什么是单片机的通信接口

作为一名优秀的硬件工程师，相信在设计图纸和写程序的过程中，I2C和SPI芯片肯定是十分常见的，而且在许多项目这两者是比不可少的。那到底什么是IIC和SPI呢？今天小编就和大家分享一下。

对于许多初学者而言，包括小编在刚开始接触单片机的时候，经常听到同事说起I2C和SPI，但是一直不知道是什么意思。其实I2C和SPI和单片机的串口或者CAN一样都是一种通信接口，而且都是有标准的协议的，只是它们的时序不同，仅此而已。

在实际的使用过程中，用I2C的芯片最常见的是EEPROM芯片，比如AT24CXX系列。使用SPI通信的芯片一般外置FLASH芯片，蓝牙芯片，RFID等等。

I2C通信需要用到两个引脚：。SCL表示的是时钟引脚，SDA表示的是数据引脚。如下图所示。

(上面的图表示的是EEPROM芯片)

(上面的图表示的是时钟芯片)

SPI通信需要4个引脚：SPI_CS,SPI_SCK,SPI_MOSI,SPI_MISO。SPI通信芯片的引脚名称一般都是这种写法，例如SPI_MOSI表示的意思就是“主机输出从机输入”主机一般就是指我们的单片机，从机是指待操作的芯片。

SPI标准的通信过程是：先把片选SPI_CS引脚拉低，SPI_SCK引脚输出时钟，然后就可以在SPI_SMOSI引脚上输出数据，同时可以在MISO上获得数据了。

(下面这幅图是一个SPI FLASH的芯片，芯片引脚和标注的名称意思一致)

目前市场上常见的单片机中，大部分使用的都是带有I2C口和SPI口的，有的还有有可能还会有好几个I2C口和SPI口。比如现在比较流行的STM32，Freescale，NXP，PIC等单片机。但是有的单片机本身不带硬件I2C口和SPI口的，也可以通过模拟的方式通信。并且对于新手而言，学习一下用普通引脚模拟是十分有必要的，以为这样对他们的通信本质理解更深刻。

在实际的通信全程中，其实单片机就是要控制相应引脚的高低电平，或者检测输入引脚的高低电平的过程。IIC和SPI就是控制引脚的高低电平，本质上和点灯没什么区别，只是在时序上有标准的要求。

IIC中是用两条线来通信，一条时钟线（SCK），一条数据线（SDA）。时钟线用来产生一个脉冲，再说的直接一点，就是把引脚变高变低的信号，用延时函数来确定频率。如下图：这就是个时钟信号

比如我们规定，在SCK高电平时，读取SDA的电平，连续8个SCK读一个字节。数据的那一端，在检测到低电平的时候，就把要发送的数据按照位体现在数据引脚上面。例如一个数据：0x88，写成二进制以后就是1000 1000。我们来看一下传输这个数据的过程：从机检测时钟引脚，检测到一个下降沿（就是从高电平落到了低电平），就把要发送的数据的bit7体现在数据引脚上，例如1000 1000的bit7是1，就把数据引脚变高电平，主机在时钟引脚的高电平，检测这个数据引脚，把这个位记录下来，从机再次发现时钟引脚的下降沿后，再把数据的bit6体现在数据引脚上，由于1000 1000 的bit6是0，所以从机把数据引脚拉低，然后当时钟引脚为高电平的时候，主机检测数据引脚的高低电平，再把bit6记录下来,……以此8次，就可以把一个字节由从机传输到主机了。是不是很简单呢？

SCK的速率，是指数据传输的快慢，通过控制SCK电平之间的时间间隔就可以。

I2C通信，SPI通信，只不过是在我刚才讲的例子上面，又多了一些协议内容。具体的协议，你们随便找一个I2C和SPI通信接口的芯片看一下时序图就可以了。我们要做的，就是用单片机的引脚，把它的时序做出来。

玩转电子硬件，每晚与您相约今日头条！

详解单片机的IO接口

MCS-51系列单片机有4组I/O接口：P0、P1、P2和P3。前面简单介绍了一下各个端口，要学好单片机技术，非常有必要详细了解这些端口的内部结构及工作原理。

P0端口

P0 端口有 P0.0～P0.7 共 8 个引脚，这些引脚除了可作 I/O 引脚外，在外接存储器时，还可作地址 / 数据总线引脚。 P0端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-6所示。

