单片微机原理及应用课件_第7章_MCS-51单片机最小系统.ppt

,单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的控制时，它自身的功能远远不能满足需要。为此，应扩展其功能。MCS-51单片机的扩展性能较强，根据需要，可扩展：ROM、RAM；定时/计数器；并行I/O口、串行口；中断系统扩展等。,5-1MCS-51单片机最小系统,一、8051/8751硬件最小系统对于片内有ROM型单片机，其自身可以构成最小系统,该系统的资源如下：4KBROM，256BRAM；五源中断系统；两个十六位加一定时/计数器；一个全双工串行UART；四个并行I/O口。,二、8031硬件最小系统8031单片机片内无ROM，若要正常工作，必需外配ROM。外接ROM后，P3口、P2口、P0口均被占用只剩下P1口作I/O口用，其它功能不变。,图中：/E三态门控制端G低电平锁存,三总线的概念:地址总线AB，P0口提供（A7A0）；P2口提供（A15A8），共16位。数据总线DB，P0口提供（D7D0），共8位。控制总线CB，ALE、等。,存储器的扩展,一、三总线的连接,1、数据线的连接P0口的八位线承担此任，此时不用外接上拉电阻。2、地址线的连接P0口承担地址低八位线，A0A7；P2口承担地址高八位线。A8A15。注意：P0口线地址/数据分时复用，需用地址锁存器74LS373锁存地址。,A10A8,A7A0,D7D0,CB,3、控制线的连接对存储器来讲控制线无非是：芯片的选通控制、读写控制。单片机与外部器件数据交换要遵循两个重要原则：一是，地址唯一性，一个单元一个地址。二是，同一时刻，CPU只能访问一个地址，即只能与一个单元交换数据。不交换时，外部器件处于锁闭状态，对总线呈浮空状态。,读/写：CPU向外部设备发出的读/写控制命令。EPROM：/OE/PSENSRAM：/WE/WR/OE/RD,选通：CPU与器件交换数据或信息，需先发出选通信号/CE或/CS，以便选中芯片。,6116与2764在0800HDFFFH范围内地址重叠，这是不是违反交换原则呢？,不会！因为，6116是SRAM，2764是EPROM。除地址和选通信号外，还有读/写控制信号起作用。,RAM/WE/WR/OE/RDROM/OE/PSEN,可用来区分二器件,小结：1）CPU与外设数据交换的原则是什么？2）决定存储器芯片在系统中地址范围的两个因素是什么？,第七章单片机I/O口扩展及应用,7.1I/O口扩展概述7.1.1I/O口扩展的原因MCS-51系列单片机共有四个并行I/O口，分别是P0、P1、P2和P3。其中P0口一般作地址线的低八位和数据线使用；P2口作地址线的高八位使用；P3是一个双功能口，其第二功能是一些很重要的控制信号，所以P3一般使用其第二功能。这样供用户使用的I/O口就只剩下P1口了。另外，这些I/O口没有状态寄存和命令寄存的功能，因此难以满足复杂的I/O操作要求。,7.1.2I/O口的编址技术用户可以通过对I/O口进行读和写操作来完成数据的输入和输出。例如：P0口的地址为80H。用户可以使用MOV指令对P0口进行写操作。MOVP0，A7.1.3单片机I/O传送的方式1.无条件传送方式,2.查询方式3.中断方式中断方式大大提高了单片机系统的工作效率，所以在单片机中被广泛应用。（自学）7.2简单I/O口扩展7.2.1简单输入口扩展1.输入口扩展简单输入口扩展使用的集成芯片，比较典型的如74LS244芯片。图7.1为74LS244芯片的引脚。74LS244是8位三态门，当/CS1、/CS2均为低电平时，允许输入数据；否则，为高阻态。,图7.174LS244芯片的引脚图7.274LS244扩展输入口,7.2.2简单输出口扩展1.简单输出口扩展使用的典型芯片简单输出口扩展通常使用74LS377芯片，该芯片是一个具有“使能”控制端的锁存器。其信号引脚如图7.4所示。其中：1D8D为8位数据输入线；1Q8Q为8位数据输出线；CK为时钟信号，上升沿数据锁存；/G为使能控制信号，低电平有效。