第四讲：接口与系统扩展(1)

单片机原理与应用技术教学课件,第四讲：接口与系统扩展（1）,本讲重点：片外RAM与片外ROM扩展（参考范例应用）;简单I/O扩展（选用锁存器与驱动器）;扩展8255,8155（初始化,电路及应用）;LED显示接口（动态与静态，硬件译码与软件译码，电路与编程应用）.,单片机原理与应用技术教学课件,RAM,ROM存储器扩展,单片机原理与应用技术教学课件,单片机本身资源不足以满足应用需求的情况下,必须借助外部器件对系统进行扩展,主要介绍:并口、RAM、ROM、键盘、LED、DAC、ADC等接口的扩展与应用,其中涉及到6264、2764、74LS373、74LS244、74LS245、8255、8155、DAC0832、ADC0809等芯片。,第四、六章接口芯片与系统扩展,以AT89C51/52应用为例进行介绍AT89C51/52与MCS-51系列的8031/8032在性能、引脚、指令等方面完全兼容,此外，内部还集成了4K/8K的FlashROM。,单片机原理与应用技术教学课件,程序存储器EPROM的扩展：,单片机内部没有ROM,或虽有ROM但容量太小时,必须扩展外部程序存储器方能工作。最常用的ROM器件是EPROM。如:2764(8K)/27128(16K)/27256(32K)/27040(512K),一、存储器的扩展(EPROM)P.110,VppVcc,A12PGM,A7NC,A6A8,A5A9,A4A11,A3OE,A2A10,A1CE,A0D7,D0D6,D1D5,D2D4,GNDD3,2764,VppVcc,A12PGM,A7A13,A6A8,A5A9,A4A11,A3OE,A2A10,A1CE,A0D7,D0D6,D1D5,D2D4,GNDD3,27128,VppVcc,A12A14,A7A13,A6A8,A5A9,A4A11,A3OE,A2A10,A1CE,A0D7,D0D6,D1D5,D2D4,GNDD3,27256,单片机原理与应用技术教学课件,程序存储器2764的扩展：,单片机,EPROM2764,锁存器74LS373,P0.0-P0.7,ALE,PSEN,P2.0-P2.4,8D,8Q,OE,A8-A12,A0-A7,D0-D7,G,EA,OE,CE,51单片机能提供16条地址线，可扩展64K字节的ROM。可以用一片EPROM，也可以用多片EPROM(如书上P115116图所示)。,单片机原理与应用技术教学课件,数据存储器RAM的扩展：,有时需要扩展外部数据存储器RAM方能工作(如数据采集系统数据量较大，需要专设RAM或FlashRAM)。最常用的RAM器件是SRAM。如:6116(2K)/6264(8K)/62128(16K)/628128(128K),一、存储器的扩展(RAM)P.117,A7Vcc,A6A8,A5A9,A4WE,A3OE,A2A10,A1CE,A0D7,D0D6,D1D5,D2D4,GNDD3,6116,VppVcc,A12WE,A7CE2,A6A8,A5A9,A4A11,A3OE,A2A10,A1CE1,A0D7,D0D6,D1D5,D2D4,GNDD3,6264,VppVcc,A12WE,A7A13,A6A8,A5A9,A4A11,A3OE,A2A10,A1CE,A0D7,D0D6,D1D5,D2D4,GNDD3,62128,单片机原理与应用技术教学课件,数据存储器6264的扩展：,89C51单片机,SRAM6264,锁存器74LS373,P0.0-P0.7,ALE,P2.7,P2.0-P2.4,8D,8Q,OE,A8-A12,A0-A7,D0-D7,G,EA,OE,CE2,51单片机能提供16条地址线，可扩展64K字节的RAM。可以用一片芯片，也可以用多片RAM（参见书上P118119图所示）。,RD,WR,WE,CE1,+5V,单片机原理与应用技术教学课件,简单I/O,8255,8155并口扩展,单片机原理与应用技术教学课件,在单片机的I/O口线不够用的情况下，可以借助外部器件对I/O口进行扩展。