串行接口原理及应用

内容索引
6.1 SPMC65系列单片机的串行接口	6.4 IIC接口
6.2 SPI接口
6.3 UART接口

6.1  SPMC65 系列单片机的串行接口

　　SPMC65 系列单片机共提供了三种串行接口模块，即：

　　•  SPI （ Serial Peripheral Interface ）串行外设接口；

　　•  标准全双工 UART 通用异步收发器；

　　•  IIC （ Inter-Integrated Circuit ）内部集成电路总线。

　　用户可以方便地使用 SPMC65 提供的串行接口模块，与各种串行外设进行通讯、数据交换等；常用的就有 24 系列 EEPROM 、单片机之间 UART 组网通讯、单片机与 PC 机进行串行通讯等。

　　SPMC65 系列单片机的三种串行接口模块与端口 C 复用端口，具体分布如表 7.1 。

表 6 . 1 端口 C 特殊功能复用对照

　　具体型号芯片的串行接口资源请参考具体型号芯片的数据手册，如在 SPMC65P2408A 中集成了 SPI 和 UART 两个串行接口模块。

6.2 SPI接口

6.2.1 SPI 接口简述

　　SPI(Serial Peripheral Interface) 即串行外设接口，是一种高速同步的串行接口，可以串行接收或发送数据，支持主从机之间的全双工同步传输，传输速率可编程设定。在 SPMC65 系列单片机中， SPI 模块有 4 个管脚（与端口 C 的低 4 位复用），支持主模式和从模式。许多参数都可编程设定，如工作模式、传输速率、时钟相位和极性等。 SPI 模块具有以下特性：

■ 四个接口管脚

　· SDO ：数据输出管脚（与 PC3 复用）

　· SDI ：数据输入管脚（与 PC2 复用）

　· SCK ：时钟输入 / 输出管脚（与 PC1 复用）

　· SSB ：从机选择管脚（与 PC0 复用）

■ 支持全双工同步传输

■ 两种工作模式：主模式、从模式

■ 波特率： 8 种可编程传输速率， CPU 时钟在 8 MHz 时，最大可达 2Mbps

■ 每次发送或接收的数据长度： 8 位

■ 时钟相位和极性的可编程设定

■ 数据采样时刻选择：可在数据输出中或数据输出末尾进行采样

■ SPI 接收 / 发送缓冲器大小为 1 个字节

　　下图为 SPMC65 系列单片机的 SPI 串行接口功能框图：

　　SPI 接口经常用于和 EEPROM 进行通讯。如 图 6.2 即为 SPMC65 系列单片机与 93C46 通讯的应用电路。

图 6 . 2 SPI 应用电路图

6.2.2 控制寄存器

　　SPI 控制寄存器 0 P_SPI_Ctrl0 （ $38 ， R/W ）

　　写 SPI 控制寄存器 0 P_SPI_Ctrl0 （ $38 ）可以完成 SPI 模块的使能控制、主 / 从模式选择、时钟信号特性设置，以及 SPI 通讯时钟频率选择等；该寄存器默认初始值为 #00h 。有关 SPI 控制寄存器 0 的功能请参考 表 6.2 。

表 6 . 2 SPI 控制寄存器 0 P_SPI_Ctrl0 （ $38 ， R/W ）

　 Bit 7　　SPIEN：SPI使能位。该位置1后PC[3:0]即作为SPI通讯接口。
　　　　　　 1= 使能SPI功能
　　　　　　 0= 禁止SPI功能
　 Bit 6 MOD：SPI运行模式
　　　　　　 1= 从机模式
　　　　　　 0= 主机模式
　 Bit 5　　SCKPHA：SPI时钟相位选择，见SPI主模式时序。
　 Bit 4　　SCKPOL：SPI时钟极性选择，见SPI主模式时序。
　 Bit 3　　SMS：主机采样模式选择
　　　　　　 1=输入数据输出末尾段进行采样
　　　　　　 0=输入数据输出中部进行采样
　 Bit [2:0] SCKSEL[2:0]：主模式时钟选择位
　　　　　　 111 = FSYS ÷ 128
　　　　　　 110 = FSYS ÷ 128
　　　　　　 101 = FSYS ÷ 128
　　　　　　 100 = FSYS ÷ 64
　　　　　　 011 = FSYS ÷ 32
　　　　　　 010 = FSYS ÷ 16
　　　　　　 001 = FSYS ÷ 8
　　　　　　 000 = FSYS ÷ 4
　 FSYS：系统时钟频率

