單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展

單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展第1頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一擴(kuò)展使用的三總線地址總線：P0－低8位

P2－高8位數(shù)據(jù)總線：P0控制總線：RD、WR、ALE、PSEN

(讀、寫、地址鎖存允許、外部ROM讀選通）第2頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

在8051單片機(jī)外部擴(kuò)展8K字節(jié)程序存儲(chǔ)器2764的連接圖第3頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展在8051單片機(jī)外部擴(kuò)展一片8K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264的連接圖第4頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)擴(kuò)展選址方法1、線選法：利用單片機(jī)的一根空閑高位地址線(通常采用P2的某根口線)選中一個(gè)外部擴(kuò)展I/O端口芯片，若要選中某個(gè)芯片工作，將對(duì)應(yīng)芯片的片選信號(hào)端設(shè)為低電平，其它未被選中芯片的片選信號(hào)端設(shè)為高電平，從而保證只選中指定的芯片工作。優(yōu)點(diǎn)：不需要地址譯碼器，可以節(jié)省器件，減小體積，降低成本缺點(diǎn)：可尋址的器件數(shù)目受到很大限制，而且地址空間不連續(xù)，這些都會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)不便。第5頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一線選法進(jìn)行外部擴(kuò)展舉例

6264的地址范圍：高8位地址變化范圍P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0110×××××低8位地址變化范圍：P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0××××××××由此可得6264的地址范圍為：C000H～DFFFH。第6頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一8255的地址范圍：

高8位地址變化范圍：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.010111111低8位地址變化范圍：P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0111111××由此可得8255的地址范圍為：BFFCH～BFFFH。0832的地址：高8位地址變化范圍：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.001111111低8位地址變化范圍：P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.011111111由此可得0832的地址為：7FFFH。第7頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2、地址譯碼法

對(duì)于容量較大的存儲(chǔ)器或I/O端口較多的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行外部擴(kuò)展，當(dāng)芯片所需要的片選信號(hào)多于可利用的高位地址線時(shí)，就需要采用地址譯碼法。地址譯碼法必須采用地址譯碼器，常用的地址譯碼器有3-8譯碼器74LS138、雙2-4譯碼器74LS139等。第8頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一擴(kuò)展器件片內(nèi)字節(jié)地址數(shù)地址編碼62648K0000H～1FFFH825543FFCH～3FFFH083217FFFH825549FFCH～9FFFH地址譯碼進(jìn)行外部擴(kuò)展舉例第9頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

并行I/O端口擴(kuò)展芯片

一.8255可編程并行I/O接口擴(kuò)展芯片

二.8155可編程并行I/O接口擴(kuò)展芯片第10頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一8255可編程并行I/O接口擴(kuò)展芯片（1）8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能

第11頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）端口

PA0～PA7、PB0～PB7、PC0～PC7共24條端口線。3個(gè)口皆為鎖存/緩沖寄存器，A口、B口有鎖存功能，C口無(wú)鎖存功能。A、B、C3口的工作方式由程序設(shè)置。（3）數(shù)據(jù)線

8255是8位芯片，有8位數(shù)據(jù)線D0～D7。數(shù)據(jù)線接于8051單片機(jī)的P0接口，第12頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）控制線

控制線控制8255的讀RD：、寫WR、復(fù)位RESET及片選CS等。

（4）地址線

A1A0選擇口

00A口

01B口

10C口

11控制口第13頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一8255方式選擇及方式控制字

方式選擇控制字第14頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一8255接口擴(kuò)展舉例（1）8255與單片機(jī)連接圖

第15頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）8255初始化

例如，若要求8255PA口按方式1輸入，PB口按方式0輸出，PC口高4位按方式1輸入，PC口低4位安方式0輸出，則只要作如下初始化編程:MOVDPTR,#7FFFH；8255控制口地址

MOVA，#0B8H；滿足以上要求的控制字

MOVX@DPTR,A；控制字送入8255控制口對(duì)8255的3個(gè)端口的工作方式預(yù)先設(shè)定。設(shè)置控制字經(jīng)控制口寫入。

