Microchip UNI／O總線技術及其應用
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隨著嵌入式系統小型化的趨勢，市場對減少器件間通信所用的I／O引腳數的需求與日俱增。Microchip科技公司開發的UNI／O總線正滿足了這一需求，這個低成本且易于實現的解決方案，僅需要使用一個I／O引腳就可實現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就可以實現數據的串行傳輸和同步控制。
②UNI／O總線是一種單主型總線。主器件負責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、ASIC等充當。
③UNI／O總線具有雙向通信能力。有主發送從接收和從發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總線規定：從高到低的跳變是0，從低到高的跳變是1。
1．2．2 幀結構
在UNI／O總線上進行通信時，指令、數據和地址的傳送都以字節為單位。字節傳送時，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。字節之后必須發送應答序列，進行主從應答。圖1給出了通常情況下使用的基本字節幀結構。
(1)主應答位
由主器件發送，取值為1或0。為1時稱之為MAK，MAK告知從器件指令執行將繼續；為0時稱之為NoMAK，NoMAK用來結束當前指令，此后如有必要，從器件可以啟動相應的內部處理。
(2)從應答位
由被選定作為通信對象的從器件發送。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，由于無從器件應答，從應答位應為NoSAK。在從器件被選定之后，NoSAK用來表明通信產生了錯誤。
另外，UNI／O總線也考慮了對主器件的中斷功能的支持。當主器件與具有保持模式的從器件進行通信時，如果主器件在下一個MAK位周期時間內持續拉低SCIO，從器件就進入了保持模式。要維持在保持模式應繼續使SCIO為低電平。當從器件處在保持模式時，主器件就可以進行對其他I／O設備的中斷處理工作，中斷處理結束后可通過發送MAK來終止保持過程，并繼續之前的通信。圖2給出了包含保持過程的字節幀結構。
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行主從器件，需要在總線上傳送的各種信號和字節幀的有序組合。在UNI／O總線系統中，一條指令的執行過程必須包括：總線準備、主從同步、從器件選擇、指令傳輸和指令執行等環節。
1．3．1 總線定義的信號
(1)待機脈沖
待機脈沖是由主器件驅動SCIO到高電平狀態，并保持此狀態600μs以上形成的脈沖信號。待機脈沖通常用來通知總線上的所有從器件進入待機模式，也可以用來提前終止一條指令的執行。在執行一條指令時，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行過程發生了錯誤，本條指令的執行都必須從產生待機脈沖開始。
(2)TSS信號
TSS信號是由主器件驅動SCIO到高電平狀態，并保持此狀態10μs以上形成的脈沖信號。在一條指令成功執行之后，若還要執行下一條指令來對同一個從器件進行操作，則后一條指令執行過程的第一步只需產生一個TSS信號，而不需要再產生待機脈沖。這樣，通信效率會更高。
1．3．2 特殊功能字節幀
(1)起始頭
起始頭用來使從器件進入正常工作模式，并同步從器件內的時鐘。起始頭由5μs以上的持續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，并以此為依據調整內部時鐘，實現主從同步。起始頭之后的主應答位應為MAK，從應答位正常情況應為NoSAK。
(2)地址幀
地址幀用于選擇總線上特定的從器件進行通信。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，其應答序列由MAK和SAK組成。12位地址的傳輸需要兩個字節幀：高地址字節幀和緊跟其后的低地址字節幀。正常情況，低地址字節幀中的應答序列應該由MAK和SAK組成，高地址字節幀中的應答序列則由MAK和NoSAK組成。
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