　　SPI 控制寄存器 1 P_SPI_Ctrl1 （ $39 ， R/W ）

　　而 SPI 模块的从模式的设置，以及采样时钟频率的选择等，可以通过写 SPI 控制寄存器 1 P_SPI_Ctrl1 （ $39 ）完成设置。而采样时钟的目的是为了防止在接收数据时受到尖脉冲的干扰，但是低的采样率会影响通信速度；建议：采样时钟频率 >= 4 X SPI 时钟频率。 SPI 控制寄存器 1 默认初始值为 #02h ；该寄存器各位的功能请参考 表 6.3 。

表 6 . 3 SPI 控制寄存器 1 P_SPI_Ctrl1 （ $39 ， R/W ）

　 Bit 7　　SMSEN：SPI从模式选择输入
　　　　　　　 1= PC0作为SSB输入管脚（SSB：从模式选择，低有效）
　　　　　　　 0= PC0作为通用IO管脚
　 Bit 6　　SWRST：SPI软件复位
　　　　　　 写：
　　　　　　　　 1=产生脉冲复位SPI模块（寄存器设置除外）
　　　　　　　　 0=无效
　　　　　　 读：总为0
　 Bit [5:2]保留
　 Bit [1:0]SPISPCLK [1:0]：采样时钟选择位
　　　　　　　　　 11= FSYS ÷ 4
　　　　　　　　　 10= FSYS ÷ 2
　　　　　　　　　 01= FSYS
　　　　　　　　　 00= 不采样
　 FSYS：系统时钟频率

　　PI TX/RX 状态寄存器 P_SPI_Status （ $3A ， R/W ）

　　SPMC65 系列单片机的 SPI 模块提供了发送和接收中断，可以通过读取 SPI TX/RX 状态寄存器 P_SPI_Status （ $3A ）查询 SPI 模块的中断标志；而写 SPI TX/RX 状态寄存器可以设置 SPI 中断的使能、清除 SPI 中断标志。该寄存器默认初始值为 #00h ，具体各个位的功能请参考 表 6.4 。

表 6 . 4 SPI TX/RX 状态寄存器 P_SPI_Status （ $3A ， R/W ）

Bit 7 　SPIIF：SPI 中断标志
　　　　
　　　　 读：
　　　　
　　　　 1= 有SPI 中断 发生
　　　　
　　　　 0= 无 SPI中断发生
　　　　
　　　　 写：
　　　　
　　　　 1= 清除标志
　　　　
　　　　 0= 无效

Bit 6 　SPIIEN： SPI中断使能位
　　　　
　　　　 1= 使能
　　　　
　　　　 0= 禁止
　　　　
Bit 5 　TXBF： 发送缓冲器满标志位

　　　　1= 发送缓冲器满
　　　　
　　　　 0= 发送缓冲器空

Bit [4:1] 保留

Bit 0 BUFFull：接收缓冲器满并覆盖标志位
　　　　
　　　　 1= 覆盖
　　　　
　　　　 0= 接收缓冲器工作正常

　　注：当前 SPI 接收到一个完整的数据时，会把接收缓冲器中上次接收到的数据覆盖，此时将 BUFFull 标志位置位；若上次接收到的数据被读取，则该标志位清零。

　　SPI 发送缓冲器 P_SPI_TxData （ $3B ， R/W ）

　　SPMC65 系列单片机的 SPI 模块提供了发送和接收数据的缓冲器，这两个寄存器默认初始值都为 #00h ，发送缓冲器的具体功能请参考下 表 6.5 ：

表 6 . 5 SPI 发送缓冲器 P_SPI_TxData （ $3B ， R/W ）

　Bit [7:0] 　SPITXDATA ： SPI 发送数据

　　　　　　　读 ：总为 #00 h

　　　　　　　写： 发送数据

表 6 . 6 SPI 接收缓冲器 P_SPI_RxData （ $3C ， R/W ）

　　Bit [7:0] 　SPIRXDATA ： SPI 接收数据

　　　　　　　　读： SPI接收数据

　　　　　　　　写： 无效

6.2.3 工作机制

　　主模式（ Master Mode ）

　　在主模式下，移位时钟 SCK 由 SPI 模块产生。在寄存器 P_SPI_Ctrl0 中有两个分别控制时钟相位（ SCKPHA ）和极性 (SCKPOL) 的控制位。当向 P_SPI_TxData 寄存器写入数据时，发送立即开始。 另外如果用户想要接收从机数据， SDI 管脚 (PC2) 可以设置为悬浮输入状态。 SPMC65 系列单片机支持 SPI 模块的接收和发送中断。在寄存器 P_SPI_Status 中将 SPIIEN 位置 1 可同时使能收发中断。同样，在收发中断服务程序结束后需要清除 SPIIF 标志位。

　　在软件向寄存器 P_SPI_TxData 写入一个字节之后，数据被锁存到寄存器的内部发送缓冲器中。如果此时移位寄存器是空的，该数据将被载入到移位寄存器中并在下一个 SCK 相位时开始传输。如果移位寄存器正在执行数据移位（由 P_SPI_TxStatus 寄存器中的 TXBF 标志得知），新数据会等待当前的数据移出后才可以载入进行移位。