VCC为5V电源。74LS377的逻辑电路如图7.5所示。,图7.474LS377引脚图图7.574LS377的逻辑电路由逻辑电路可知，74LS377是由D触发器组成的，D触发器在上升沿输入数据，即在时钟信号（CK）由低电平跳变为高电平时，数据进入锁存器。其功能表如表7-1所示。,/G=0输出/G=1保存,输出口扩展连接：扩展单输出口只需要一片74LS377，其连接电路如图7.6所示。,表7-174LS377功能表,图7.674LS377作输出口扩展,使能无效连通锁存状态,2、用锁存器扩展简单的8位输出口,74LS377为8D锁存器，八入八出，一时钟CK，一锁存允许/G。/G=0时，CK的上升沿，输入数据并锁存。,MOVDPTR，#7FFFH；指向74LS377MOVA，#data；取输出的数据MOVXDPTR，A；通过74LS377送出数据,P2.7接/G，所以，74LS373的口地址为7FFFH。,P0口是数据总线口，作I/O口用时只能分时使用，为此，输出数据时需要锁存。,锁存器和缓冲器的特点及使用组成锁存器的单元电路：触发器。带时钟控制端，有记忆功能。组成缓冲器的单元电路：门电路。三态传输电路，没有有记忆功能。,CK/G=0,数据锁存，数据总线的变化不影响输出Q0Q7,D0,D7,Q7,Q7,DB,连外设,CK,/G,使能端,A0,A7,D0,D7,DB,使能端,/CE,/CE=0,A0A7D0D7/CE=1,悬空状态，输入关闭。高阻抗对DB不产生影响,7.38255可编程通用并行I/O接口芯片,可编程器件的特点：可以通过软件设置不同的工作方式，作为连接CPU和外设的接口，使用十分灵活，通用性强。7.3.1可编程通用并行I/O接口概述简单I/O口扩展：实现数据缓冲和锁存。可编程I/O口扩展：还具有状态寄存和命令寄存功能，可通过软件编程，确定扩展芯片的工作方式。典型芯片有：8255A，8251等。,7.3.1、8255A的外部引脚和内部结构1、引脚图：,2、8255A的内部结构1）口电路三个8位口：PA,PB,PC。(24)PA、PB是单纯的数据口；PC口既可作数据口，也可作控制口，用于PA、PB口的控制；PC7-4，控制PA；PC3-0，控制PB；PA、PC7-4，称为A组PB、PC3-0，称为B组,内部结构,2）总线接口电路数据总线缓冲器：和单片机数据总线相连，是8位的双向三态缓冲器，所有数据（包括控制字、状态字）都通过该缓冲起器传送。/CE:片选信号线，低电平（有效）时，才选中该芯片，才能对8255进行操作。/RD:读信号线，低电平有效；/WR:写信号线，低高电平有效；RESET：复位输入信号，高电平有效时，复位8255。复位后8255的PA口、PB口和PC口均被定为输入。连到单片机的RESET。,A0A1：口地址选择信号线。8255内部共有三个口，PA口、PB口、PC口和一个控制寄存器供用户编程。的不同编码可分别选择上述三个口和一个控制寄存器。地址编码如表7-2所示。,表7-2地址编码,3)控制逻辑电路（A组、B组）表7-38255A的读写控制表,A口DBCPU,7.3.28255A的工作方式及数据I/O操作1、8255A的工作方式（1）方式0基本输入/输出方式A口、B口、C口（两个4位）均有此方式，可任意组合16种方式。适用于无条件数据传输和查询传输，也可对C口进行位操作。以C口某一位的状态，实现查询方式实现数据传输。是单片机与外部设备之间的数据通道。（2）方式1选通输入/输出方式仅PA口、PB口有此方式，PC口中若干位作联络信号线，联络信号的组合情况见表,（3）方式2双向传送方式仅PA口有此方式。PC3PC7（5位口线）作联络线。此时，PB口只能工作在方式0。PA口既可作为输入端口，又可作为输出端口。,PC口联络信号定义,PC口方式1方式2输入输出输入输出PC7/OBFA/OBFAPC6/ACKA/ACKAPC5IBFAIBFAPC4/STBA/STBAPC3INTRAINTRAINTRAINTRAPC2/STBB/ACKBPC1IBFB/OBFAPC0INTRBINTRB,各联络信号线的意义：数据输入/STB输入选通信号，外设发来。