第六章單片機系統(tǒng)的并行擴展

1、lP0、P2口作為單片機的地址總線和數(shù)據(jù)總線l地址鎖存原理l看時序圖注意三個控制引腳的電平變化：ALE、PSEN、WR/RD 為了實現(xiàn)單片機與外部存儲器的連接，把單片為了實現(xiàn)單片機與外部存儲器的連接，把單片機的地址線分為機的地址線分為片內地址線片內地址線和和片選地址線片選地址線兩部分兩部分。l片內地址線片內地址線通常直接或通過地址鎖存器與相應存通常直接或通過地址鎖存器與相應存儲器地址線相連。儲器地址線相連。l片選地址線片選地址線通常直接或通過地址譯碼器和存儲器通常直接或通過地址譯碼器和存儲器芯片的芯片的CE相連，也可以懸空不用。相連，也可以懸空不用。l線選法0芯片A0A1A2CS(6000H7

2、FFFH)A0A1A2A151芯片A0A1A12CS(0A000H0BFFFH)A0A1A12A142芯片A0A1CS(0C000H0DFFFH)A0A1A13. 用某一位地址線直接連到所擴展的芯片的片選端 。A15A14A13A12A3A2A1A0011XX0000#單元011XX0011#單元011XX0102#單元011XX0113#單元011XX0004#單元011XX1015#單元011XX1106#單元011XX1117#單元0#芯片 關于地址重疊關于地址重疊:有一個以上有一個以上CPU地址與存儲單元對應。地址與存儲單元對應。X為無關項，即無論X取0，或取1，都不會影響對單元的確定

3、，0#芯片中每個單元都有210個重疊地址 。當X由全“0”，變到全“1”時，0#芯片的地址范圍即為6000H7FFFH。基本地址范圍：6000H6007H。 l全地址譯碼法 片選地址線全部參加譯碼常用地址譯碼器： 2-4譯碼器：74LS139 3-8譯碼器：74LS138 4-16譯碼器：74LS154單元地址唯一、地址空間能充分利用，不存在地址重疊。l部分地址譯碼法2芯片A0A1A2CS(0BFF8H0BFFFH)A0A1A23芯片A0A1A12CS(0E000H0FFFFH)A0A1A12.0芯片A0A1CS(3FFCH3FFFH)A0A1Y0Y1Y2Y3A0A1S74LS1381芯片A0

4、A1CSA0A1(7FFCH7FFFH)A15A14A13懸空 片選線中只有一部分參與譯碼，其余部分是懸空，具有重疊地址 一、一、MCS-51MCS-51用于擴展存儲器的外部總線信號：用于擴展存儲器的外部總線信號：P P0.00.7： 8 8位數(shù)據(jù)和低位數(shù)據(jù)和低8 8位地址信號，復用總線位地址信號，復用總線ADAD0 07 7。P P2.02.7： 高高8 8位地址信號位地址信號ABAB8 81515ALEALE：地址鎖存允許控制信號地址鎖存允許控制信號PSENPSEN：片外程序存儲器讀控制信號片外程序存儲器讀控制信號RDRD：片外數(shù)據(jù)存儲器讀控制信號片外數(shù)據(jù)存儲器讀控制信號WRWR：片外數(shù)據(jù)

5、存儲器寫控制信號片外數(shù)據(jù)存儲器寫控制信號EAEA：程序存儲器選擇程序存儲器選擇二、二、擴展程序存儲器電路：擴展程序存儲器電路：80318031擴展擴展32KB EPROM32KB EPROMIntel 27256 Intel 27256 常用常用EPROMEPROM芯片：芯片：Intel 2716(2KIntel 2716(2K8 8位位) )、2732(4KB)2732(4KB)、2764(8KB) 2764(8KB) 、27256(32KB)27256(32KB)、27512(64KB)27512(64KB)。(a) 實際連線表示法三三. 擴展數(shù)據(jù)存儲器電路：擴展數(shù)據(jù)存儲器電路：常用常用R