　　SPI 通过 SDO 管脚将数据从最高有效位 (MSB) 开始移出，直到最低有效位 (LSB) 也被移出。 8 位数据在 8 个 SCK 周期后全部移出。同时，接收的数据也通过 SDI 引脚移入。当每组 8 位发送完成后， P_SPI_Status 寄存器中的 SPIIF 置 '1' ；此外，如果寄存器 P_SPI_Status 中的 SPIIEN 位被设置为 ‘1' ，会产生一个 SPI 发送中断。

　　图 6.3 给出了 SPI 主机模式下不同运行类型的时序（极性控制位等于 “1” 或 “0” ，相位控制位等于 “1” 或 “0” ，取样控制位等于 “1” 或 “0” ）。

图 6 . 3 SPI 主模式时序

　　从模式 （ Slave Mode ）

　　在从机模式下，移位时钟 SCK 来自外部 SPI 主设备，所以第一个外部时钟周期开始传输。发送前，软件应在第一个来自主设备的 SCK 之前向其发送缓冲写入数据。主设备与从设备都必须按相同的 SCK 相位和极性运行，以进行数据的发送与接收。

　　如果时钟相位 (SCKPHA) 为 “1” ，只要向 P_SPI_TxData 寄存器写入数据，就开始移出的第一个数据位。如果时钟相位 (SCKPHA) 为 “0” ，则在第一个 SCK 边沿后才开始移出的第一个数据位。

　　SPI 从模式时序请参考 图 6.4 ：

　　注：图中“ SSB ”为 SPI 从机选择信号，由主机发出，从机接收到“ SSB ”信号后启动 SPI 。

图 6 . 4 SPI 从模式时序图

　　SPI 中断

　　与 SPI 相关的中断有两个： SPI 发送中断和接收中断。因为 SPI 为全双工通讯，因此这两个中断同时发生，并且共用一个中断标志位。

　　•  SPI 发送中断

　　•  SPI 接收中断

　　设置 SPI 中断需要以下步骤：

　　1. 用“ SEI ”指令关闭总的中断开关；

　　2. 使能 SPI 模块，配置相关寄存器；

　　3. 在 P_SPI_Status （ $3A ）寄存器中将 SPIIEN 位置 1 ，使能 SPI 中断；

　　4. 用“ CLI ”指令打开总的中断开关；

6.2.4  应用举例

SPI 采样时钟选择计算公式

1. spi 时钟计算公式

用下面的公式计算采样时钟，以保证获得正确的数据。

采样时钟频率 >= 4 X SPI Clock

例：

SPI 时钟频率 =1MHz(PC1), F SYS =8MHz

采样时钟频率 >= 4X1MHz = 4MHz

采样时钟必须大于 4Mhz 才能保证从机数据接收正确。

因此，采样时钟选择位 (SPISPCLK [1:0]) 宜设置为 2

采样时钟频率 =8MHz/2=4Mhz

IO 设置对照

　　SPI 在主 / 从模式下工作时，端口 C 的设置请参考 表 6.7 ：

表 6 . 7 SPI 功能复用端口设置

　　【例 7-1 】： SPI 在主模式下运行（初始化）

　　【例 7-2 】： SPI 主模式下发送数据

　　【例 7-3 】： SPI 主模式下接收数据

　　【例 7-4 】： SPI 从模式下运行（初始化）

6.3  UART 接口

6.3.1  SPMC65 系列单片机的 UART 接口简述

　　UART 即通用异步收发器，可配置成全双工异步通讯方式，与 PC 等通讯；或设置成半双工同步模式与其它周边外设通讯，如 A/D 或 D/A 。 SPMC65 系列单片机内置了 UART 模块，它的作用是： 将外部设备串行数据转换为并行数据接收；将内部并行数据转换为串行数据发送。 UART 模块特点如下：

■ 两个接口管脚

　　·  RXD ：数据接收管脚 ( 与 PC5 复用，使用 RX 功能时设置为输入口 )

　　·  TXD ：数据发送管脚 ( 与 PC4 复用，使用 TX 功能时设置为输出口 )

■ 提供标准的异步全双工通讯

■ 可编程的波特率

■ 可进行偶校验、奇校验或禁止校验

■ 停止位可设置为 1 位或 2 位

■ 支持发送中断

■ 支持接收中断

■ 高抗噪声能力的数据接收 ( 接收中间连续进行 3 次采样，并对结果进行多数决策 )

