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串行擴展應用平臺設計
摘要：摘要一種用于系統(tǒng)內(nèi)芯片級串行擴展的應用研發(fā)平臺。該平臺包括PC機構成的上位機和單片機構成的下位機。上位機提供了良好的人機交互界面；下位機采用虛擬器件、虛擬接口，通過單片機軟件和I/O口線模擬出多種串行接口的訪問時序邏輯。借助這一平臺，可方便地實現(xiàn)對具有I2C、SPI、Microware、One-wire等接口的從器件芯片的操作，簡化了系統(tǒng)設計前的測試工作。關鍵詞：串行擴展 平臺 時序
應用串行接口芯片擴展系統(tǒng)時，在初步選擇了串行接口的芯片后，為了對芯片的資源更好地了解，開發(fā)者一般在系統(tǒng)設計前搭建一個簡單的硬件電路并編制相應的軟件對其測試，待性能驗證后再確定最終的設計方試的實驗平臺。該平臺以PC機為人機接口、采用單片機產(chǎn)生芯片串行通信時序。應用這一平臺可以大大簡化芯片使用前的測試過程。這一平臺也為單片機串行擴展的初學者提供了快捷的學習工具。本平臺目前集成了SPI、One-wire、Microware、I2C四種串行接口，在今后的使用中，可根據(jù)需要增加串行接口的種類。
1 串行擴展平臺的結構
SPI、One-wire、Microware、I2C是目前單片機應用系統(tǒng)中最常用的幾個串行擴展接口。具有I2C和One-wire接口的外圍器件都有自己的地址編號，單片機通過軟件選通器件；而SPI和Microware擴展接口芯片首先要通過單片機I/O口線選通其片選腳，然后才能對其進行操作。這四種串行擴展接口都有不同的時序要求，但每一種總線的基本時序要求都是一致的，對芯片的操作無非是讀出或寫入，所不同的是具體的數(shù)據(jù)字節(jié)內(nèi)容，只要按照各自的時序和命令操作，即可實現(xiàn)芯片功能。本文的串行擴展平臺就是基于這一方法搭建的。
串行擴展平臺由兩部分組成：上位機部分由PC機構成，具有人機接口界面，操作起來方便直接；下位機部分由單片機及擴展接口電路構成，并通過RS-232接口與上俠機通信。
下位機的核心是AT89C51單片機。單片機本身并沒有SPI、One-wire、Microware、I2C接口，使用虛擬器件技術，在單片機內(nèi)采用模塊化設計思想固化四種接口的串行訪問子程序，通過軟件調(diào)用完成這幾種串行擴展的時序，用單片機的普通I/O口線模擬出四種串行接口，在下位機電路板上留有較大的通用板空間或用標準的連接器將串行接口引出，便于與待測芯片連接。AT89C51單片機沒有RS-232接口，但它的UART口可以采用MAX232等芯片擴展出簡單的RS-232接口，與上位機的RS-232接口相接。下位機的結構如圖1所示。
測試時，將待測芯片與對應的串行接口相連，操作者在上位機將訪問命令和數(shù)據(jù)通過RS-232接口下傳給下位機；下機單片機對其分析后調(diào)用相應的時序模擬程序訪問待測芯片，并將結果通過RS-232接口上傳給上位機，在上位機顯示。從整個測試過程來看，只要關心命令和數(shù)據(jù)的輸入和輸出。不必關心具體時序，近似一種透明的操作。測試后，只需對單片機中的子程序稍加裁減，即可移植到實際應用軟件中，為開發(fā)提高了方便。下面將分別分別這四種串行通信接口的實現(xiàn)。
2 四種串行通信接口的實現(xiàn)
在串行擴展中，可以根據(jù)接口主器件的數(shù)量分為單主器件系統(tǒng)和多主器件系統(tǒng)。其中單主器件系統(tǒng)應用最普遍。在單主器件系統(tǒng)中，具有一個主控制器件和多個從器件，數(shù)據(jù)的傳送由主器件控制。主器件啟動和停止數(shù)據(jù)的發(fā)送，提供同步時鐘信號。在應用中使用種類最多的是功能繁多的從器件。本文的串行擴展平臺主要針對這些從器件應用設計。所以該平臺采用單主器件系統(tǒng)結構，只考慮用單片機的通用I/O口線模擬主器件訪問從器件的時序邏輯。
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