可资选用的器件很多，方案也有多种。,简单I/O扩展：（锁存器扩展）,二、并行接口的扩展(简单I/O)P.119,CLRVCC1Q8Q1D8D2D7D2Q7Q3Q6Q3D6D4D5D4Q5QGNDCLK,OEVCC1Q8Q1D8D2D7D2Q7Q3Q6Q3D6D4D5D4Q5QGNDG,OEVCC1Q8Q1D8D2D7D2Q7Q3Q6Q3D6D4D5D4Q5QGNDCLK,74LS273,74LS373,74LS374,通常输出需要锁存，输入需要缓冲。但并非一成不变,单片机原理与应用技术教学课件,简单I/O扩展：(缓冲/驱动器扩展)P.120,单片机,锁存器74LS273,P0.0-P0.7,P2.0,P2.1,RD,WR,D0D7,D0D7,D0D7,D0D7,缓冲器74LS244,1,1,CLK,CE1CE2,输出,输入,或门,或门,输入指令：MOVDPTR，#0200HMOVXA，DPTR输出指令：MOVDPTR，#0100HMOVXDPTR，A,单片机原理与应用技术教学课件,可编程并行I/O接口芯片8255扩展I/O：,二、并行接口的扩展(8255)P.164,PA3PA4,PA2PA5,PA1PA6,PA0PA7,RDWR,GNDD0,A1D1,A0D2,PC7D3,PC6D4,PC5D5,PC4D6,PC0D7,8255,PC2PB7,PC3PB6,PB0PB5,PB1PB4,PB2PB3,CSRESET,PC1VCC,8255的基本特性与引脚：PA，PB，PC三个8位I/O口;,40PIN,PC口分高4位和低4位。高4位可与PA口合为一组(A组),低4位可与PB口合为一组(B组)。,3种工作方式。内部有4个寄存器，由A1,A0与读,写信号选择。片选低有效,复位高有效。,PC可按位置位/复位。,40条引脚，DIP封装。须注意VCC与GND引脚的位置。,一个8位的数据口D0D7。,单片机原理与应用技术教学课件,8255的PA,PB,PC口的三种工作方式：P.165,三种方式中只有方式0用得最多且最容易使用。基本输入/输出方式就是简单输入/输出方式。,方式1和方式2使用复杂。因单片机能自动提供各种应答信号，这两种方式已很难见到再有人用于单片机系统。,单片机原理与应用技术教学课件,PA,PB,PC口的三种工作方式示意图：P.167,RDWRD7D0A1A0,地址总线,控制总线,数据总线,A,B,C,PA0-7,PB0-7,PC4-7,PC0-3,A组,B组,8255的方式0,A,B,PA0-7,PB0-7,控制线,控制线,A组,B组,A,B,PA0-7,PB0-7,控制线,I/O,A组,B组,76543210,PC口,8255的方式1,8255的方式2,76543210,PC口,单片机原理与应用技术教学课件,8255的端口选择表：P.166,注意：对PA,PB,PC三个口的任何读/写操作，就是对PA,PB,PC这三个寄存器进行I/O操作.第4个寄存器是控制字寄存器(命令字寄存器),单片机原理与应用技术教学课件,D7D6D5D4D3D2D1D0,特征位=1,A组方式选择,00：方式001：方式11X：方式2,A口,B口,CL口,CH口,B组方式选择,=0，方式0=1，方式1,=0，输出=1，输入,=0，输出=1，输入,=0，输出=1，输入,=0，输出=1，输入,8255控制寄存器P.171172接受控制命令,告诉8255以何种方式工作。其地址是：A1,A0=11。它可以接受两条命令，第一条命令叫“方式控制字”，方式控制字格式如下：,A组,B组,注意：对同一控制寄存器可写两种命令,故必须在命令本身用“特征位”加以区别。第二条命令的特征位=0,单片机原理与应用技术教学课件,D7D6D5D4D3D2D1D0,特征位=0,Dontcarebits,选中的位将要输出的状态,=0，清0=1，置1,8255控制寄存器可以接受的第2条命令是:可以对PC口按位进行“置1”和“清0”操作。