■ 在接收中进行帧校验和奇偶校验

■ 溢出检测

■ CPU 工作频率为 8MHz 时，波特率可在 2400 bps~38400 bps 之间编程设置

　　UART 的数据帧如图 图 6.5 如示：

图 6 . 5 UART 数据帧

　　UART 接口通常用于与 PC 机通讯，或者用于单片机间的通讯。

6.3.2  控制寄存器

　　UART控制寄存器 P_UART_Ctrl（ $46 ， R/W ）

　　可以通过写 UART 控制寄存器 P_UART_Ctrl （ $46 ）对 UART 的中断使能、 UART 功能、帧格式等进行设置； P_UART_Ctrl 默认初始值为 #00h ，具体位的功能请参考 表 6.8 ：

表 6 . 8UART 控制寄存器 P_UART_Ctrl （ $46 ， R/W ）

　Bit 7 　RXIE ：接收中断使能位
　
　　　　　　 1= 使能
　　　　　　
　　　　　　 0= 禁止
　
　 Bit 6 　TXIE ：发送 中断使能位
　
　　　　　　 1= 使能
　　　　　　
　　　　　　 0= 禁止
　
　 Bit 5 　RXEN ： UART 接收功能使能位
　
　　　　　　 1= 使能
　　　　　　
　　　　　　 0= 禁止
　
　 Bit 4 　TXEN ： UART 发送功能使能位
　
　　　　　　 1= 使能
　　　　　　
　　　　　　 0= 禁止
　
　 Bit 3 　SOFTRST ：软件复位
　
　　　　　　 写：
　　　　　　
　　　　　　 1= 复位所有 UART 模块
　　　　　　
　　　　　　 0= 无效
　
　 Bit 2 　STOPSEL ：停止位长度选择位
　
　　　　　　 1= 2 位停止位
　　　　　　
　　　　　　 0= 1 位停止位
　
　 Bit 1 　PSEL ：校验类型选择位
　
　　　　　　 1= 偶校验
　　　　　　
　　　　　　 0= 奇校验
　
　 Bit 0 　PEN ： 校验使能
　
　　　　　　 1= 使能
　　　　　　
　　　　　　 0= 禁止

　　UART 波特率分频器 P_UART_Baud （ $47 ， R/W ）

表 6 . 9 UART 波特率分频器 P_UART_Baud （ $47 ， R/W ）

　　Bit [7:0] BaudRate[7:0] ： UART 波特率分频器

　　SPMC65 系列单片机的 UART 波特率是由一个波特率寄存器和一个 8 位定时 / 计数产生的。每次定时 / 计数器计到最大计数值 (0xFF) 后，再加 1 时，一个时钟信号就会被发送到波特率产生电路，在该电路中，时钟信号会通过一个 16 分频的计数器，然后产生波特率。定时 / 计数器溢出后，会自动重新载入波特率寄存器中的值。

　　波特率寄存器中的内容为 8 位的无符号数， UART 波特率的计算公式如下：

波特率 = F SYS / [16 X (256 – UARTBAUD ) ]

　　按下面的公式计算 P_UART_Baud 寄存器的值：

UARTBAUD=256 - F SYS / ( 16 X Baud Rate )

　　注： UARTBAUD 即 P_UART_Baud 中的值。

　　注：波特率计算结果不能大于 38400 。

表 6 . 10 UART 波特率对照表

UART 状态寄存器 P_UART_Status （ $48 ， R/W ）

　　读取 UART 状态寄存器 P_UART_Status （ $48 ）可获得 UART 运行的一些状态信息，如 UART 中断标志、帧错误信息等；而写该寄存器的相应位则是清除相应位的标志。 P_UART_Status 默认初始值为 #00h ，具体位的功能请参考 表 6.11 ：

表 6 . 11 UART 状态寄存器 P_UART_Status （ $48 ， R/W ）

　Bit 7 　RXIF ：接收中断标志
　
　　　　　　 1= 接收数据准备好 ( 满 )
　　　　　　
　　　　　　 0= 接收数据未准备好
　
　 Bit 6 　TXIF ：发送中断标志
　
　　　　　　 1= 发送数据准备好 ( 空 )
　　　　　　
　　　　　　 0= 发送数据未准备好
　
　 Bit 5 　BUSY ： UART 正在进行发送标志位
　
　　　　　　 1= 发送正在进行
　　　　　　
　　　　　　 0= 发送结束，等待下一次发送
　　　　　　
　 Bit [4:3] 保留
　
　 Bit 2 　OERR ：溢出错误标志（一般是前一次接收到的数据尚未读取，而当前又有数据接收进来覆盖原数据而造成的）
　
　　　　　 读：
　　　　　
　　　　　 1= 发生溢出错误
　　　　　
　　　　　 0= 未发生溢出错误
　　　　　
　　　　　 写：
　　　　　
　　　　　 1= 将标志清零
　　　　　
　　　　　 0= 无效
　　　　　
　 Bit 1 PERR ：奇偶校验错误标志
　
　　　　　 读：
　　　　　
　　　　　 1= 奇偶校验错误
　　　　　
　　　　　 0= 无奇偶校验错误
　　　　　
　　　　　 写：
　　　　　
　　　　　 1= 将标志清零
　　　　　
　　　　　 0= 无效
　　　　　
　 Bit 0 FERR ：帧错误标志（一般是由于接收不到停止位而产生）
　
　　　　　 读：
　　　　　
　　　　　 1= 发生帧错误
　　　　　
　　　　　 0= 无帧错误
　　　　　
　　　　　 写：
　　　　　
　　　　　 1= 将标志清零
　　　　　
　　　　　 0= 无效

