
兼容芯片。½为一个专利的控制总线,I2C 已经成为世界性的工
业标准。
每个
I2C
器件½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½,这取决于芯片是否必须启动数据的传输还是仅仅被寻址。I2C 是一个
多主总线,即它可以由多个连接的器件控制。
早期的
I2C
总线数据传输速率最高为
100Kbits/s,采用 7
½寻址。½是由于数据传
输速率和应用功½的迅速增加,I2C 总线也增强为快速模式(400Kbits/s)和
10
½寻址
以满足更高速度和更大寻址空间的需求。
I2C
总线始终和先进技术保持同步,½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
3.4Mbits/s。它½得 I2C
总线½够支持现有以及将来的高速串行
传输应用,例如
EEPROM
Flash
存储器。
I2S
总线
I2S
3
个主要信号:1.串行时钟
SCLK,也叫½时钟(BCLK),即对应数字音频的每一½数据,
SCLK
½有
1
个脉冲
。SCLK 的频率=2×采样频率×采样½数
2.
帧时钟
LRCK
用于切换左右声道的数据。
LRCK
为“1”表示正在传输的是左声道的数据,为“0”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。3.串行数据
SDATA,就是用二进制补码表示的音频数据。I2S(Inter-IC 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
I2S
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。I2S 有
3
个主要信号:1.串行时钟
SCLK,也叫½时钟
(BCLK),即对应数字音频的每一½数据,SCLK ½有
1
个脉冲。SCLK 的频率=2×采样频率×采样½
2.
帧时钟
LRCK,用于切换左右声道的数据。LRCK
为“1”表示正在传输的是左声道的数据,为“0”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。3.串行数据
SDATA,就是用二进制补码表示
的音频数据。
有时为了½系统间½够更½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 256
倍或
384
倍。一个典型的
I2S
信号见图
3。(图 3 I2S
信号)图
3
5
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