《单片机原理与实用技术》第9章.pptVIP

第9章 单片机扩展与接口技术 莫海霞 付晓光制作 9.1 单片机系统扩展 9.1.1单片机扩展的必要性 1.扩展了单片机系统的资源 2.驱动更多种类的外部设备 1）信号形式不同 2）信号电平不同 3）速度差异大 9.1.2 单片机总线结构 所谓总线，就是连接计算机CPU与各部件的一组 公共信号线。MCS-51使用的是并行总线结构，按功能 分为三组：地址总线，数据总线和控制总线。 1数据总线DB（Data Bus） 2地址总线AB（Address Bus） 3控制总线CB（Control Bus） 9.1.3 单片机总线扩展 1.数据总线的构造 MCS-51单片机的数据总线是由P0口提供的，由P0 口引出8位线即可作为数据总线。 2.地址总线的构造 MCS-51单片机地址总线为16根，其中高8位P2口 提供，低8位由P0提供。 3.MCS-51单片机控制总线扩展 1）RD、WR为读、写信号： 用于片外扩展数据存贮 器及I/0端口的读写选通信号，当执行外部数据存贮器操 作MOVX指令时，这两个信号分别自动生成。WR、RD分别与 扩展数据存贮器及I/0端口的WR、RD相接。 2）EA为片外ROM选通信号：用于选择片内或片外程序 存贮器，当EA0时，访问片外程序存贮器。 3）PSEN为外部ROM读选通信号：用于片外扩展程序存 贮器的读选通信号，执行片外程序存贮器查表指令MOVC时 ，该信号自动生成。PSEN与扩展程序存贮器相接。 4）ALE为地址锁存允许：用于选通地址锁存器，通常 在P0口输出地址期间，用下降沿触发锁存器锁存低8位地 址，即ALE必须与地址锁存器的触发端相连 9.1.4 扩展芯片 MCS-51单片机扩展芯片可以分为3类：外部程 序存贮器ROM芯片、外部数据存贮器RAM芯片以及接 口芯片。连接外部设备的扩展芯片称接口芯片，接 口芯片上的接口称外接口（相对于并行口、中断等 内部接口而言）。每个外部接口可有多个端口，例 如数据口、状态口、控制命令口等。许多接口芯片 同内部中断接口一样可通过写入控制字实现工作方 式等的功能控制，使用灵活、扩大了应用范围，这 些芯片称可编程接口芯片。 9.2 程序存贮器的扩展 MCS-51单片机8031子系列无片内ROM，故必须扩展片 外程序存贮器才能应用，而其它子系列单片机有片内 ROM，可不必扩展片外ROM即可工作。但对于需要大容 量ROM的系统都必须扩展片外ROM。 扩展ROM单元芯片与片内ROM共用一个存贮空间，统 一编址。通过查表指令 MOVC A，A+DPTR MOVC A，A+PC 可以实现对ROM单元的读操作。 9.2.1 程序存贮器芯片 1程序存贮器芯片结构 2716的结构逻辑图如图所示。ROM 芯片内部集成了输出缓冲器，地址译 码器。2716有2K字节容量，共有11位 地址线。 2716信号引脚说明如下： A0A10为11位地址线 O0O7 为8位数据线 CE/PGM为双重功能 控制线 0E 为输出允许信号 VPP为电源线 Vcc为主电源线， 接+5V电源 GND为地线 2程序存贮器芯片工作方式 EPROM有下以几种工作方式，由OE、CE/PGM及VPP 各信号状态组合确定。 引 脚 方式 CE/PGM OE VPP O7O0 读出 未选中 编程 程序检验 编程禁止 低 高 正脉冲 低 低 低 高 低 高 +5V +5V +25V +25V +25V 程序读出 高阻 程序写入 程序读出 高阻 （1）读出方式 CPU从EPROM中读取代码，为单片机应用系统的工作方式。此时CE、OE均为 低电平，VPP5V （2）维持方式 即未选中状态，此时CE为高电平，数据输出为高阻状态，功耗下降75，处于 低功率维持状态 （3）编程方式 把程序代码固化到EPROM中。VPP端加+25V高压，OE高电平。