　　UART 数据寄存器 P_UART_Data （ $49 ， R/W ）

　　SPMC65 系列单片机的发送、接收数据寄存器共用 P_UART_Data 一个寄存器。读取 P_UART_Data 寄存器中的值时，会自动清掉 P_UART_Status 寄存器中的接收中断标志位；而写数据到 P_UART_Data 寄存器时，会自动把 P_UART_Status 寄存器中的发送中断标志位（即发送准备好标志位）清零。具体位的功能请参考 表 6.12 ：

表 6 . 12 UART 数据寄存器 P_UART_Data （ $49 ， R/W ）

　　Bit [7:0] UARTDATA [7:0]: UART 数据寄存器

　　　　读： 读取接收到的数据同时 RXIF 标志位清零

　　　　写： 将发送数据写入寄存器同时 TXIF 标志位清零

6.3.3  工作机制

　　当 UART 模块成功的接收到一个字节的数据后，会把接收到的数据载入接收缓冲寄存器（ P_UART_Data ），如果此时在 P_UART_Status 中的 RXIE 位为 1 ，则会自动将 RXIF 标志位置 1 ；之后读取 P_UART_Data 会自动将 RXIF 标志位清零。

　　当 P_UART_Status 中的 TXIE 位为 1 时，若 TXIF 位置 1 则表示 UART 模块完成数据发送并准备好了进行下一次发送，如果状态寄存器中‘ I '标志位为 0 （总中断打开）则会发生一次 UART 发送中断。写数据到 P_UART_Data 寄存器会自动将 TXIF 位清零。 BUSY 为只读的标志位，当其置 1 时代表 UART 模块正在忙，当传输完成 BUSY 标志位会自动清零； P_UART_Status 中的其它标志位还有 OERR 、 PERR 、 FERR ，都为帧错误信息标志，向对应的寄存器位写入 “1” 可清除 OERR （溢出错误标志）、 PERR （奇偶校验错误标志）与 FERR （帧错误标志）。

　　在软件向 P_UART_Data 寄存器写入数据后， UART 开始发送。 UART 在 TX 引脚上发送数据按照以下顺序：起始位、 8 位数据 ( 低位在前 ) 、奇偶校验位 ( 奇偶校验使能的情况下有效 ) 、停止位。发送停止位后再经过两个 CPU 时钟周期，寄存器 P_UART_Status 中的 TXIF 位被置 1 。

　　当 P_UART_Ctrl 寄存器中的 RXEN 位使能接收功能后，如果 RX 引脚接收到一个开始位的下降沿，标志着接收数据开始；在停止位时间周期内，串口检查以下条件：

　　如果满足 RXIF = 0 且 RXIE = 1 的条件，寄存器串口向 P_UART_Data 写入接收字节并置 RXIF 位为 1 ；不满足，则丢失接收数据，不会载入到寄存器 P_UART_Data 中。在停止位时间过了一半之后，串口开始等待 RX 引脚上的下一个开始位下降沿。

　　UART 中断：

　　与 UART 有关的两个中断：

　　•  发送中断

　　•  接收中断

　　注：发送中断信号实际上是“ 发送数据准备好 ”标志触发的。

　　产生 UART 中断需要以下步骤：

　　1.  用“ SEI ”指令关闭总的中断开关；

　　2. 设置 UART 相关寄存器；

　　3. 在 P_UART_Ctrl （ $46 ）寄存器使能发送 / 接收中断；

　　4. 用“ CLI ”指令打开总的中断开关；

　　5. 等待中断产生

【例 7- 5 】： 初始化 UART （发送）中断

•  应用举例

【例 7-6 】： UART 采用查询方式发送一串数据

【例 7- 7 】： UART 用查询方式接收数据

6.4 IIC 接口

6.4.1 IIC 接口简述

　　IIC(Inter-Integrated Circuit) 功能即内部集成电路总线。 它支持多主机 ( multi-master ) 通讯机制，主机之间相互通信或与其它周边通信时使用两根信号线：一个串行数据线 (SDA) 和一个串行时钟线 (SCL) 。为了避免数据混淆、丢失或阻塞，主从机之间通讯必须有特定的协议。在多主机的 IIC 总线中，主机可以向多个从机发送 / 接收串行数据。数据传送由主机发起，也由主机结束。在一个主机系统中，也可以有多个主机和多个从机。如果多个主机同时企图控制总线，仲裁器会决定那个主机拥有最高优先权。总线上最多可连接的设备数由总线上允许的最大电容值 400 pF 决定，并且还受 IIC 总线最大寻址空间 16 K 限制。