6、AMRAM芯片：芯片：Intel 6116(2KB)Intel 6116(2KB)、6264(8KB)6264(8KB)、62256(32KB)62256(32KB)。80318031擴展擴展8KB RAM 8KB RAM Intel 6264Intel 6264單片機連接單片機連接 一片一片 2764 2764 和和 兩片兩片 62646264 單片機往往通過P0和P2口構成擴展總線，擴展EPROM、RAM或其它功能芯片， MCS-51單片機可提供給用戶使用的I/O口只有P1口和部分P3口。因此，在大部分的MCS-51單片機應用系統(tǒng)設計中都需要進行I/O口的擴展。6-4-2 6-4-2 可編

7、程并行可編程并行I/OI/O擴展接口擴展接口8255A8255A 1.1.數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線D D0 07 7：傳送計算機與傳送計算機與82558255之間的數(shù)據(jù)、控制字和狀態(tài)字。之間的數(shù)據(jù)、控制字和狀態(tài)字。PAPA0 07 7 PB PB 0 07 7 PC PC0 07 7：傳送傳送82558255與外設之間的數(shù)據(jù)和聯(lián)絡信息，與外設之間的數(shù)據(jù)和聯(lián)絡信息，PCPC0 07 7可用作數(shù)據(jù)線或聯(lián)絡線可用作數(shù)據(jù)線或聯(lián)絡線3.3.讀寫控制線讀寫控制線RDRD，WRWR控制計算機與控制計算機與82558255之間的信息傳送和流向之間的信息傳送和流向4.4.復位線復位線RESETRESET高電平復位，使內部寄

8、存器全部清零。高電平復位，使內部寄存器全部清零。2.2.地址線地址線CSCS：片選線片選線A A1 1，A A0 0：口選線，尋址口選線，尋址 PAPA，PBPB，PCPC數(shù)據(jù)口和控制口。數(shù)據(jù)口和控制口。雙向三態(tài)緩沖,驅動輸入輸出鎖存輸入輸出鎖存/緩沖緩沖輸出鎖存輸出鎖存/緩沖緩沖,輸輸入緩沖入緩沖輸出鎖存輸出鎖存/緩沖緩沖,輸入輸入緩沖緩沖,還可作握手聯(lián)還可作握手聯(lián)絡線絡線當當RD=0時，允許單片機從時，允許單片機從8255A讀取數(shù)據(jù)或讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)字狀態(tài)字;當當WR=0時，允許單片機將數(shù)據(jù)或控時，允許單片機將數(shù)據(jù)或控制字寫入制字寫入8255A；CS=0時時,選中芯片選中芯片;A1，A0：口

9、選線口選線A組控制組控制塊控制塊控制A口及口及C口口的高的高4位。位。B組控制塊組控制塊控制控制B口及口及C口的低口的低4位。位。RD方式控制字PC口置位/復位控制字 (1)方式方式0（基本（基本I/O方式）方式） PA、PB、PC可可分別被定義為方式分別被定義為方式0輸入或方式輸入或方式0輸出。輸出。輸出具有鎖存功能，輸入沒有鎖存。輸出具有鎖存功能，輸入沒有鎖存。 適用于適用于無條件傳輸數(shù)據(jù)無條件傳輸數(shù)據(jù)的設備，如讀一組開關狀態(tài)、控制的設備，如讀一組開關狀態(tài)、控制一組指示燈，不使用應答信號，一組指示燈，不使用應答信號，CPU可以隨時讀出開關狀可以隨時讀出開關狀態(tài)，隨時把一組數(shù)據(jù)送指示燈顯示。