具体命令格式如下:（地址同样是：A1,A0=11）,例如：设8255的控制寄存器在系统中的地址是:0003H,要将PC5引脚置1,可用如下指令完成：MOVDPTR，#0003HMOVA，#0BHMOVXDPTR，A,在P.174有这几句,单片机原理与应用技术教学课件,8255与单片机的连接：(参见P.173),AT89C51,8255,74LS373,P0.0-P0.7,ALE,P2.7,8D,Q0Q1,CS,RESET,A0A1,D0-D7,G,EA,OE,RESET,RD,WR,WR,RD,+5V,PA,PC,PB,P2.7接片选/CS端,8255的(一组)寄存器地址可以是：,PA口:7000HPB口:7001HPC口:7002H命令口:7003H,单片机原理与应用技术教学课件,8255与单片机的连接：(参见P.174),AT89C51,8255,74LS373,P0.0-P0.7,ALE,8D,Q0Q1Q7,CS,RESET,A0A1,D0-D7,G,EA,OE,RESET,RD,WR,WR,RD,+5V,PA,Q7接片选/CS端,8255的(一组)寄存器地址可以是：,PA口:0000HPB口:0001HPC口:0002H命令口:0003H也可以是：007CH,007DH,007EH,007FH,PC7PC0,微型打印机,单片机原理与应用技术教学课件,8255的编程应用,例：初始化A口,B口,C口为基本I/O输出口,MOVDPTR,#7003H;指向控制字寄存器MOVA,#80H;A,B,C口均为输出口MOVXDPTR,A;装入,按照8255控制寄存器方式控制字格式写命令：,D7D6D5D4D3D2D1D0,特征位=1,A组方式选择,00：方式001：方式11X：方式2,A口,B口,CL口,CH口,B组方式选择,=0，方式0=1，方式1,=0，输出=1，输入,=0，输出=1，输入,=0，输出=1，输入,=0，输出=1，输入,单片机原理与应用技术教学课件,8255硬件实验五:8255A.B.C口输出方波,ORG0100HWAVE:MOVDPTR,#0FFDBH;8255控制字寄存器地址MOVA,#80H;初始化A,B,C口为基本输出口MOVXDPTR,AMOVA,#55H;8位高/低电平相间输出REPT:MOVDPTR,#0FFD8H;8255A口地址MOVXDPTR,AINCDPTR;8255B口地址（0FFD9H）MOVXDPTR,AINCDPTR;8255C口地址（0FFDAH）MOVXDPTR,ALCALLDELY1S;延时CPLA;取反SJMPRETP;跳到REPT去循环,单片机原理与应用技术教学课件,8255硬件实验五:8255A.B.C口输出方波,PA0输出,PA1输出,PA2输出,PA3输出,PA4输出,PA5输出,PA6输出,PA7输出,PB0输出,单片机原理与应用技术教学课件,可编程RAM/IO/CTC接口芯片8155：,二、并行接口的扩展(8155)P.175,PC3VCC,PC4PC2,TIMERINPC1,RESETPC0,PC5PB7,IO/MPB5,RDPB3,WRPB2,ALEPB1,AD0PB0,AD1PA7,AD2PA6,AD3PA5,8155,AD5PA3,AD6PA2,AD7PA1,CE/CEPB4,GNDPA0,TIMEROUTPB6,AD4PA4,40PIN,8155与8255是Intel推出的两个广泛应用的并行口扩展芯片：8255扩展了三个8位的并行口8155扩展了两个8位并行口+一个6位的并行口+一个14位Timer+片内256字节RAM,8155有一个姊妹芯片8156片选端为高有效,其他完全相同,单片机原理与应用技术教学课件,可编程RAM/IO/CTC接口芯片8155引脚：,PC3VCC,PC4PC2,TIMERINPC1,RESETPC0,PC5PB7,IO/MPB5,RDPB3,WRPB2,ALEPB1,AD0PB0,AD1PA7,AD2PA6,AD3PA5,8155,AD5PA3,AD6PA2,AD7PA1,CE/CEPB4,GNDPA0,TIMEROUTPB6,AD4PA4,PA,PB两个8位和一个6位PC口。AD0AD7,地址/数据复用线。