每当CE/PGM端 出现脉冲时，写入一个存贮单元信息。 （4）编程校验方式 即检查编程写入的信息是否正确，通常紧跟编程之后。VPP+25V，CE及OE为 低电平。 （5）编程禁止方式 2716不但可单片编程，也允许多片同时编程，好把同样信息并行写入多片 2716中。多片编程时，若要写入各片的数据不尽相同，可使某片或某几片芯片 处于编程状态或编程禁止状态，当CE/PGM信号加低电平时，该芯片处于编程 禁止状态，不写入数据。 9.2.2 程序存贮器的扩展 1单片程序存贮器的扩展 （1）数据线 2716 的数据线O0O7直接与8031的 P0 口相应位相连。 （2）地址线 程序存贮器ROM芯片内部集成着地址译码器，可以根据从片外输入的 地址信号直接找到相应的地址单元。 （3）控制线 OE与8031的PSEN相连，以实现单片机执行MOVC指令时的工作选通 和与CPU的同步。 CE接地，表示始终选通。 8031的ALE与74LS373的触发端G相连，以实现P0口的分时复用。 8031的EA端接地，表示始终使用片外ROM。 2多片程序存贮器的扩展 1）各ROM芯片的数据线并行连接。 2）各芯片的地址线并行连接。2764芯片内有8KB ROM单元，共有13根地址线。 3）各芯片的控制信号PSEN并行连接。 4）各芯片的片选信号CE是不同的，需要分别产生 。 9.3 数据存贮器扩展 读出指令为： MOVX A，Ri MOVX A，DPTR 写入指令为： MOVX Ri ，A MOVX DPTR，A 9.3.1 数据存贮器扩展芯片 1.数据存贮器扩展芯片 各引脚说明如下： A0A12为地址线 O0O7为数据线 CE1为片选信号1 CE2为片选信号2 OE为数据输出允许信号（读选通信号） WE为写选通信号 VCC为电源（+5V） GND为地线 工作方式WECE1CE2 OE D0D7 未选中 输出禁止 读 写 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 高阻 高阻 输出数据 写入数据 表9-2 6264工作方式 9.3.2 数据存贮器的扩展 9.3.3 存贮扩展电路应注意的问题 1.芯片数量的选择 2.芯片型号的确定 3.正确连线，包括正确使用地址锁存器等。 4.确定扩展存贮器的地址空间，以便正确编程 。 9.4 并行I/0口的扩展 9.4.1 并行I/0口的扩展相关技术 1外部设备与数据总线的连接 1）数据输入 2）数据输出 2外设端口的编址技术 1）独立编址 即是将外端口与其它存贮单元分开，单独占有一个 地址空间。 2）统一编址 统一编址时，将端口与存贮单元同等看待，共用一 个存贮空间，同用一套指令和组信号线。 输入指令： MOVX A，DPTR 或 MOVX A,Ri 输出指令： MOVX DPTR，A 或 MOVX Ri，A 9.4.2 简单I/O扩展 1简单输入口扩展 简单输入口，实际上就是三态缓冲器，以其实现 输入设备选通时，设备信号与数据总线相连通， 而未选通时，设备与数据总线高阻隔离。 图9-13所示为74LS245与MCS-51的接口电路，因外 设端为B端，数据从B传到A，故将DIR当作读选通信 号与单片机RD相连，而将G作为片选信号，与地址线 相连 图9-14所示为多片74LS245扩展的2个并行输入口， 该例中，DIR接地，而由高位地址线和读信号线经或门 控制G端。接线同样满足逻辑关系。 2简单输出口扩展 D1D8为8位数据输入线 Q1Q8为8位数据输出线 CLK为时钟信号，上升沿数据锁存 G为使能控制信号 Vcc为+5V电源 9.4.3 8255A可编程芯片扩展 并行I/0接口 18255A可编程芯片组成 （1）8255A的结构组成 D7D0为系统数据线，与8位数据总线相连。 PA7PA0为A口线。 PB7PB0为B口线。 PC7PC0为C口线。 