第16頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

8155可編程并行I/O接口擴(kuò)展芯片（1）8155內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能第17頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）8155的控制字格式第18頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）8155的狀態(tài)字格式第19頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

8155片內(nèi)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器由兩個(gè)8位寄存器組成，低8位和高6位存放計(jì)數(shù)初值，最高2位控制定時(shí)器的工作方式

（4）8155的定時(shí)器使用第20頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（5）8155的端口地址分配AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0選中的寄存器×××××000命令/狀態(tài)寄存器×××××001PA口×××××010PB口×××××011PC口×××××100定時(shí)計(jì)數(shù)器的低8位寄存器×××××101定時(shí)計(jì)數(shù)器的高6位寄存器及工作方式字(2位)第21頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一8155接口擴(kuò)展舉例（1）8255與單片機(jī)連接圖第22頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一8155的端口地址編碼為：命令/狀態(tài)寄存器地址：7F00H,片內(nèi)RAM字節(jié)地址：7E00H～7EFFH,PA口地址：7F01H,PB口地址：7F02H,PC口地址：7F03H,定時(shí)計(jì)數(shù)器低位地址：7F04H，定時(shí)計(jì)數(shù)器高位地址：7F05H。第23頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

若要求8155的PA、PB作為基本輸出口，PC作為基本輸入口，不允許中斷，不啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器，則命令字為03H，初始化編程下：

MOVDPTR,#7F00H；8155命令口地址

MOVA,#03HMOVX@DPTR,A；寫入命令字（2）8155初始化第24頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

I2C總線是PHILIPS公司開發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線制同步串行總線,它只需要兩根線(串行時(shí)鐘線和串行數(shù)據(jù)線)即可在連接于總線上的器件之間傳送信息。主要特性如下:總線只有兩根線:串行時(shí)鐘線和串行數(shù)據(jù)線;每個(gè)連到總線上的器件都可由軟件以唯一的地址尋址,并建立簡(jiǎn)單的主/從關(guān)系,主器件既可作為發(fā)送器,也可作為接收器;它是一個(gè)真正的多主總線,帶有競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)和仲裁電路,可使多主機(jī)任意同時(shí)發(fā)送而不破壞總線上的數(shù)據(jù);同步時(shí)鐘允許器件通過總線以不同的波特率進(jìn)行通信;同步時(shí)鐘可以作為停止和重新啟動(dòng)串行口發(fā)送的握手方式;連接到同一總線的集成電路數(shù)只受400PF的最大總線電容的限制。利用I2C總線進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展

第25頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

I2C總線接口的電氣結(jié)構(gòu)如圖所示,組成I2C總線的串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘線SCL必須經(jīng)過上拉電阻Rp接到正電源上,連接到總線上的器件的輸出級(jí)必須為“開漏”或“開集”的形式,以便完成“線與”功能。SDA和SCL都為雙向I/O口線,總線空閑時(shí)皆為高電平。總線上數(shù)據(jù)傳送最高速率可達(dá)100Kbit/s。I2C總線的電氣結(jié)構(gòu)

第26頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

I2C總線可以構(gòu)成多主數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng),但只有帶CPU的器件可以成為主器件。主器件發(fā)送時(shí)鐘、啟動(dòng)位、數(shù)據(jù)工作方式,從器件則接收時(shí)鐘及數(shù)據(jù)工作方式。接收或發(fā)送則根據(jù)數(shù)據(jù)的傳送方向決定。I2C總線上數(shù)據(jù)傳送時(shí)的啟動(dòng)、結(jié)束和有效狀態(tài)都由SDA、SCL的電平狀態(tài)決定,在I2C總線規(guī)程中啟動(dòng)和停止條件規(guī)定如下:啟動(dòng)條件:在SCL為高電平時(shí),SDA出現(xiàn)一個(gè)下降沿則啟動(dòng)I2C總線。停止條件:在SCL為高電平時(shí),SDA出現(xiàn)一個(gè)上升沿則停止使用I2C總線。

