單片機(jī)原理與接口技術(shù)：第6章 MCS-51系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)

1、第六章 MCS-51系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù) 4系統(tǒng)擴(kuò)展概述213并行擴(kuò)展技術(shù)串行擴(kuò)展技術(shù)輸入輸出口的擴(kuò)展系統(tǒng)擴(kuò)展概述123擴(kuò)展系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心進(jìn)行的；擴(kuò)展內(nèi)容包括ROM、RAM和I/O接口電路等；擴(kuò)展方式有并行擴(kuò)展和串行擴(kuò)展方式，盡可能采用串行擴(kuò)展方案。1并行擴(kuò)展技術(shù)控制總線DB數(shù)據(jù)總線DB地址總線ABP2（高8位）P0（低8位）P0ALE 并行擴(kuò)展技術(shù)涉及到三總線：2EPROM擴(kuò)展實(shí)例-在89C51單片機(jī)上擴(kuò)展4KB EPROMD7 Q7 373D0 Q0 G控制線A11A8A7A0 2732O7O0OE CEP2.3P2.0P0.7 89C51 P0.0ALEPSEN12根地址線8根數(shù)據(jù)線2RA

2、M擴(kuò)展實(shí)例-在8051單片機(jī)上擴(kuò)展2K RAMD7 Q7 373D0 G Q0A10A8A7A0 6116O7O0OEWE CEP2.2P2.0P0.7 8051 P0.0ALERDWRP2.72地址范圍的確定取決于CE（片選）和地址線的接法。要求根據(jù)電路圖，確定其中EPROM的地址范圍。注意：當(dāng)同時(shí)擴(kuò)展多片ROM時(shí)，可采用譯碼法或線選法來分別選中芯片，每個(gè)芯片分配的地址范圍不同。2擴(kuò)展存儲(chǔ)器舉例（PM，DM）20000-1FFFH2000-3FFFH0000-7FFFHSPI總線擴(kuò)展串行擴(kuò)展技術(shù)3常用的串行擴(kuò)展總線有： I2C （Inter IC BUS）總線、SPI（Serial Peri

3、pheral Interface）總線、Microwire 總線及單總線（1-Wire BUS）。 MCS-51單片機(jī)沒有串行總線接口，利用其自身的通用并行線可以模擬多種串行總線時(shí)序信號(hào)，因此可以充分利用各種串行接口芯片資源。 采用串行總線擴(kuò)展技術(shù)可使系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，系統(tǒng)體積減小，同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充更為容易。串行擴(kuò)展總線的應(yīng)用是單片機(jī)目前發(fā)展的一種趨勢(shì)。SPI（Serial Peripheral Interface）總線是Motorola公司提出的一種同步串行外設(shè)接口。SPI總線使用同步協(xié)議傳送數(shù)據(jù)，接收或發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)由主機(jī)產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)控制。 MOSI （Master Out Slav

4、e In） MISO （Master In Slave Out） SCLK或SCK （Serial Clock） 或 （片選）總線構(gòu)成SPI總線擴(kuò)展技術(shù) 3SPI總線系統(tǒng)的構(gòu)成3單片機(jī)，如Motorola公司的M68HC08系列、Cygnal公司的C8051F0XX系列、Philips公司的P89LPC93X系列。A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，如：AD公司的AD7811/12、TI公司的TLC1543、TLC2543、TLC5615等。實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC，如Dallas公司的DS1302/05/06等。溫度傳感器，如AD公司的AD7816/17/18；NS公司的LM74等。其他設(shè)備，如LED控制驅(qū)動(dòng)器MA

5、X7219、HD7279等，集成看門狗、電壓監(jiān)控、E2PROM等功能的X5045等。 常用SPI串行總線接口的器件3輸入輸出口的擴(kuò)展為何要擴(kuò)展I/O口?單片機(jī)本身接口功能有限I/O設(shè)備必須通過I/O接口與計(jì)算機(jī)連接。控制應(yīng)用中的復(fù)雜接口要求：速度差異大。設(shè)備種類繁多。數(shù)據(jù)信號(hào)形式多種多樣。4擴(kuò)展I/O接口的功能對(duì)單片機(jī)輸出的數(shù)據(jù)鎖存對(duì)輸入設(shè)備的三態(tài)緩沖信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)序協(xié)調(diào)4I/O口的擴(kuò)展方法通常選用74系列的74LS244、74LS373、74LS377、74LS273等常用芯片實(shí)現(xiàn)I/O擴(kuò)展。如用可編程芯片8155、8255等，利用程序?qū)π酒M(jìn)行設(shè)置，軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O接口的擴(kuò)展。利用MCS

6、-51單片機(jī)串口方式0進(jìn)行I/O接口擴(kuò)展利用單片機(jī)串口擴(kuò)展利用可編程并行接口芯片擴(kuò)展利用緩沖器或鎖存器4簡(jiǎn)單并行I/O的擴(kuò)展（利用緩沖器或鎖存器）4口地址的確定及編程應(yīng)用因?yàn)?4LS273和74LS244都是在P2.0為0時(shí)被選通,所以二者地址都可以為FEFFH（或0000H）。兩個(gè)芯片的地址雖然相同,但可以通過讀寫操作來區(qū)別編程應(yīng)用如下：MOV DPTR,#0FEFFH ;指向口地址MOVX A,DPTR ;指向74LS244讀入數(shù)據(jù)，檢測(cè)按鍵MOVX DPTR,A ;指向74LS273輸出數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)LEDSJMP $4 可編程I/0芯片的使用可編程I/O芯片是指芯片功能可由指令來確定，即需

