應(yīng)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(shè)計前搭建一個簡單的硬件電路并編制相應(yīng)的軟件對其測試，待性能驗證后再確定最終的設(shè)計方案。本文根據(jù)這一需要設(shè)計了一個用于串行總線芯片測試的實驗平臺。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(yīng)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(xué)者提供了快捷的學(xué)習(xí)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(jié)構(gòu)

    ｓｐｉ、ｏｎｅ－ｗｉｒｅ、ｍｉｃｒｏｗａｒｅ、ｉ２ｃ是目前單片機應(yīng)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?qū)懭�，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(gòu)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(gòu)成，并通過ｒｓ－２３２接口與上位機通信。

    　　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(shù)，在單片機內(nèi)采用模塊化設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)如圖１所示。

     測試時，將待測芯片與對應(yīng)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；下位單片機對其分析后調(diào)用相應(yīng)的時序模擬程序訪問待測芯片，并將結(jié)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(guān)心命令和數(shù)據(jù)的輸入和輸出，不必關(guān)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(yīng)用軟件中，為開發(fā)提供了方便。下面將分別介紹這四種串行通信接口的實現(xiàn)。

    　�。� 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(yīng)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(yīng)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(yīng)用設(shè)計。所以該平臺采用單主器件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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。

    ２．１ ｉ2ｃ總線接口時序

    ｉ2ｃ串行總線是ｐｈｉｌｉｐｓ公司提出的一種板內(nèi)芯片間串行總線。它用兩根連線即可方便地實現(xiàn)外圍器件擴展。圖２給出了主器件對從器件訪問的基本讀寫時序，ｓｄａ為數(shù)據(jù)線，ｓｃｌ為時鐘線。

     ｉ2ｃ總線上數(shù)據(jù)傳送的基本單位為字節(jié)，采用低位在前的格式。主從器件之間一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為一幀，由啟動信號、若干個數(shù)據(jù)字節(jié)和應(yīng)答位以及停止信號組成�？梢钥闯�，ｉ2ｃ的主要命令只有讀、寫兩種情況，雖然讀寫的字節(jié)根據(jù)具體器件的不同而不同，但其時序關(guān)系不會發(fā)生改變。根據(jù)這一點，下位機只要具備ｉ2ｃ的基本時序即可。這些基本時序包括：啟動、寫字節(jié)、讀字節(jié)、應(yīng)答位、停止信號，并可以組合成兩個子程序：讀ｎ字節(jié)子程序、寫ｎ字節(jié)子程序。

    ２．２ 串行外圍接口ｓｐｉ

    ｓｐｉ（同步串行外設(shè)接口）由ｍｏｔｏｒｏｌａ公司提出，它是一種三線同步接口，分別為同步信號、輸入信號和輸出信號。另外每個擴展芯片還需要一根片選線，主器件通過片選線選通與其通信的從器件。圖３給出了ｓｐｉ的時序圖。其中，ｓｃｋ為同步時鐘脈沖，ｓｓ為片