ch7_单片机系统扩展

第7章 单片机系统扩展及接口技术,通过地址总线、数据总线和控制总线实现ROM、RAM或其它接口电路的扩展（ MOVX指令的运用）。,7.1 扩展三总线的产生,片外三总线结构,1 地址总线 -用于传送单片机送出的地址信号 P0口为低8位地址总线，使用一个8位的数据锁存器来锁定低8位地址信号； P2口为高8位地址总线。 2 数据总线 -用于单片机与存储器之间或单片机和I/O之间数据传送 P0口做为低8位地址和数据复用总线。,3 控制总线 -单片机发出的用于控制片外RAM,ROM和I/O口读/写操作的一组控制线。 (1)使用ALE作地址锁存的选通信号,以实现低8位地址锁存。 (2)以PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号。 (3)以EA信号作为内外存储器的选择信号。 (4)以RD和WR作为扩展RAM和I/O的读写选通信号。,具有三态功能的8D锁存器,/L：三态控制。 低电平：允许数据输出，三态门通； 高电平：三态门关闭，输出高阻。 G：数据锁存控制。 高电平时，输出随输入变化； 低电平时，Q端将被锁存（低电平锁存）。,7.2 扩展程序存储器,7.2.1 访问片外程序存储器的操作时序 1、 访问片外程序存储器的控制信号 (1)使用ALE作地址锁存的选通信号,以实现低8位地址锁存 (2)以PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号,接OE端 (3)以EA信号作为内外存储器的选择信号 2 、操作时序,访问外部程序存储器ROM的时序:,片外ROM访问时序说明,P0、P2口作地址和数据总线。其中P0口作为地址和数据复用总线，前半部（A段）作地址总线，后半部（B段)作为数据总线。 外部程序存储器ROM的操作步骤如下： 1、必须为ROM提供完整的（16位）地址信息； 2、ROM芯片的/CE 端=0，选中该芯片； 3、在满足上述条件的基础上，当ROM的/OE=0时（B时间段），存储器输出数据的三态门打开，并将与输入地址相对应的存储单元中的指令（数据）向外输出，单片机通过P0口将指令送至CPU 内部。 74LS373锁存器:将A时间段P0口输出的低位地址进行保存，使ROM在B时间段仍然可以得到完整的地址信号。,转时序图,7.2.2 扩展EPROM,2764A,常用芯片介绍,扩展 16KB EPROM,MCS-51与1片16K ROM的连接,MCS-51与2片32K ROM的连接,使用两片32K的ROM芯片扩展为64K的存储阵列。,由两片32K的ROM构成64K存储阵列与A15的 关系表,74LS138 3-8线译码器,A、B、C：选择输入。作为与输出对应的二进制编码输入； G1、/G2A、G2B：使能输入，作为片选控制输入； y7y0：译码器输出，低电平有效。,MCS-51与多个 ROM的连接（地址线全译码）,若需要对2片以上的芯片扩展，可以通过译码电路实现。,采用LS138译码器实现ROM扩展示意表,7.3 扩展数据存储器,与程序存储器扩展相同，使用P0、P2口作为地址、数据总线。 1、当使用 MOVX Ri ,A指令时，系统仅使用P0口输出地址信号（P2口不用）。 2、当使用 MOVX DPTR,A 指令时，P0口输出DPTR提供的低八位地址信号，P2口输出DPTR提供的高八位地址信号。 3、不论哪种情况，P0口都是地址/数据复用总线，因此仍要使用74LS373来锁存P0口的地位地址信号。,与ROM扩展不同： 使用访问外部RAM指令MOVX时，在时序中将产生/RD或/WR信号，因此须将这些控制信号与外RAM的读（/RD) 、写（/WR）控制端相连接，实现系统对外RAM的读写控制。,7.3.1 常用的数据存储器芯片 1.静态RAM(SRAM):6116,6264,62128等 2.EEPROM:2816,2864等,执行外部指令: movx a, dptr ;将外RAM的x送A,7.3.2 访问片外RAM的操作时序,7.3.3 扩展 2KB RAM,MCS-51与8K RAM的连接,7.3.4 8031外扩32K EPROM和32K RAM,7.3.5 扩展8K EEPROM,7.4 简单并行I/O扩展 7.4.1 I/O口的直接输入/输出,LOOP: MOV A,#0FH MOV P1,A MOV A,P1 SWAP A MOV P1,A AJMP LOOP,7.4.2 简单I/O接口的扩展方法,编程：按下任意键，对应的LED发光。 LOOP:MOV DPTR,#0FEFFH MOVX A,DPTR MOVX DPTR,A SJMP LOOP,7.5 可编程I/O接口扩展,8255A 可编程通用并行接口 8155 带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口 8279 可编程键盘/显示接口 8253 可编程通用定时器,7.5.1 扩展8155可编程外围并行接口芯片,8155、8255等芯片都是美国Intel公司开发出的系列通用可编程I/O接口芯片。40脚DIP封装。 8155不仅可以提供三个并行的I/O端口，在其内部还集成有256个字节的RAM存储空间、一个14位的定时/计数器，因此非常适合与MCS-51单片机连接实现系统功能的扩展。,8155的结构及引脚,8155的内部结构简图,8155引脚说明,AD7-AD0:数据/地址总线。