Microchip UNI／O總線技術(shù)及其應(yīng)用
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隨著嵌入式系統(tǒng)小型化的趨勢，市場對減少器件間通信所用的I／O引腳數(shù)的需求與日俱增。Microchip科技公司開發(fā)的UNI／O總線正滿足了這一需求，這個低成本且易于實現(xiàn)的解決方案，僅需要使用一個I／O引腳就可實現(xiàn)主從器件之間的通信。
1 UNI／O總線介紹
1．1 UNI／O總線的特點
UNI／O總線具有如下特點：
①UNI／O總線采用曼徹斯特編碼，只需一根信號線SCIO就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行傳輸和同步控制。
②UNI／O總線是一種單主型總線。主器件負(fù)責(zé)肩動和控制總線上的所有操作，決定總線的工作速度。主器件通常由單片機(jī)、ASIC等充當(dāng)。
③UNI／O總線具有雙向通信能力。有主發(fā)送從接收和從發(fā)送主接收兩種工作方式。
④UNI／O總線速度為10～100kbps。
⑤UNI／O從器件必須具有空閑模式和待機(jī)模式，也可選擇具有保持模式。
1．2 UNI／O總線的幀格式
1．2．1 位值定義
由于采用的是曼徹斯特編碼，所以其位值由佗周期中間的信號跳變方向決定。UNI／O總線規(guī)定：從高到低的跳變是0，從低到高的跳變是1。
1．2．2 幀結(jié)構(gòu)
在UNI／O總線上進(jìn)行通信時，指令、數(shù)據(jù)和地址的傳送都以字節(jié)為單位。字節(jié)傳送時，高位在前，低位在后，前一個位之后立即傳輸下一個位，位與位之間沒有延遲。字節(jié)之后必須發(fā)送應(yīng)答序列，進(jìn)行主從應(yīng)答。圖1給出了通常情況下使用的基本字節(jié)幀結(jié)構(gòu)。
(1)主應(yīng)答位
由主器件發(fā)送，取值為1或0。為1時稱之為MAK，MAK告知從器件指令執(zhí)行將繼續(xù)；為0時稱之為NoMAK，NoMAK用來結(jié)束當(dāng)前指令，此后如有必要，從器件可以啟動相應(yīng)的內(nèi)部處理。
(2)從應(yīng)答位
由被選定作為通信對象的從器件發(fā)送。該位為1時稱之為SAK，SAK表明其前面的操作已成功完成；非1時稱之為NoSAK。在從器件被選定之前，由于無從器件應(yīng)答，從應(yīng)答位應(yīng)為NoSAK。在從器件被選定之后，NoSAK用來表明通信產(chǎn)生了錯誤。
另外，UNI／O總線也考慮了對主器件的中斷功能的支持。當(dāng)主器件與具有保持模式的從器件進(jìn)行通信時，如果主器件在下一個MAK位周期時間內(nèi)持續(xù)拉低SCIO，從器件就進(jìn)入了保持模式。要維持在保持模式應(yīng)繼續(xù)使SCIO為低電平。當(dāng)從器件處在保持模式時，主器件就可以進(jìn)行對其他I／O設(shè)備的中斷處理工作，中斷處理結(jié)束后可通過發(fā)送MAK來終止保持過程，并繼續(xù)之前的通信。圖2給出了包含保持過程的字節(jié)幀結(jié)構(gòu)。
1．3 UNI／O總線的命令序列
UNI／O總線的命令序列是指完成一條指令的執(zhí)行主從器件，需要在總線上傳送的各種信號和字節(jié)幀的有序組合。在UNI／O總線系統(tǒng)中，一條指令的執(zhí)行過程必須包括：總線準(zhǔn)備、主從同步、從器件選擇、指令傳輸和指令執(zhí)行等環(huán)節(jié)。
1．3．1 總線定義的信號
(1)待機(jī)脈沖
待機(jī)脈沖是由主器件驅(qū)動SCIO到高電平狀態(tài)，并保持此狀態(tài)600μs以上形成的脈沖信號。待機(jī)脈沖通常用來通知總線上的所有從器件進(jìn)入待機(jī)模式，也可以用來提前終止一條指令的執(zhí)行。在執(zhí)行一條指令時，如果是第一條指令，或者要選擇的從器件與上一條指令不同，或者上一條指令的執(zhí)行過程發(fā)生了錯誤，本條指令的執(zhí)行都必須從產(chǎn)生待機(jī)脈沖開始。
(2)TSS信號
TSS信號是由主器件驅(qū)動SCIO到高電平狀態(tài)，并保持此狀態(tài)10μs以上形成的脈沖信號。在一條指令成功執(zhí)行之后，若還要執(zhí)行下一條指令來對同一個從器件進(jìn)行操作，則后一條指令執(zhí)行過程的第一步只需產(chǎn)生一個TSS信號，而不需要再產(chǎn)生待機(jī)脈沖。這樣，通信效率會更高。
1．3．2 特殊功能字節(jié)幀
(1)起始頭
起始頭用來使從器件進(jìn)入正常工作模式，并同步從器件內(nèi)的時鐘。起始頭由5μs以上的持續(xù)低電平脈沖和緊跟其后的8位編碼“01010 101”組成。所有的從器件都可以從起始頭中獲知位周期的長短，并以此為依據(jù)調(diào)整內(nèi)部時鐘，實現(xiàn)主從同步。起始頭之后的主應(yīng)答位應(yīng)為MAK，從應(yīng)答位正常情況應(yīng)為NoSAK。
(2)地址幀
地址幀用于選擇總線上特定的從器件進(jìn)行通信。從器件地址有8位和12位兩種類型，由4位系列碼和4位或8位從器件碼組成。8位地址的傳輸只需一個地址幀，正常情況，其應(yīng)答序列由MAK和SAK組成。12位地址的傳輸需要兩個字節(jié)幀：高地址字節(jié)幀和緊跟其后的低地址字節(jié)幀。正常情況，低地址字節(jié)幀中的應(yīng)答序列應(yīng)該由MAK和SAK組成，高地址字節(jié)幀中的應(yīng)答序列則由MAK和NoSAK組成。
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