10、態(tài)，隨時把一組數(shù)據(jù)送指示燈顯示。如：如：令令A口和口和C口高四位工作在方式口高四位工作在方式0輸出方式，輸出方式， B口和口和C口低四位工作在方式口低四位工作在方式0輸入方式。輸入方式。MOV R0 , #0FBH ;控制字寄存器地址控制字寄存器地址MOV A , #83H ；方式控制字；方式控制字MOVX R0 , A（2 2）方式）方式1 1（應答（應答I/OI/O方式）方式） 有選通輸入和選通輸出兩種工作方式。有選通輸入和選通輸出兩種工作方式。 A A口和口和B B口皆可獨立地設置成這種工作方口皆可獨立地設置成這種工作方式，在方式式，在方式1 1下，下，A A口和口和B B口通常用于傳送

11、口通常用于傳送和它們相連外設的和它們相連外設的I/OI/O數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，C C口用作口用作A A口口和和B B口的握手聯(lián)絡線，以實現(xiàn)口的握手聯(lián)絡線，以實現(xiàn)中斷方式傳中斷方式傳送送I/OI/O數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。模式模式1下的下的C口狀態(tài)字格式口狀態(tài)字格式 方式方式1輸入輸入 STB:設備的選通信號輸入線，低電平有效,通常是外設給8255A的信號，表示外設給8255的數(shù)據(jù)已到達引腳。IBF：端口鎖存器滿標志輸出線，高電平有效。通知外設數(shù)據(jù)已從引腳取入鎖存器中。INTE：8255A端口內部的中斷允許觸發(fā)器。 “1”表示中斷允許（手動設置）。INTR：中斷請求信號線，高電平有效。當STB、IBF、INTE都為”

12、1”時，INTR就置“1” 。 方式1輸出 ：輸出鎖存器滿狀態(tài)標志輸出線。 表示CPU已將數(shù)據(jù)輸出到此端口。 ：設備響應信號輸入線。表示外設已取走數(shù)據(jù)。 INTR：中斷請求信號輸出線，高電平有效。當 、 和INTE都為”1”時，INTR被置“1”,發(fā)出中斷請求 。OBFACKOBFACK方式方式2僅對僅對PA口有意義。口有意義。 方式方式2使使PA口成為口成為8位雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線口，位雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線口，既可發(fā)送數(shù)據(jù)又可接收數(shù)據(jù)既可發(fā)送數(shù)據(jù)又可接收數(shù)據(jù)。PA口方式口方式2工作工作時，時，PB口仍可作方式口仍可作方式0和方式和方式1 I/O口，口，PC口口高高5位作狀態(tài)控制線。位作狀態(tài)控制線。

13、方式選擇控制字：方式選擇控制字：D7=1D7=1C C口置位口置位/ /復位控制字：復位控制字：D7=0D7=0控制字控制字D7D6D5D4D3D2D1D0方式方式1A 組方式組方式PAPC47方式方式PBPC03置置/復位復位0位選擇位選擇1 / 0例：例：8255PA8255PA口方式口方式0 0輸出單片機片內輸出單片機片內RAMRAM數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，PBPB口方式口方式1 1輸入輸入。 PIPIOS：M MOV VDPTRDPTR，#7F03H#7F03H；控制口地址；控制口地址M MOV VA A，#86H#86H；寫控制字；寫控制字M MOVXVX DPTRDPTR，A A；設工作方式設

14、工作方式M MOV VDPTRDPTR，#7F00H#7F00H；PAPA數(shù)據(jù)口地址數(shù)據(jù)口地址M MOV VA A，R0R0；??；取RAMRAM的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)M MOVXVX DPTRDPTR，A A；由；由PAPA口輸出口輸出 8255A選通方式接口邏輯選通方式接口邏輯主程序：主程序：MAIN：MOV 8，#30H ；RAM首址首址 1區(qū)區(qū)R0 MOV 0FH，#20H ；長度；長度1區(qū)區(qū)R7 SETB EA ；開中斷；開中斷 SETB EX1 ；允許外中斷，電平觸發(fā)方式；允許外中斷，電平觸發(fā)方式 MOV DPTR，#7FFFH ；將；將8255A的的PC2（即（即INTEB）置）置“1” M