7、要對(duì)其編程。常用的I/O口芯片有8255A（無RAM）和8155（有RAM）。48155的功能部件256字節(jié)RAM14位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器三個(gè)可編程并行口RAM及并行I/O接口芯片81554PA口，8位PB口，8位PC口，6位256B靜態(tài)RAM A 定時(shí)器B C A口PA0PA7B口PB0PB7PC0PC5C口IO/ MAD0AD7CEALERDWRRESET定時(shí)器輸入定時(shí)器輸出接單片機(jī)接外設(shè)接外設(shè)接外設(shè)8155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4AD0-AD7三態(tài)地址/數(shù)據(jù)線 IO/ M端口/存儲(chǔ)器選擇 RD讀ALE地址鎖存允許寫 WR選片 CE定時(shí)器輸入TIMER IN定時(shí)器輸出TIMER OUTPA0-PA7A口

8、端口線PB0-PB7B口端口線PC0-PC5C口端口線8155的引腳功能PC3PC4 PC5 IO/ MCERDWRALEAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7VssVccPC2PC1PC0PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB0PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA08155TIMER INRESETTIMER OUT4I/O口地址-當(dāng)IO/ M 為高電平時(shí)（1）8155的RAM和I/O口地址RAM地址-當(dāng)IO/ M 為低電平時(shí) 此時(shí)AD0-AD7上得到的地址值是指8155的某一RAM單元的地址，地址范圍是0000 0000-1111 1111分別指向8155 RA

9、M 的256個(gè)存儲(chǔ)單元。此時(shí)AD0-AD7 （僅用到低三位AD2、AD1、AD0）上得到的地址值是指8155的某一I/O口的地址，具體端口地址分配是：（見下表）8155的工作原理4AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0I/O端口 0 0 0命令/狀態(tài)口 0 0 1A口 0 1 0B口 0 1 1C口 1 0 0計(jì)數(shù)器低8位 1 0 1計(jì)數(shù)器高6位8155的RAM和I/O口地址分配 4 8155的使用（分二種情況：片內(nèi)RAM的使用、各端口的使用）RAM的使用： 與一般外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的使用基本一樣，唯一區(qū)別是事先要使IO/ M 為低電平。端口（包括定時(shí)器）的使用：A、B、C

10、各端口可工作于不同的工作方式，使用前要進(jìn)行初始化（寫命令字到命令口）。4設(shè)置8155工作方式TM2 TM1 IEB IEA PC2 PC1 PB PA命令字（只寫不讀）PB PA（A/B口方式）：0輸入，1輸出PC2 PC100 方式1：A、B口基本I/O,C口輸入11 方式2：A、B口基本I/O,C口輸出01 方式3：A口選通I/O, B口基本I/O10 方式4：A、B口選通I/OIEB IEA（A/B口中斷）：0禁止中斷，1允許中斷TM2 TM1 00：空操作 01：停止計(jì)數(shù) 10：計(jì)滿后停止 11：開始計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器方式48155的PC口C口可工作于基本I/O方式，也可作為A口、B口在選通工

11、作方式時(shí)的狀態(tài)控制信號(hào)線。當(dāng)C口作為狀態(tài)控制信號(hào)時(shí)，其每位線的作用如下：PC0：AINTR（A口中斷請(qǐng)求線）PC1：ABF（A口緩沖器滿信號(hào)）PC2： （A口選通信號(hào)）PC3：BINTR（B口中斷請(qǐng)求線）PC4：BBF（B口緩沖器滿信號(hào)）PC5： （B口選通信號(hào)）4 8155狀態(tài)字格式： INTRX：中斷請(qǐng)求標(biāo)志。INTRX =1，表示A或B口有中斷請(qǐng)求；INTRX=0，表示A或B口無中斷請(qǐng)求。 BFX：口緩沖器空/滿標(biāo)志。BFX=1，表示口緩沖器已裝滿數(shù)據(jù)，可由外設(shè)或單片機(jī)取走；BFX=0，表示口緩沖器為空，可以接受外設(shè)或單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。 INTEX：口中斷允許/禁止標(biāo)志。INTEX=1，表

12、示允許口中斷；INTEX=0，表示禁止口中斷。 TIMER：計(jì)數(shù)器計(jì)滿標(biāo)志。 TIMER=1， 表示計(jì)數(shù)器的原計(jì)數(shù)初值已計(jì)滿回零； TIMER=0， 表示計(jì)數(shù)器尚未計(jì)滿。 TIMER INTEB BFB INTRB INTEA BFA INTRA4 8155內(nèi)部有一個(gè)14位減法計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)脈沖來自其引腳“TIMER IN”，使用定時(shí)器前要先裝入“時(shí)間常數(shù)”-14位二進(jìn)制數(shù)。其格式為：8155定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0M2M1T13T12T11T10T9T8T7T6T5T4T3T2T1T0高6位計(jì)數(shù)值低8位計(jì)數(shù)值定時(shí)器方式M2 M100 單方波01 連續(xù)方波 單脈沖 連續(xù)脈沖 4擴(kuò)展電路的連接舉例-接口電路非常簡(jiǎn)單，基本上是相同信號(hào)對(duì)接。 80318155RESETRDWRALEP2.1P2.2P0.0P0.1P0.2P.03P0.4P0.5P0.6P0.7RESETRDWRALEIO/MCEAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7A口PA0PA7B口PB0PB7PC0PC5C口4設(shè)A口與C口為輸入口，B口為輸出口，均為通用I/O。定時(shí)器為連續(xù)方波工作方式，對(duì)輸入脈沖進(jìn)行24分頻。命令字： PAPBPC1PC2IEAIEBTM