A1A0为片内端口地址线，A、B、C口及控制寄存器对应的片内地址分别为 00、01、10、11。 CS为片选信号。 RD为写信号。 WR为读信号。 RESET为芯片复位信号复位后，控制寄存器清0，各端口设置为输入工作方 式。 CS RS WR A1 A0 操 作 0 0 1 0 0 读A口 0 0 1 0 1 读B口 0 0 1 1 0 读C口 0 1 0 0 0 读A口 0 1 0 0 1 读B口 0 1 0 1 0 读C口 0 1 0 1 1 写控制寄存器 表9-4 8255A芯片读写控制 （2）控制字 工作方式控制字 C口置位/复位控制字 2.8255A的工作方式 （1）方式0（基本输入/输出方式） 例9-1 在图9-21中，设PA口接一组开关，PB口接LED，由 开关状态决定LED的状态。 解根据题意，PA为输入口，PB为输出口，控制字为： 10011000B即98H，在图9-21中，取A口、B口、C口及控制端口 的地址分别为7FFCH、7FFDH、7FFEH、7FFFH。程序如下： MOV DPTR，#7FFFH；写入控制字 MOV A，#98H MOVX DPTR，A MOV DPTR，#7FFCH MOVX A,DPRT INC DPTR MOVX DPTR，A （2）方式1 （选通输入/输出方式） C口 方式1 方式2 A口 B口 A口 输入输出输入输出输入/输出 PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 INTR STB IBF INTR ACK OBF INTR IBF STB INTR OBF ACK INTR STB IBF ACK OBF 表9-5 8255A芯片C口联络信号表 方式1输入时，A口使用PC3、PC4和PC5，B口使用 PC0、PC1和PC2，3个联络信号的功能定义如下： STB为外设提供的输入选通信号。当外部设备 准备好时，向8255A发出该有效信号，同时将数据 输入锁存在A口或B口。 IBF为8255A向外设输出的输入缓冲器满信号。 当为1时表示单片机还未读取锁存在端口的数据， 通知外设不应送新数据。 INTR为8255A向CPU发出的中断请求信号，当 8255A接受外设的新数据后，STB由低变高，IBF为1 时，产生中断请求信号，向单片机发出中断请求， 要求单片机读取A口或B口的数据。 OBF为8255A发给外设的输出缓冲器满信号。 当单片机将数据输出到端口时，0BF有效（低电平） ，通知外设把数取走。 ACK为外设响应信号。当外设从端口取走数据 ，并处理完毕后发回的响应信号，告诉单片机可以 发送下一个数据。 INTR为中断请求信号，若输出缓冲器空0BF 1，则该信号有效向单片机发出中断请求，要求发送 下一个数据。 例9-2设某MCS-51单片机系统中，单片机通过8255A驱动打 印机，打印机每打印完一个字符后输出“打印完”信号（负脉冲） ，试把MCS-51单片机内部RAM 20H开始的20H个字符，以中断 方式输出打印。 解设计8255A芯片工作在方式1下，电路连接方法可参照图 9-22，则输出设备为B，控制字为：94H。程序设计如下： 主程序： MAIM: MOV R0,#20H MOV R2,#20H MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#94H ；写方式控制字 MOVX DPTR,A MOV A,#01H MOVX DPTR,A ；置INTRB(PC0)为1， 启动第一次数据传送 MOV DPTR,#7FFDH ；修改地址指针，指向B口 CLR F0 ；设F0为打印结束标志位， 当F0=1时，表示打印结束 CLR IT1 ；外中断1为电平触发方式 SETB EX1 ；开外中断1 SETB EA ；开中断 MOV DPTR,#7FFD