15、OV A，05H MOVX DPTR，A ；允許；允許B口中斷口中斷 MOV A，#0BCH ；寫方式控制字（；寫方式控制字（PB口方式口方式1輸出）輸出） MOVX DPTR，A MOV DPTR，#7FFDH ；從；從PB口輸出第一個數(shù)據(jù)打印口輸出第一個數(shù)據(jù)打印 MOV A，30H MOVX DPTR，A INC 8 ；RAM指針加指針加1 DEC 0FH ；長度減；長度減1 。 ；執(zhí)行其它任務；執(zhí)行其它任務 外中斷外中斷1服務程序：服務程序： PINT1： PUSH ACC ；現(xiàn)場保護（；現(xiàn)場保護（A，DPTR 等進堆棧）等進堆棧） PUSH DPH PUSH DPL PUSH PSW

16、MOV PSW，#8 ；當前工作寄存器區(qū)切換到；當前工作寄存器區(qū)切換到1區(qū)區(qū) MOV A，R0 ；從；從PB口輸出下一個數(shù)據(jù)打印口輸出下一個數(shù)據(jù)打印 MOV DPTR，#7FFDH MOVX DPTR，A INC R0 ；修改指針、長度；修改指針、長度 DJNZ R7，BACK CLR EX1 ；長度為；長度為0，關中斷返回，關中斷返回 SETB F0 SETB F0 ；置打印結束標志位；置打印結束標志位F0F0BACK:POP PSW BACK:POP PSW ；現(xiàn)場恢復（；現(xiàn)場恢復（A A，DPTRDPTR等退棧）等退棧） POP DPLPOP DPL POP DPH POP DPH PO

17、P ACC POP ACC RETI RETI實現(xiàn)數(shù)模轉換的功能部件稱為D/A轉換器，衡量D/A轉換器性能的主要參數(shù)有： 分辨率，即輸出的模擬量的最小變化量，分辨率，即輸出的模擬量的最小變化量，n位的位的D/A轉換轉換器分辨率為器分辨率為2-n。滿刻度誤差，即輸入為全滿刻度誤差，即輸入為全1時輸出電壓與理想值之間的時輸出電壓與理想值之間的誤差，一般為誤差，一般為2-（n+1）輸出范圍；輸出范圍；轉換時間，指從轉換器的輸入改變到輸出穩(wěn)定的時間間轉換時間，指從轉換器的輸入改變到輸出穩(wěn)定的時間間隔；隔；是否容易和是否容易和CPU接口。接口。梯形電阻式梯形電阻式D/AD/A轉換原理：轉換原理：“按權展

18、開，然后相加按權展開，然后相加” 321027214181RVRVIIIIREFREFl根據(jù)以上的分析計算，可推理得到n位二進制數(shù)的轉換表達式：l其中D為n位二進制數(shù)的和，因此， 電流和二進制數(shù)成線性關系。 l運算放大器的輸出電壓為：運算放大器的輸出電壓為：nREFDRVI2InREFDRRVV200lDAC0832是美國數(shù)據(jù)公司的8位D/A，片內帶數(shù)據(jù)鎖存器，電流輸出，輸出電流穩(wěn)定時間為1 us。+5V +15V單電源供電，功耗為20mW。 6-5-26-5-2 DAC 0832 DAC 0832DAC 0832DAC 0832的內部結構的內部結構控制線（控制線（5條）條）ILE： 數(shù)據(jù)鎖存

19、允許控制信號輸入線，高電平有效； CS：片選片信號輸入線，低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖有效 ；WR2：DAC寄存器寫選通輸入線，負脈沖有效；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效； 12345678910201918171615141312118位數(shù)據(jù)鎖存器8位DAC寄存器8位D/A轉換器DAC0832CSWR1AGNDD3D2D1D0VREFRfbDGNDIOUT1IOUT2D7D6D5D4XFEWR2ILEVCCD0-D7LE1ILECSWR1XFERVREFIOUT1IOUT2鎖存WR2LE2鎖存RfbAGNDVccDGND8121132010（b）DAC08