与MCS-51的P0口连接，分 时传送地址和数据信息，是连接两者的通道。 I/O口线：PA7-0、PB7-0和PC5-0为8155的A、B和C口。 REST、/CE和IO/M :复位、片选和I/O端口/RAM选择线。 /RD、/WR: 读写控制线。 ALE:8155的地址锁存信号。ALE=1时，信号进入地址锁 存器，ALE=0时，锁存器锁存地址。 T/IN、T/OUT: 计数器的脉冲输入线和输出线，输出波形 与工作方式有关。,7.5.2 8155寄存器,8155的A、B和C口的数据传送是由CPU发出的命令字控制的。 （1）8155内部的7个寄存器地址,（2）8155的命令字,PB 、PA:A、B口工作方式：0 输入；1 输出。 PC2、 PC1: C口工作方式：00 ALT1（输入） 01 ALT2（输出） 10 ALT3（选通方式） 11 ALT4（选通方式） IEB、IEA: A、B口中断允许位：0 禁止中断；1 允许中断。 TM2 、TM1:计数器工作方式：00 无操作；01 停止计数； 10 计满后停止；11 开始计数。,（3）8155的状态字表征8155的状态,INTRA： A中断请求标志。 0 无中断；1 有中断。 ABF： A口缓冲器状态。 0 空； 1 满。 INTEA： A口中断允许位。 0 禁止； 1 允许。 INTRA： B中断请求标志。 0 无中断；1 有中断。 BBF： B口缓冲器状态。 0 空； 1 满。 INTEB： B口中断允许位。 0 禁止； 1 允许。 TIMER: 定时器中断。0 读状态字后或硬件复位后。 1 有定时器中断时。,状态字存在于8155的状态寄存器中，其地址与命令口地址一样可以用 MOVX A, DPTR 指令来读取8155的状态。状态字寄存器与命令寄存器是靠输入、输出来自动区分的。,8155的工作方式,（1）存储方式：若IO/M=0、CE=0时，8155处于存储器 模式，此时单片机通过AD7-AD0与8155 的RAM单元进行读写数据。 （2）I/O方式：若IO/M=1,CE=0时，8155处于I/O状态。 a: 通用I/O方式：A,B,C都是通用的数据端口； b: 选通I/O方式：A,B为选通I/O方式，C口作 为A,B口的联络控制线。 选通方式是一种较为特殊的数据传输方式，它不同于一般并行口的I/O操作。它主要用于高速CPU与低速外设之间的数据交换。,C口在四种工作方式下的各位定义,选通I/O数据输入操作,当外设准备好数据并送PA口时，发出低电平的选通信号ASTB; 8155接收到ASTB后： 1，将PA上的数据装入A口寄存器 2，使A口数据满ABF置位以通知外设数据已收到。 8155在ASTB的上升沿使PC0的A INTR标志置位，以通知单片机数据已收到。 CPU响应中断执行服务程序，当执行到从A口读取输入的数据（MOVX）时，/RD的上升沿将PC0的INTEA清零并使PC1的ABF变低,通知外设输入下一个数据。,C口为ALT3模式 PC0:A口中断A INTR标志输出,送单片机； PC1:A口缓冲器满ABF标志输出，送外设。 PC2:A口选通输入ASTB，,选通I/O数据输出操作,CPU执行MOVX指令将数据送PA口，8155收到数据后ABF变高通知外设数据已到达PA口。 外设接收到ABF的高电平后： 1，从D7-0上接收数据； 2，使ASTB变低，通知8155外 设已接收到数据。 当8155监测到ASTB回到高电平时，使PC0D的A INTR变为高电平，向单片机申请中断。 单片机在中断服务程序中巴下一个数据送到A口，进行下一个数据的输出。,C口为ALT3模式，控制字：00011001B PC0:A口中断A INTR标志输出,送单片机； PC1:A口缓冲器满ABF标志输出，送外设。 PC2:A口选通输入ASTB.,8155内部定时器的使用,严格的讲，8155的定时器应当称为计数器，因为定时器的计数脉冲来自外部的T/IN引脚的输入脉冲,所以8155的定时器非常适合做1/n的分频器(如图）。 定时器共有4种工作方式,由计数器高8位中的最高两位M2、M1来确定。不同的工作方式对应着不同的T/OUT波形。,8155定时器4种工作方式与T/OUT波形,8155内部定时器的4种工作方式,1，M2M1=00时:当计数器“减1”到 “全0”时，在T/OUT线上输出单个方波，如果计数初值为奇数，则高电平持续时间比低电平多一个计数脉冲； 2， M2M1=01时:同上一方式，差别为当计数器“减1”到 “全0”时，自动装入计数初值，所以在T/OUT上为连续方波； 3， M2M1=10时:当计数器“减1”到 “全0”时，在T/OUT线上输出一个单脉冲； 4， M2M1=11时:当计数器“减1”到 “全0”时，在T/OUT线上输出一个单脉冲，且自动重装计数初值，所以在T/OUT线上输出连续的脉冲。,7.5.3 8155应用与编程举例,充分利用8155的内部资源可以简化单片机系统的设计。 1 、 作片外256B RAM 2 、作扩展I/O口使用 3 、 定时器扩展用 8155与MCS-51连接时按外部RAM地址统一编址。 8155的I/O工作方式我们常选择“通用I/O方式” 。,8155与MCS-51的连接,8155内部各寄存器的地址分配,基本操作软件,例7-1 向8155RAM中的5FH单元送入立即数32H。 MOV A,#32H MOV DPTR,#7E5FH MOVX DPTR,A,例7-2 将8155设置为IO口,定时器工作方式,A口定义为基本输入