图2-6 P0端口内部电路结构

如果要将P0端口用作输出端口，单片机内部的CPU会发出一个“0”到与门的控制端。控制端的“0”一方面关闭与门(即与门的一端为“0”时，不管另一端输入何种信号，输出都为“0”)，使地址/数据总线送来的信号无法通过与门;另一方面控制电子开关，让电子开关与锁存器的Q端接通。

此时若给锁存器的写锁存器端送写脉冲信号，内部总线送来的数据就可以通过D端进入锁存器并从Q和Q端输出，如D端输入“1”，则Q端输出“0”(Q端输出“1”)，该“0”经电子开关送到场效应管VT2的栅极，VT2截止，从P0端口输出“1”。

也就是说，当给P0端口内部的与门控制端送“0”，同时给写锁存器端送写脉冲信号时，单片机内部总线的信号就可以通过接口电路从P0端口输出。

(2)当P0端口用作输入端口时

当将P0端口用作输入端口时，P0端口的信号既送到三态门，又送到VT2的漏极。如果锁存器之前锁存的为“0”，即Q=0、Q=1，其中Q=1会使VT2导通，P0端口被钳在“0”电平上，“1 ”将无法送入P0端口。

解决的方法是：在将数据输入P0端口前，先通过内部总线向锁存器写“1”，即让Q=0，VT2截止，P0端口输入的“1”就可以送到三态门的输入端，此时再给三态门的读引脚送一个读控制信号，“1”就可以通过三态门送到内部总线。

也就是说，要将P0端口作为输入端口，先要将P0端口的锁存器写“1”，然后再给输入三态门送读控制信号，P0端口的数据就可以通过接口电路，送到单片机内部的总线上。

(3)当P0端口用作地址/数据总线引脚时

如果要将P0端口用作地址/数据总线引脚，先要给与门的控制端送“1”，于是与门打开，同时电子开关和非门输出端接通。当地址/数据总线为“1”时，“1”一方面通过与门送到VT1的栅极，VT1导通，另一方面送到非门，经反相变为“0”，再经电子开关送到VT2的栅极，VT2截止，VT1导通，VT2截止使P0端口输出为“1”;当地址/数据总线为“0”时，VT1导通，VT2也导通，P0端口输出为“0”。

也就是说，当给与门的控制端送“1”时，内部地址/数据总线上的信号就可以从P0端口输出，P0端口就可当作地址/数据总线引脚使用。

P1端口

P1 端口有 P1.0～P1.7 共 8 个引脚，这些引脚可作 I/O 引脚。 P1端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-7所示。

图2-7 P1端口内部电路结构

从图2-7中可以看出，P1端口的结构较P0端口简单很多，由于P1端口内部采用了一只场效应管，并且与电源之间接了一只上拉电阻，所以不需要在P1端口的外部接上拉电阻。

(1)当P1端口用作输出端口时

如果要将P1端口用作输出端口，应给锁存器的写锁存器CL端送写脉冲信号，内部总线送来的数据就可以通过D端进入锁存器并从Q和Q端输出，如D端输入“1”，则Q端输出“0”(Q端输出“1”)，该“0”送到场效应管的栅极，场效应管截止，从P1端口输出“1”。

(2)当P1端口用作输入端口时

当将P1端口用作输入端口时，如果锁存器以前锁存的为“0”，即Q=0、Q=1，其中Q=1会使场效应管导通，P1端口被钳在“0”电平上，“1”将无法送入P1端口。所以与P0端口一样，在将数据输入P1端口前，先要通过内部总线向锁存器写“1”，让Q=0，场效应管截止，P1端口输入的“ 1”就可以送到输入三态门的输入端，此时再给三态门的读引脚送一个读控制信号，“1”就可以通过输入三态门送到内部总线。

P2端口

P2端口有P2.0～P2.7共8个引脚，P2端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-8所示。

图2-8 P2端口内部电路结构

从图2-8中可以看出，P2端口的内部结构与P0端口很相似。P2 端口也可作 I/O 引脚，在外接存储器时，还可以作为地址总线引脚。

(1)当P2端口用作地址总线引脚时

如果要将P2端口用作地址总线引脚，单片机内部的CPU会发出一个控制信号到电子开关的控制端，让电子开关与内部地址总线接通，地址总线上的信号就可以在通过电子开关、非门和场效应管后从P2端口引脚输出。