20、32結構框圖圖6-30 DAC0832的引腳圖和結構框圖（a）DAC0832引腳圖12345678910201918171615141312118位數(shù)據(jù)鎖存器8位DAC寄存器8位D/A轉換器DAC0832CSWR1AGNDD3D2D1D0VREFRfbDGNDIOUT1IOUT2D7D6D5D4XFEWR2ILEVCCD0-D7LE1ILECSWR1XFERVREFIOUT1IOUT2鎖存WR2LE2鎖存RfbAGNDVccDGND8121132010（b）DAC0832結構框圖圖6-30 DAC0832的引腳圖和結構框圖（a）DAC0832引腳圖輸出線（輸出線（3條）條）IOUT1： 電流輸

21、出線，當DAC寄存器為全1時IOUT1最大；IOUT2：電流輸出線，其值和IOUT1值之和為一常數(shù)； Rfb： 反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調整轉換滿量程精度； 直通方式：直通方式：適宜連續(xù)反饋控制線路中；適宜連續(xù)反饋控制線路中； 使所有控制信號均有效（使所有控制信號均有效（CSCS、WR1WR1、WR2WR2、ILEILE、XFERXFER）8位位DACDAC寄存器寄存器輸入輸入寄存器寄存器-+IOUT2IOUT1RVERVOD07AGNDPA0PA1單緩沖器方式：單緩沖器方式：適宜一路模擬量輸出，幾適宜一路模擬量輸出，幾路模擬量非同步輸出，控制使兩個寄存路模擬量非同步輸出，控制

22、使兩個寄存器同時有效。器同時有效。雙緩沖器方式：雙緩沖器方式：適宜多個適宜多個DAC0832同時輸出；同時輸出； 輸入寄存器和輸入寄存器和DAC寄存器分配有各自的地址，寄存器分配有各自的地址，可分別選通用于同時輸出多路模擬信號?？煞謩e選通用于同時輸出多路模擬信號。使用運算放大器，可以將DAC0832的電流輸出線性地轉換成電壓輸出。根據(jù)運放和DAC0832的連接方法，運放的輸出可以分為單極型和雙極型兩種。 VoutBVref/256 Bb7*27+b6*26 +b0*20列方程：I1+I2+I3=0I1=Va/R，I2=Vout/2R，I3=Vref/2RVaBVref/256解得： Vout=

23、(B128)*Vref/128一路模擬量輸出，單緩沖方式單緩沖方式例：例：D/AD/A轉換程序，用轉換程序，用DAC 0832DAC 0832輸出輸出0 05V5V鋸齒波，電路為直鋸齒波，電路為直通方式。設通方式。設V VREFREF= - 5V= - 5V，DAC 0832DAC 0832地址為地址為7FFFH7FFFH，脈沖周期要，脈沖周期要求為求為100ms100ms。100msDACSDACS：MOVMOVDPTRDPTR，#7FFFH#7FFFH；0832 I/O0832 I/O地址地址MOVMOVA A，#0#0；開始輸出；開始輸出0V0VDACLDACL：MOVXMOVXDPTR

24、DPTR，A A；輸出模擬量；輸出模擬量INCINCA A；升壓；升壓ACALLACALL DELAYDELAY；延時延時100ms/256100ms/256AJMPAJMPDACLDACL；連續(xù)輸出；連續(xù)輸出DELAYDELAY：；延時子程序；延時子程序+5V0V例：例：D/AD/A轉換程序，用轉換程序，用DAC 0832DAC 0832輸出輸出-1-1-5V-5V方波，方波，電路為直通方式。設電路為直通方式。設V VREFREF= 5V= 5V，DAC 0832DAC 0832地址地址為為7FFFH7FFFH。解： ORG 1000HSTART: MOV DPTR,#7FFFH LOOP:

