降低任何嵌入式設(shè)計(jì)的體積和成本的常用方法是使用具有較少I(mǎi)/O引腳的通信總線(xiàn)。雖然從并行總線(xiàn)發(fā)展到串行總線(xiàn)可明顯減小體積和降低成本，但是從一種串行總線(xiàn)發(fā)展為另一種具有較少引腳的串行總線(xiàn)也很有用。用串行總線(xiàn)替代并行總線(xiàn)時(shí)，傳輸速度是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。在小體積是最重要參數(shù)的設(shè)計(jì)中，使用具有較少引腳的串行總線(xiàn)很有優(yōu)勢(shì)。單片機(jī)集成超過(guò)12種不同的串行接口，本文將討論各串行接口的優(yōu)缺點(diǎn)。

SPI總線(xiàn)支持的典型速度范圍為5MHz至20MHz，但對(duì)于高速串行閃存程序存儲(chǔ)器，還可支持高達(dá)75MHz的速度。Microwire總線(xiàn)在工作原理和連線(xiàn)數(shù)量上與SPI總線(xiàn)相似，但是總線(xiàn)規(guī)范將其通信速度限制為3MHz。

I2C總線(xiàn)具有時(shí)鐘線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)，其可軟件尋址且具有400kHz的典型工作速度，連接多個(gè)器件時(shí)速度可為1MHz。由于單片機(jī)I/O端口有限，故端口較少成為了該總線(xiàn)的最大優(yōu)勢(shì)。

圖1a 3引腳UNI/O總線(xiàn)連接 圖1b 2引腳UNI/O總線(xiàn)連接

通常，SPI和Microwire總線(xiàn)使用4個(gè)I/O端口，而I2C總線(xiàn)使用2個(gè)I/O端口。小型化系統(tǒng)的下一步發(fā)展就是尋求更小的、使用單個(gè)I/O進(jìn)行通信的總線(xiàn)。由于這種情況只能在將時(shí)鐘嵌入到數(shù)據(jù)流中時(shí)實(shí)現(xiàn)，所以這些接口必須是異步接口。

異步接口

今天，有兩種不同的異步總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)通常為同步總線(xiàn)預(yù)留的端口。這兩種總線(xiàn)是1-Wire®總線(xiàn)（Maxim）和UNI/O®總線(xiàn)（Microchip Technology）。

1-Wire®總線(xiàn)上的器件采用2引腳封裝，一個(gè)引腳用于接地，第二個(gè)引腳用于數(shù)據(jù)和電源連接。在1-Wire總線(xiàn)器件的設(shè)計(jì)中融入了電容，從而可從數(shù)據(jù)線(xiàn)獲取寄生功率，采用漏極開(kāi)路輸出的電阻可獲取高達(dá)16.3kbps的傳輸速度，而當(dāng)該電阻值降至2.2kΩ時(shí)傳輸速度將增至142kbps。

UNI/O®總線(xiàn)是一種新的單線(xiàn)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，采用3引腳封裝，支持電源、地和數(shù)據(jù)連接。使用曼徹斯特編碼進(jìn)行通信，支持10kbps至100kbps的數(shù)據(jù)傳輸速度。雖然該總線(xiàn)旨在用于標(biāo)準(zhǔn)嵌入式設(shè)計(jì)，但通過(guò)添加一個(gè)外部肖特基二極管并調(diào)整旁路電容的值，可使其用于具有2引腳接口的應(yīng)用中。圖1a和1b中的框圖充分說(shuō)明了此解決方案如此簡(jiǎn)單。

UART為最早且占據(jù)主導(dǎo)地位的異步接口，而在需要同步和異步模式時(shí)還稱(chēng)為USART。再回到OSI模型，單片機(jī)的片內(nèi)UART實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈路層，而物理層受制于幾個(gè)驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)中最常用的是RS-232C、RS-422和RS-485接口。

還有一些具有異步接口的特殊單片機(jī)，旨在用于網(wǎng)絡(luò)連接，如以太網(wǎng)、CAN、LIN和MIDI。表1匯總了各種串行接口及其特性。

表1：各種串行接口匯總

結(jié)論

在選擇最佳的串行接口時(shí)，應(yīng)檢查系統(tǒng)設(shè)計(jì)以獲得最低成本解決方案。許多情況下，最低成本的元件并不會(huì)提供最低成本的系統(tǒng)。隨著系統(tǒng)規(guī)模的繼續(xù)縮小，單線(xiàn)總線(xiàn)外部存儲(chǔ)器可以在對(duì)單片機(jī)資源或外部連接器產(chǎn)生較小影響的情況下提供最低的系統(tǒng)總成本。