　　SPMC65 系列单片机的 IIC 接口特性如下：

■ 两个外部管脚

　　· SDA ：数据输入 / 输出管脚（与 PC7 复用）

　　· SCL ：时钟管脚（与 PC6 复用）

■ 支持主机发送 / 接收模式

■ 支持从机发送 / 接收模式

■ 侦测总线仲裁失败

■ 中断发生

■ 可编程的应答信号（ ACK ）

■ 主模式下可编程的时钟频率

　　IIC 接口通常用于和 EEPROM 进行通讯。如 图 6.6 所示为 24C01A 和 SPMC65 系列单片机的应用电路。

图 6 . 6 IIC 接口应用电路

6.4.2  控制寄存器

　　IIC 总线控制寄存器 P_IIC_Ctrl （ $4A ， R/W ）

　　写 IIC 总线控制寄存器 P_IIC_Ctrl （ $4A ）可以完成对 IIC 接口使能、输出使能、 IIC 中断使能等， P_IIC_Ctrl 的低 3 位为 IIC 时钟频率的选择位。 P_IIC_Ctrl 默认初始值为 #00h ，寄存器每一位的功能请参考 表 6.13 ：

表 6 . 13 IIC 总线控制寄存器 P_IIC_Ctrl （ $4A ， R/W ）

　Bit 7 　IICEN ： IIC 串行接口使能位
　
　　　　　　　 1= 使能 IIC 串行接口功能
　　　　　　　
　　　　　　　 0= 禁止 IIC 串行接口功能
　
　 Bit 6 　保留
　
　 Bit 5 　TXRXEN ： IIC 总线数据使能位
　
　　　　　　　 1= 使能
　　　　　　　
　　　　　　　 0= 禁止
　
　 Bit 4 　IICIEN ： IIC 中断使能位
　
　　　　　　　 1= 使能
　　　　　　　
　　　　　　　 0= 禁止
　
　 Bit 3 　ACKEN ： IIC 应答使能位
　
　　　　　　　 1= 使能应答信号发生
　　　　　　　
　　　　　　　 0= 禁止应答信号发生
　
　 Bit [2:0] SCK[2:0] ： IIC 时钟频率选择位
　
　　　　　　 111= FSYS ÷ 1024
　　　　　　
　　　　　　 110= FSYS ÷ 512
　　　　　　
　　　　　　 101= FSYS ÷ 256
　　　　　　
　　　　　　 100= FSYS ÷ 128
　　　　　　
　　　　　　 011= FSYS ÷ 64
　　　　　　
　　　　　　 010= FSYS ÷ 32
　　　　　　
　　　　　　 001= FSYS ÷ 16
　　　　　　
　　　　　　 000= FSYS ÷ 8
　
　F SYS ：系统时钟频率

　　IIC 总线状态寄存器 P_IIC_Status （ $4B ， R/W ）

　　写 IIC 总线状态寄存器 P_IIC_Status （ $4B ）可以进行 IIC 总线的模式设置，如主 / 从模式选择、发送 / 接收模式选择，而读 P_IIC_Status 寄存器可以得到当前 IIC 总线工作的状态，如中断标志、总线仲裁信号等。 P_IIC_Status 寄存器默认初始值为 #00h ，其每一位的功能描述请参考 表 6.14 ：

