Микропроцессорные устройства

3 Модули последовательного обмена
в микроконтроллерах 
Модули последовательных интерфейсов ориентированы на решение сле-
дующих задач: 

связь встраиваемой микропроцессорной системы с системой управле-
ния верхнего уровня: промышленным или офисным компьютером, 
программируемым контроллером. Наиболее часто для этих целей ис-
пользуют интерфейсы RS232C, RS485, USB; 

связь с внешними по отношению к микропроцессору периферийными 
микросхемами (памяти FLASH, EEPROM, час реального времени 
(RTC) и т. д.), а также с различными датчиками с последовательным 
цифровым выходом. Для этих целей наиболее часто применяются ин-
терфейсы SPI, I2C, Micro Wire, uLAN и др.; 

интерфейс связи с локальной сетью в распределенных информацион-
но-управляющих системах. В этой сфере находят применение интер-
фейсы RS232C, RS485, uLAN, CAN, Ethernet; 

внутрисистемное программирование резидентной памяти программ 
(OTPROM, EPROM, FLASH) или данных (EEPROM) у процессоров 
для встраиваемых применений. Обычно для этого используется ин-
терфейс RS232C (ADuC (Analog Devices), MB90Fxxx (Fujitsu), 
MSP430 (Texas Instruments)) или SPI (AVR(Atmel)). 
В настоящее время встроенные контроллеры последовательных интер-
фейсов имеются почти у всех микроконтроллеров, исключая простейшие
8–16-выводные микросхемы. У большинства имеются несколько таких модулей 
одного или различных типов. 
С точки зрения инженера-схемотехника, упомянутые типы интерфейсов 
последовательной связи отличаются: режимом передачи данных (синхронный 
или асинхронный), форматом кадра (число бит в посылке при передаче байта 
полезной информации) и временными диаграммами сигналов на линиях (уров-
ни сигналов и положение фронтов при переключениях). Число линий, по кото-
рым происходит передача в последовательном коде, обычно равно двум (I2C, 
RS-232C, RS-485, CAN) или трем (SPI, некоторые нестандартные синхронные 
протоколы). Последнее позволяет спроектировать модули контроллеров после-

---

27 
довательного обмена таким образом, чтобы с их помощью на аппаратном 
уровне можно было бы реализовать несколько типов последовательных интер-
фейсов. При этом режим передачи (синхронный или асинхронный) и формат 
кадра поддерживаются на уровне логических сигналов, а реальные физические 
уровни сигналов, характерные для каждого типа интерфейса, получают с по-
мощью специальных ИС, которые носят название приемопередатчиков, конвер-
торов, трансиверов. 
В состав 8-разрядных МК различных фирм-производителей входят сле-
дующие модули контроллеров последовательных интерфейсов: 

модуль универсального последовательного интерфейса USI (Universal 
Serial Interface). Он входит в состав МК семейства AVR фирмы Atmel; 
может поддерживать протоколы асинхронного обмена для интерфей-
сов RS-232, RS-422 и RS-485, а также синхронные протоколы интер-
фейсов SPI и I2C; 

модуль универсального асинхронного интерфейса UART (Universal 
Asynchronous Receiver and Transmitter). Он поддерживает протоколы 
асинхронного обмена интерфейсов RS-232, RS-422 и RS-485; 

модуль синхронного последовательного интерфейса SPI (Serial 
Peripheral Interface). Он поддерживает протокол синхронного обмена в 
стандарте SPI; интерфейс SPI был предложен фирмой Motorola, по-
этому контроллер SPI входит в состав большого числа моделей МК 
семейств НС05, НС11 и НС08. В МК других производителей протокол 
SPI обычно реализуется в качестве альтернативного одним из модулей 
контроллеров последовательных интерфейсов; 

модуль синхронного последовательного интерфейса I2C (Inter 
Integrated Circuit). Изначально разработан компанией Philips. Он вхо-
дит в состав 8-разрядных МК фирм Philips и Microchip; следует заме-
тить, что для МК Microchip характерна реализация аппаратными сред-
ствами одного и того же модуля протоколов SPI и I2C; 

модуль контроллера CAN (Control Aria Network); присутствует в
8-разрядных МК семейства НС08 фирмы Motorola, в большинстве МК 
на ядре ARM. Он поддерживает стандартные протоколы обмена CAN 
сетей; 

модуль контроллера USB (Universal Serial Bus); поддерживает новый 
стандарт периферийного интерфейса вычислительной техники USB. 

---

28 
Протоколы интерфейсов локальных сетей на основе МК – I2C и CAN – 
отличает более сложная логика работы. То же можно сказать и о стандарте пе-
риферийного интерфейса USB. Поэтому контроллеры CAN и USB интерфейса 
всегда выполняются в виде самостоятельного модуля, аппаратные средства ко-
торого ориентированы на поддержку соответствующих протоколов обмена. 
Интерфейс I2C с возможностью работы как в ведущем, так и ведомом режиме, 
также обычно поддерживается специальным модулем (модуль последователь-
ного порта в МК 89С52 фирмы Philips). 
По режиму обмена информацией интерфейсы подразделяют на сим-
плексные, полудуплексные, дуплексные, мультиплексные. В интерфейсах с 
симплексным режимом обмена информацией возможна лишь однонаправлен-
ная передача информации от одного абонента к другому. Соответственно и бу-
феры приемника и передатчика информации выполнены однонаправленными. 
В интерфейсах с полудуплексным режимом обмена в произвольный момент 
времени может производиться либо только прием, либо только передача дан-
ных между двумя абонентами, буферы приемопередатчика каждого из абонен-
тов связи выполнены двунаправленными. В интерфейсах с дуплексным режи-
мом обмена в любой произвольный момент времени может производиться од-
новременный прием и передача данных между двумя абонентами. 
Линии приема и передачи информации физически разделены, соответ-
ственно контроллер обмена каждого абонента имеет два вывода (приемника и 
передатчика) и буферы этих выводов однонаправленные. В интерфейсах с 
мультиплексным режимом обмена в каждый момент времени может осуществ-
ляться прием или передача данных между парой любых абонентов сети.