(2)当P2端口用作I/O接口时

如果要将P2端口用作I/O接口，单片机内部的CPU会发出一个控制信号到电子开关的控制端，让电子开关与锁存器接通。

当将P2端口用作输出端口时，给锁存器的CL端送写脉冲信号，内部总线上的数据就被锁存进锁存器并从Q端输出，再通过电子开关、非门和场效应管从P2端口引脚输出。

当将P2端口用作输入端口时，如果锁存器以前锁存的为“0”，即Q=0，经非门反相后会使场效应管导通，P2端口被钳在“0”电平上，“1”将无法送入P2端口。所以与P0、P1端口一样，在将数据输入P2端口前，先通过内部总线向锁存器写“1”，让Q=1，场效应管截止，P2端口输入的“1 ”就可以送到输入三态门的输入端，此时再给读引脚送一个读控制信号，“1”就可以通过三态门送到内部总线。

P3端口

P3 端口有 P3.0～P3.7 共 8 个引脚， P3 端口可作为 I/O 接口，还可以用于其他方面。P3端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-9所示。

图2-9 P3端口内部电路结构

(1)当P3端口用作I/O接口时

如果要将P3端口用作I/O接口，应让与非门的选择输出功能端为“1”，以开通与非门。

当将P3端口用作输出端口时，给锁存器的CL端送写脉冲信号，内部总线送来的数据就可以通过D端进入锁存器并从Q端输出，再通过与非门和场效应管从P3端口引脚输出。

当将P3端口用作输入端口时，应先通过内部总线向锁存器写“1”，让Q=1，场效应管截止，P3端口输入的信号就可以通过缓冲器、输入三态门送到内部总线。

(2)当P3端口用作第二功能时

P3端口用作第二功能(又称复用功能)时，实际上也是在该端口输入或输出信号，只不过输入、输出的是一些特殊功能的信号。所以当P3端口用作第二功能时，其内部电路的工作原理与用作I/O接口时是一样的，在用作输入功能时，端口的锁存器同样要先置“1”。

P3端口8个引脚的第二功能详见表2-1。例如P3.2引脚用作第二功能时，该端口可输入由外部设备送到的中断请求信号，该信号通过缓冲器、输入三态门送到内部总线。

P3端口除了可以接收外界的输入信号外，还可以接收内部的替代输入功能端送来的信号，该信号通过输入三态门送到内部总线。

总之，P0、P1、P2 和 P3 端口的功能是：都可以作输入或输出端口; P0、P2、P3 端口具有第二功能，各种端口的第二功能见表2-1。例如，表中说明P0端口的第二功能可以用作低8位地址总线/ 数据总线，P2端口可用作高8位地址总线，P3.0端口可用作串行数据接收端。

表2-1 MCS-51系列单片机各端口的第二功能

相关问答

本人工科狗一枚,专业是机械大类的一类,大学本科也学了单片机。单片机原理与应用算是比较基础的一门课,能够学习通过单片机进行一些简单的控制。如果题主是一...

串口接口的功能:1、与其他串口通讯2、下载程序(如果单片机有ISP功能的话)USB电源接口的功能:1、提供开发板5V电源(内部电源)2、下载程序(如果单片机...

单片机端口是单片机芯片上的一组输入/输出引脚,用于与外部设备进行通信和控制。这些端口可以被程序控制,可以设置为输入或输出,也可以进行模拟或数字信号的输...

两种接口都是用来传送二进制数据的接口形式。串行接口,一般有一根时钟线,一根数据线,一个时钟周期传送二进制1位,要传送一个字节至少需要8个时钟周...

分别是数字量接口模块,模拟量接口模块,通讯接口模块。分别是数字量接口模块,模拟量接口模块,通讯接口模块。

单片机通常具有多个输入输出接口,具体数量取决于单片机的型号和规格。常见的单片机如8051、AVR、PIC等,一般都具有多个通用输入输出引脚,可以用于连接外部设备...

ISP下载线就是一根用来在线下载程序的线,类似USB线,但不一样in-systemprogramming在线系统编程一种无需将存储芯片(如EPROM)从嵌入式设备上取出就能对其进行...

51单片机是一种常用的微控制器,具有多种接口用于连接外部设备。常见的接口包括GPIO(通用输入输出口)、UART(串行通信口)、SPI(串行外设接口)、I2C(串行总...5...

使用单片机的I/O接口时,常用的三个概述包括:I/O接口的功能:I/O接口是单片机与外部设备或传感器之间进行数据交换的桥梁。它主要负责数据的输入和输出,实现单...

单片机红外接口一般是指通过红外发射和接收模块实现红外通信的接口。红外接口可以用于单片机与外部红外设备的通信,比如红外遥控器、红外传感器等。在单片机系...