表 6 . 14 IIC 总线状态寄存器 P_IIC_Status （ $4B ， R/W ）

　Bit 7 　MXT ： IIC 主 / 从模式选择位
　 　
　　　　　　 1= 主模式
　　　　　　
　　　　　　 0= 从模式
　 　
　 Bit 6 　TXRXSEL ：发送 / 接收选择位
　 　
　　　　　　 1= 发送模式
　　　　　　
　　　　　　 0= 接收模式
　 　
　 Bit 5 　BUSY/SIGGEN ：总线正忙或启动 / 停止信号发生位
　　　　　　
　　　　　　 读：
　　　　　　
　　　　　　 1= 总线忙
　　　　　　
　　　　　　 0= 总线就绪
　　　　　　
　　　　　　 写：
　　　　　　
　　　　　　 1= 启动信号
　　　　　　
　　　　　　 0= 停止信号
　　　　　　
　　　　　　 注：
　 　
　　　　　　　 向 MXT 和 TXRXSEL 写数据时，保持该位为 0
　　　　　　　
　　　　　　　 当 IICIF =1 ，清除 IICIF 标志时，芯片自动忽略该位的任何设置
　 　
　 Bit 4 　IICIF ： IIC 中断标志
　　　　　　
　　　　　　 读：
　　　　　　
　　　　　　 1=IIC 中断发生
　　　　　　
　　　　　　 0=IIC 中断未发生
　　　　　　
　　　　　　 写：
　　　　　　
　　　　　　 1=IICIF 标志位清零
　　　　　　
　　　　　　 0= 无效
　 　
　 Bit 3 　ARBITRAT ： IIC 仲裁器状态标志位
　 　
　　　　　　 1= 总线仲裁器在通讯中仲裁失败
　　　　　　
　　　　　　 0= 总线仲裁器良好
　 　
　 Bit 2 　AAS ： IIC 从机寻址状态位
　 　
　　　　　　 1= 接收到的地址和 IIC 地址寄存器里的值相同
　　　　　　
　　　　　　 0= 启动信号 / 停止信号已经发生
　　　　　　
　 Bit 1 　AZERO ： IIC 零地址状态位
　 　
　　　　　　 1= 接收从地址为 "0x00"
　　　　　　
　　　　　　 0= 启动 / 停止动作已经发生
　 　
　 Bit 0 　LRB ： IIC 最后接收位状态标志
　 　
　　　　　　 1= 最后接收位为 1( 应答信号 ACK 未收到 )
　　　　　　
　　　　　　 0= 最后接收位为 0( 应答信号 ACK 已收到 )

　　IIC 总线数据寄存器 P_IIC_Data （ $4C ， R/W ）

　　SPMC65 系列单片机的 IIC 接口模块为 IIC 总线提供了一个数据寄存器 P_IIC_Data （ $4C ）和一个地址寄存器 P_IIC_Address （ $4D ），这两个寄存器的默认初值都为 #00h ；其功能请参考 表 6.15 和 表 6.16 ：

表 6 . 15 IIC 总线数据寄存器 P_IIC_Data （ $4C ， R/W ）

　Bit [7:0] IICDATA [7:0] ： IIC 总线数据寄存器

　　　读：接收数据

　　　写：发送数据

　　IIC 总线地址寄存器 P_IIC_Address （ $4D ， R/W ）

表 6 . 16 IIC 总线地址寄存器 P_IIC_Address （ $4D ， R/W ）

　Bit [7:0] IICADDRESS [7:0] ： IIC 总线地址寄存器

6.4.3  工作机制

　　操作：

　　IIC 总线协议对其连接的每个通讯设备都定义了一个地址，当主机启动数据传送时，首先要将它欲与之通讯的那个从机的地址发到总线上，此时所有的从机都监听这个地址信息。在这个地址中，有一位用来定义主机是从从机中读数据还是向从机写数据的。主机和从机在进行数据传送的时候的状态永远是互补的 ( 发送 / 接收 ) 。他们的关系必为以下二者之一：

　　•  主机发送，从机接收

　　•  从机发送，主机接收

　　在这两种情况下，时钟信号都是由主机产生的。

　　为了在总线上与其它设备“线与” (wired-AND) 连接，时钟线 (SCL) 和数据线 (SDA) 是开漏输出。外部的上拉电阻用于保证当没有设备拉低总线时，总线保持高电平状态。

图 6.7 为 24C01A 的通讯协议：

图 6 . 7 24C01A IIC 通讯协议

　　启动和停止数据传送

　　当总线上无数据传送时（空闲时间），时钟线（ SCL ）和数据线（ SDA ）通过外部上拉电阻被拉高。启动信号和停止信号决定数据传送的开始和停止，定义如下：

　　启动信号： SCL 为高电平时， SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据；

　　停止信号： SCL 为高电平时， SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

　　如 图 6.8 所示为开始信号和停止信号的具体定义。主机产生这两个信号作为数据传送的开始和结束。根据启动信号和停止信号的定义，当数据正在传送时， SDA 只能在 SCL 拉低后才能改变状态，传送新的数据位。

图 6 . 8 开始和停止信号

　　地址格式的定义

　　SPMC65 系列单片机的 IIC 接口仅支持 7 位地址格式外加 1 位读 / 写标志位。 7 位地址格式如 图 6.9 所示。

图 6 . 9 7 位地址格式

　　传送应答（ ASK 信号）

　　IIC 总线协议规定，所有数据都是一个字节一个字节的发送，每次发送的字节数不做限定。从机每收到一个字节后，都会产生一个应答信号 (ACK) 。

　　如果主机没有收到应答信号，则必须停止传送。此时从机必须释放 SDA ，使其恢复为高电平，让主机可以产生停止信号。如 图 6.10 所示为 IIC 总线上的应答信号。