ALE，地址锁存使能，控制地址/数据复用。/CE是8155的片选端,低有效;8156的片选端是CE，高有效。IO/M，I/O口或RAM选择线。/RD是读信号；/WR是写信号；RESET是复位信号，高有效。片内1个14位减法Timer，计数脉冲由TIMERIN输入,分频后由TIMEROUT输出。VCC,GND是电源端。,40PIN,单片机原理与应用技术教学课件,8155的6个寄存器,8155有2种工作方式(基本I/O和选通I/O)。内部有6个寄存器,由AD2,AD1,AD0,ALE与RD,WR,IO/M信号线选择。RESET高有效;/CE低有效。,单片机原理与应用技术教学课件,TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA,A口中断,B口,A口,C口方式选择,=1，允许=0，禁止,=1，输出=0，输入,=1，输出=0，输入,8155命令/状态字寄存器是两个地址相同的寄存器,命令字寄存器接受控制命令(只写)。地址：A2,A1,A0=000命令字格式如下(P179)：,C口方式：ALT1C口为输入口(A、B为基本I/O)。ALT2C口为输出口(A、B为基本I/O)。ALT3C口低3位为A口选通I/O提供应答信号；B口为基本I/O，C口高3位为输出口。ALT4C口的低、高3位分别为A口、B口的选通I/O提供应答信号。,B口中断,=1，允许=0，禁止,00=ALT101=ALT210=ALT311=ALT4,起/停与运行控制位：,00=无操作=NOP01=立即停计数；若未计数=NOP10=减到0停止；若未计数=NOP11=立即开始计数；若正在计数则减到0后按新的方式和初值计数。,单片机原理与应用技术教学课件,XD6D5D4D3D2D1D0,A口中断请求,=1，满=0，空,=1，请求中断=0，无请求,注：读取状态字信息多用在以查询方式与通过8155扩展的外部设备进行应答,或查询定时器的状态。,B口中断允许,=1，允许=0，禁止,定时器中断状态,B口中断请求,=1，请求中断=0，无请求,A口缓冲器状态,A口缓冲器状态,=1，满=0，空,A口中断允许,=1，允许=0，禁止,=1，已经计满=0，读出或复位后,8155命令/状态字寄存器是两个地址相同的寄存器,状态字寄存器存放状态信息(只读)。地址：A2,A1,A0=000状态字格式如下(P180)：,单片机原理与应用技术教学课件,D7D6D5D4D3D2D1D0,8155定时/计数器14位的减法计数器工作时先要对低8位寄存器和高6位寄存器写入初始值。其地址分别为:A2,A1,A0=100和101b,D5D4D3D2D1D0,TIMER低8位：,TIMER高6位：,M2M1,(地址：100b),(地址：101b),单片机原理与应用技术教学课件,D7D6D5D4D3D2D1D0,8155定时/计数器输出信号的形式,M2，M1定义定时/计数器从TIMEROUT输出信号的形式：,D5D4D3D2D1D0,TIMER低8位,TIMER高6位,M2M1,(100),(101),M2，M1=00输出单个方波,M2，M1=01输出连续方波,M2，M1=01输出单个脉冲,M2，M1=01输出连续脉冲,计数开始,计数结束,常常用作分频器(自动重装初值),常常用作分频器(自动重装初值),负脉冲宽度约等于TIMERIN的Tin,单方波宽度约等于初值的一半,单片机原理与应用技术教学课件,8155定时/计数器的使用(如何初始化),8155定时/计数器是减2计数器,故：最小初值为2。分频应用时，初值若为偶数,则输出等占空比方波;若为奇数,则正半周多一个脉冲周期。,先对(04H)(05H)寄存器装入14位初值和输出信号形式。14位初值的范围是23FFFH。启动定时/计数器。即对命令/状态字寄存器(00H)的最高两位TM2，TM1写入“11”。如果定时/计数器在运行中要改换新的时间常数，务必先装入新的初值,然后再发送一次启动命令,即写入:TM2,TM1=11。