25、 MOV A, #33H MOVX DPTR,A ;置上限電平置上限電平 ACALL DELAY ；形成方波頂寬；形成方波頂寬 MOV A,#0FFH MOVX DPTR, A ;置下限電平置下限電平 ACALL DELAY ；形成方波底寬；形成方波底寬 SJMP LOOP ；循環(huán)；循環(huán)DELAY: -1V-5VlA/D轉換器是將模擬量轉換成數(shù)字量的器件。模擬量可是電壓、電流等電信號，也可是聲、光、壓力和溫度等隨時間連續(xù)變化的非電物理量。l非電物理量可通過合適的傳感器等轉換成電信號，模擬量只有轉換成數(shù)字量才能被計算機采集、分析和計算處理。l電壓頻率式：精度高 價格低，但轉換速度不高l積分式：抗

26、干擾能力好，轉換速度低l逐次逼近式：轉換速度較快逐次逼近式：轉換速度較快l并行轉換：l串行轉換：以4位為例，首先1000B送比較，若Vx Vs則再送1100B，(若Vx Vs則送0100，)依次重復。衡量A/D性能的主要參數(shù)是：分辨率，即輸出的數(shù)字量最低位變化一位所對應的輸入模擬量的變化值；滿刻度誤差;轉換速率；轉換精度,滿量程時實際輸出與理論輸出的接近程度；是否可方便地和CPU接口。6-6-2 ADC0809 ADC0809 一一結構結構8路模擬輸入通道，分時轉換通道地址譯碼鎖存8位數(shù)字量輸出D/A轉換模塊0809具有8位電阻階梯，256個電阻，輸出256個標準電壓供比較樹狀開關結構二位電阻

27、階梯1N01N7：8路模擬量輸入通道；D7D0：8位三態(tài)數(shù)據(jù)輸出線； A、B、C：通道選擇輸入線； ALE：通道鎖存控制信號輸入線 ；START：啟動轉換控制信號輸入線；CLK：轉換時鐘輸入線，CLK的典型值為640KHz，超過該頻率時，轉換精度會下降；EOC：轉換結束信號輸出線，高電平有效；OE：輸出允許控制信號輸出線，OE為高電平時把轉換結果送數(shù)據(jù)線D7D0，OE為低電平時D7D0為浮空態(tài)；ALE高電平模擬通道地址 ALE上信號二分頻上信號二分頻后接后接ADC0809的的CLK端端正脈沖啟動獲取A/D轉換結束信息結果允許輸出滿足以下條件：滿足以下條件：在START端需產生一個正脈沖，上升沿

28、復位ADC0809，下降沿啟動A/D轉換。在啟動A/D轉換之前，需在ALE端產生一個正跳變，將地址鎖存起來，使得在A/D轉換期間，比較器內部輸入始終是選中的模擬通道輸入信號。在A/D轉換結束之前，在START端和ALE端不能再次出現(xiàn)正脈沖信號。三種硬件連接方法對應三種啟動方式1）ADDA，ADDB，ADDC分別接地址鎖存器提供地址的低3位,指向IN7通道的相應程序指令為： MOV DPTR，#0EFF7H；指向D/A轉換器和模擬通道IN7地址 MOVX DPTR，A ；啟動A/D轉換，A中可以是任意值 2）ADDA，ADDB，ADDC分別接數(shù)據(jù)線中的低3位，則指向IN7通道的相應程序指令為： MOV DPH，#0E0H ；送D/A轉換器端口地址 MOV A，#07H ；IN7地址送A MOVX DPTR，A ；送地址并啟動A/D轉換 3）ADDA，ADDB，ADDC分別接高8位地址中的低3位，則指向IN7通道的相應程序指令為： MOV DPTR， #0E700H MOVX DPTR， A 1）無條件傳送方式 ADC0809轉換時間為128us，可在A/D轉換啟動后，調用一個延時足夠長的子程序。2）查詢方式 查詢測試EOC的狀態(tài)，即可確知轉換是否完成。需注意AD