第27頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在啟動(dòng)和停止條件之間可轉(zhuǎn)送的數(shù)據(jù)不受限制,但每個(gè)字節(jié)必須為8位，先傳送最高位,在每個(gè)字節(jié)之后必須跟一個(gè)響應(yīng)位。主器件收發(fā)每個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)答脈沖,在這期間,發(fā)送器必須保證SDA為高,由接收器將SDA拉低,稱為應(yīng)答信號(hào)(ACK)。主器件為接收器時(shí),在接收了最后一個(gè)字節(jié)之后不發(fā)應(yīng)答信號(hào),也稱為非應(yīng)答信號(hào)(NOTACK)。I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸

第28頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

總線中每個(gè)器件都有自己唯一確定的地址,啟動(dòng)條件后主機(jī)發(fā)送的第一個(gè)字節(jié)就是被讀寫的從器件地址,其中第8位為方向位,“0”(W)表示主器件發(fā)送,“1”(R)表示主器件接收?？偩€上每個(gè)器件在啟動(dòng)條件后都把自己的地址與前7位相比較,如相同則器件被選中,產(chǎn)生應(yīng)答,并根據(jù)讀寫位決定在數(shù)據(jù)傳送中是接收還是發(fā)送。

第29頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在主發(fā)送方式下,由主器件先發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)(S),接著發(fā)從器件的7位地址(SLA)和表明主器件發(fā)送的方向位“0”(W),即這個(gè)字節(jié)為SLA+W。被尋址的從器件在收到這個(gè)字節(jié)后,返回一個(gè)應(yīng)答信號(hào)(A),在確定主從握手應(yīng)答正常后,主器件向從器件發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù),從器件每收到一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后都要返回一個(gè)應(yīng)答信號(hào),直到全部數(shù)據(jù)都發(fā)送完為止。在主接收方式下,主器件先發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)(S),接著發(fā)從器件的7位地址(SLA)和表明主器件接收的方向位“1”(R),即這個(gè)字節(jié)為SLA+R。在發(fā)送完這個(gè)字節(jié)后,P1.6(SCL)繼續(xù)輸出時(shí)鐘,通過P1.7(SDA)接收從器件發(fā)來(lái)的串行數(shù)據(jù)。主器件每接收到一個(gè)字節(jié)后都要發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)(A)。當(dāng)全部數(shù)據(jù)都發(fā)送或接收完畢后,主器件應(yīng)發(fā)出停止信號(hào)(P)。第30頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

I2C總線是一種串行通信總線,它與并行總線不同,并行總線中有地址總線,CPU可通過地址總線來(lái)選擇所需要器件的地址。I2C總線只有一根數(shù)據(jù)線和一根時(shí)鐘線,沒有專門的地址線,而是利用數(shù)據(jù)傳送中的頭幾個(gè)字節(jié)來(lái)傳送地址信息。I2C總線的尋址方式有主器件的節(jié)點(diǎn)尋址和通用呼叫尋址兩種,具體實(shí)現(xiàn)方法是由主器件在發(fā)出啟動(dòng)位S后緊接著發(fā)送從器件的7位地址碼,即S+SLA,在節(jié)點(diǎn)地址尋址中SLA為被尋址的從節(jié)點(diǎn)地址,當(dāng)SLA為全“0”時(shí),即為通用呼叫地址。通用呼叫地址用于尋址接到I2C總線上的每個(gè)器件的地址,不需要從通用呼叫地址命令中獲取數(shù)據(jù)的器件可以不響應(yīng)通用呼叫地址。第31頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單片機(jī)的節(jié)電工作方式

對(duì)于8051單片機(jī)來(lái)說(shuō)，有待機(jī)方式和掉電保護(hù)方式兩種低功耗方式。通過設(shè)置電源控制寄存器PCON的相關(guān)位可以確定當(dāng)前的低功耗方式。PCON寄存器格式如下：

其中SMOD：波特率倍增位

GF