图 6 . 10 IIC 总线应答信号

　　通用地址

　　IIC 总线上寻址的过程是这样的：在启动信号后传送的第一个字节即主机要访问的从机的地址信息。不同的是：当主机发送的第一个字节为通用地址时，则可以访问所有的从机。理论上将，发送通用地址后，所有的从机都应该向主机发送一个应答信号。

　　IIC 协议规定了一个通用地址，它的 7 个地址位和一个 R/W 位均为 0 ，用于呼叫所有的从机。通用地址可以被自动识别。此时，将 AZERO 位置 1 。

　　总线仲裁

　　多主机模式的系统是通过总线仲裁来协调工作的。当主机 A 输出高电平到 SDA 管脚上时，同时，另一主机 B 输出低电平到 SDA 管脚，将 SDA 线拉低，这种情况下，主机 A 从 SDA 管脚读回的信号为低，与输出不一致，此时， ARBITRAT 位置 1 ，表明总线被另一主机 B 占用。

　　从机模式（ Slave mode ）

　　在从机模式下，从机的 SCL (PC6) 和 SDA (PC7) 管脚必须设置为输入。当需要作为 IIC 输出 (slave–transmitter) 时 ,IIC 模块会自动将对应的 IO 口设置为输出。

　　当地址值与寄存器 P_IIC_Address 里的值相匹配或者 IIC 模块自动将 ACKEN 位置 1 ，产生应答信号，然后将接收到的数据存入 P_IIC_Data 寄存器。

　　从机的设置步骤如下：

　　1. 将 PC6 和 PC7 置为悬浮输入

　　2. 使能 IIC 模块 ( IICEN= 1)

　　3. 使能 IIC 数据输出 (TXRXEN= 1)

　　4. 设置从机模式 (MXT= 0, TXRXSEL= 0)

　　典型的数据传送步骤如下：（从机模式接收）

　　1. 从机在 P_IIC_Address 中设置地址；

　　2. 通过查询 IICIF 位，得知一个字节的数据接收完毕；

　　3. 当主机在写模式下 (TXRXSEL=0) ，从机从 P_IIC_Data 寄存器中读取接收到的数据；

　　4. 当主机在读模式下 (TXRXSEL=1) ，从机将要发送的数据载入寄存器 P_IIC_Data 中；

　　5. 清除 IICIF 位。

　　主机模式（ Master mode ）

　　在主机模式下， SCL （ PC6 ）和 SDA （ PC7 ）管脚必须设置为输入。当需要作为 IIC 输出 (master–transmitter) 时 ,IIC 模块会自动将 IO 口设置为输出。

　　IIC 的时钟 (SCL) 由主机产生， SPMC65 系列单片机支持 8 种时钟频率（通过 SCK[2:0] 选择），最高达 1MHz@ 8MHz 。设置主机模式的步骤如下：

　　1. 将 PC6 和 PC7 置为悬浮输入

　　2. 使能 IIC 模块 ( IICEN= 1)

　　3. 使能 IIC 数据输出 (TXRXEN= 1)

　　4. 设置主机模式 (MXT= 1, TXRXSEL= 1)

　　典型的数据发送步骤如下：（主机模式发送）

　　1. 在寄存器 P_IIC_Data 中设置从机地址

　　2. 通过查询 BUSY 位，得知总线是否就绪可用

　　3. 设置 SIGGEN 位，产生启动信号，开始发送寄存器 P_IIC_Data 中的数据。

　　4. 通过查询 IICIF 位，得知数据已发送完成

　　5. 将下一个要发送的数据载入 P_IIC_Data

　　6. 清除 IICIF 标志位

　　7. 设置 SIGGEN 位，产生停止信号

　　IIC 中断

　　SPMC65 系列单片机中，以下事件将导致发生 IIC 中断，并置中断标志位 IICIF 。

　　1. 发送一个字节的数据

　　2. 接收一个字节的数据

　　设置 IIC 中断的步骤如下：

　　1. 用 “SEI ” 指令关闭总的中断开关

　　2. 设置与 IIC 操作相关的寄存器

　　3. 在 P_IIC_Ctrl （ $4A ）寄存器中将 IIC 中断使能位置 1

　　4. 用“ CLI ”指令打开总的中断开关

　　5. 等待中断产生

6.4.4 应用举例

【 例 7-8 】：主机发送模式的操作（初始化）

【例 7-9 】： 主机发送模式操作（数据发送） 　　

【例 7-10 】： 主机发送模式操作（数据接收） 　　

【例 7-11 】： 从机接收模式操作（初始化）

【例 7-12 】 : 从机接收模式（发送 / 接收）