,单片机原理与应用技术教学课件,8155与单片机的连接：P.182,AT89C51,8155,P0.0-P0.7,ALE,P2.1,CE,RESET,AD0-AD7,EA,RESET,RD,WR,WR,RD,+5V,PA,PB,PC,8位,6位,8位,P2.2,IO/M,ALE,Tin,Tout,8155内部有一个锁存器，故不必再需要外加74LS373,由于用了P2.2接/CE；P2.1接IO/M，它的一组地址是：XXXXX01XXXXXX000命令/状态字寄存器XXXXX01XXXXXX001010A，B，C口寄存器XXXXX01XXXXXX100101定时器低/高位寄存器,对8155的片内RAM寻址，必须P2.1为低，故RAM地址为：XXXXX00X0000000011111111等256个单元。,单片机原理与应用技术教学课件,8155的编程应用P.182,例1：初始化A口,C口为输入口,B口为输出口(均为基本I/O)定时器为24分频连续方波输出。,MOVDPTR,#0204H;指向Timer低8位寄存器MOVA,#24;初值即分频数，24=18HMOVXDPTR,A;装入,根据连线应该知道它的一组地址是：02000205H,命令/状态字寄存器的M2，M1=01输出连续方波,常常用作分频器(自动重装初值),单片机原理与应用技术教学课件,INCDPTR;波形选择位与Timer高6位MOVA,#40H;01000000=连续方波TH=0MOVXDPTR,A;装入,MOVDPTR,#0200H;指向命令/状态字寄存器,8155的编程应用P.182,例1：初始化A口,C口为输入口,B口为输出口(均为基本I/O)定时器为24分频连续方波输出。,MOVDPTR,#0204H;指向Timer低8位寄存器MOVA,#24;初值即分频数，24=18HMOVXDPTR,A;装入,单片机原理与应用技术教学课件,TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA,A口中断,B口,A口,C口方式选择,=1，允许=0，禁止,=1，输出=0，输入,=1，输出=0，输入,C口方式：ALT1C口为输入口(A、B为基本I/O)。ALT2C口为输出口(A、B为基本I/O)。ALT3C口低3位为A口选通I/O提供应答信号；B口为基本I/O，C口高3位为输出口。ALT4C口的低、高3位分别为A口、B口的选通I/O提供应答信号。,B口中断,=1，允许=0，禁止,00=ALT101=ALT210=ALT311=ALT4,起/停与运行控制位：,00=无操作=NOP01=立即停计数；若未计数=NOP10=减到0停止；若未计数=NOP11=立即开始计数；若正在计数则减到0后按新的方式和初值计数。,11000010,题目要求初始化A口,C口为输入口,B口为输出口(均为基本I/O)此例命令字寄存器地址是:0200H。,单片机原理与应用技术教学课件,MOVA,#0C2H;立即启动计数,A入B出C入MOVX,DPTR,A;装入,MOVDPTR,#0200H;指向命令/状态字寄存器,INCDPTR;波形选择位与Timer高6位MOVA,#40H;01000000=连续方波TH=0MOVXDPTR,A;装入,8155的编程应用P.182,例1：初始化A口,C口为输入口,B口为输出口(均为基本I/O)定时器为24分频连续方波输出。,MOVDPTR,#0204H;指向Timer低8位寄存器MOVA,#24;初值即分频数，24=18HMOVXDPTR,A;装入,单片机原理与应用技术教学课件,显示器接口扩展,单片机原理与应用技术教学课件,三、LED显示器的扩展(结构)P.186,LED数码管的结构：共阳与共阴,单片机系统扩展LED数码管时多用共阳LED:共阳数码管每个段笔画是用低电平(“0”)点亮的,要求驱动功率很小；而共阴数码管段笔画是用高电平(“0”)点亮的，要求驱动功率较大。通常每个段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻。,公共阳极,hgfedcba,a,b,c,d,g,e,f,h,公共阴极,hgfedcba,a,b,c,d,g,e,f,h,hgfa,hgfa,高电平点亮,低电平点亮,接高电平,接地,单片机原理与应用技术教学课件,LED数码管的译码：硬件译码与软件译码,硬件译码特点:采用专用的译码/驱动器件,驱动功率较大;增加了硬件的开销;软件编程简单;字型固定(比如:只有七段,只可译数字,字型不好看)。,共阴LED,a,b,c,d,g,e,f,h,gfedcba,DCBA,P1.3P1.2P1.1P1.0,CD4511,AT89C51,74LS48/CD4511是“BCD码七段共阴译码/驱动”IC;74LS47是“BCD码七段共阳译码/驱动”IC,三、LED显示器的扩展(结构)P.186,单片机原理与应用技术教学课件,三、LED显示器的扩展(软件译码),LED数码管的译码：软件译码,软件译码特点:不用专用的译码/驱动器件，驱动功率较小；不增加硬件的开销；软件编程较复杂；字型灵活(比如：有八段，只可译多种字符，字型好看)。,共阳LED,a,b,c,d,g,e,f,h,P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7,+5V,AT89C51,硬件译码特点:采用专用译码/驱动器件，驱动功率较大；增加了硬件的开销；软件编程简单；字型固定(比如：只有七段，只可译数字，字型不好看)。,单片机原理与应用技术教学课件,LED数码管的软件译码,八段LED数码管段代码编码表(连线不同可有多种表):,公共阳极,hgfedcba,a,b,c,d,g,e,f,h,公共阴极,hgfedcba,a,b,c,d,g,e,f,h,hgfa,hgfa,高电平点亮,低电平点亮,接高电平,接地,单片机原理与应用技术教学课件,三、LED显示器的扩展(显示方式)P.190,LED数码管的显示方式：静态与动态,动态显示特点:有闪烁，用元器件少，占I/O线少，必须扫描，花费CPU时间，编程复杂。(有多个LED时尤为突出）,静态显示特点:无闪烁，用元器件多，占I/O线多，无须扫描，节省CPU时间，编程简单。,静态显示:各数码管在显示过程中持续得到送显信号，与各数码管接口的I/O口线是专用的。,动态显示:各数码管在显示过程中轮流得到送显信号，与各数码管接口的I/O口线是共用的。,单片机原理与应用技术教学课件,AB,CLK,hgfedcba,CLR,AB,CLK,CLR,AB,CLK,CLR,+5V,VCC,TxD,RxD,89C51单片机,74LS164,74LS164,74LS164,hgfedcba,hgfedcba,+5V,共阳LED数码管,LED数码管静态显示举例(学习串行口已见过),有几个LED就要几个74LS164，但只要数据不变，送一次就保持住了，且不闪烁，编程十分简单。,单片机原理与应用技术教学课件,要求：根据上图编写通过串行口和74LS164驱动共阳LED数码管查表显示的子程序。条件：系统有6个LED数码管,待显数据(00H09H)已放在35H30H单元中(分别对应十万位个位)，,DSPLY:MOVDPTR,#TABLE;共阳LED数码管译码表首址MOVR0，#30H;待显数据缓冲区的个位地址REDO：MOVA，R0;通过R0实现寄存器间接寻址MOVCA,A+DPTR;查表MOVSBUF,A;经串行口发送到74LS164JNBTI,$;查询送完一个字节的第8位？CLRTI;为下一字节发送作准备INCR0;R0指向下一个数据缓冲单元CJNER0，#36H，REDO;判断是否发完6个数？RET;发完6个数就返回TABLE：DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H;共阳LED译码表DB92H,82H,0F8H,80H,90H,单片机原理与应用技术教学课件,LED数码管动态显示举例(图见P.189),P1.5P1.4P1.3P1.2P1.2P1.0,P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0,7406OC门X3,上拉电阻14,+5V,AT8