低电平有效；IBF输入缓冲器满信号（状态输出），发给外设（通知外设数据未被取走，暂不能接收新数据。）INTR中断请求信号，外部设备由8255输出发给单片机，向CPU发中断请求。INTE中断允许信号。INTR=/STB*IBF*INTE,/STB,IBF,INTR,数据输出,/ACK外设响应信号（输入），由外部设备发来（数据已送到外部设备）,表示数据已取走，向单片机发回响应信号。/OBF输出缓冲器满信号，（8255输出）发给外设（表示单片机将数据已送到指定口，外部设备可以取走）。为状态信息。INTR中断请求信号（输出），高电平有效。表示数据已被外设取走，请求CPU继续输出数据。INTR=/ACK*/OBF*INTE,/ACK,/OBF,INTR,7.3.38255A的控制字及初始化程序8255是编程接口芯片，通过控制字（控制寄存器）对其端口的工作方式和C口各位的状态进行设置。8255共有两个控制字，一个是工作方式控制字，另一个是C口置位/复位控制字。这两个控制字共用一个地址，通过最高位来选择使用那个控制字。1.工作方式控制字主要功能：确定8255接口的工作方式及数据的传送方向。各位的控制功能如图7.13所示。,图7.138255工作方式控制字,A,B,对工作方式控制字作如下说明：lA口可工作在方式0、方式1和方式2，B口可工作在方式0和方式1l在方式1或方式2下，对C口的定义（输入或输出）不影响作为控制信号使用的C口各位功能l最高位是标志位，作为方式控制字使用时，其值固定为1。2.置位/复位控制字在某些情况下，C口用来定义控制信号和状态信号，因此C口的每一位都可以进行置位或复位。对C口的置位或复位是由置位/复位控制字进行的。各位的功能如图7.14所示。其中，最高位必须固定为“0”。,图7.148255置位/复位控制字,3.8255初始化8255初始化就是向控制寄存器写入工作方式控制字和C口置位/复位控制字。例如，对8255各口作如下要求：(不用联络信号）PA口:方式0，（输入；1）PB口:方式1，（输出；0）PC口:高位部分为输出，0（PC4PC7为输出）低位部分为输入。1（PC2PC0用于方式1选通控制，PC3为输入。）设8255的扩展电路如图7.9所示，则控制寄存器的地址为7FFFH。按各口的设置要求，工作方式控制字为10010101，即95H。初始化程序应为：MOVDPTR,#7FFFH；8255控制字地址MOVA,#95HMOVXDPTR,A；工作方式控制字写入,MCS-51单片机可以和8255直接连接，图7.9给出了一种扩展电路。,图7.98255的扩展逻辑电路,8255工作方式控制字,A组,B组,PA口:方式0，PB口:方式1，PC口:高位部分为输出，0（PC4PC7为输出）低位部分为输入。1（PC2PC0用于方式1选通控制，PC3为输入。）,PC口用于置位/复位控制字例如：要求PC5置位。假设8255A的地址为:5FFCH5FFFH(PA、PB、PC和控制字地址）初始化程序应为：MOVDPTR,#5FFFH；8255控制字地址MOVA,#0BHMOVXDPTR,A；置位/复位控制字写入,8255置位/复位控制字,P2.7P08031ALE/RD/WRRST/EA,74LS3731D8D2Q1QG/OC,/CS8255APA0PA7A1A0PC7PC0D0D7/RD/WRRESET,微型打印机DB0DB7BUSY/STB,8,8,8,利用8255方式0，实现PA口作为输出，PB口作为输入。8255的CS/接地址译码/CS0，PA口地址为8000H，PB口地址为8001H，PC口地址为8002H，命令字地址为8003H。PA0-PA7（PA口）接LED0-LED7（LED灯）PB0-PB7（PB口）接K0-K7（开关量）。数据线、读/写控制、地址线、复位信号已接好。,8255实验连线,连线说明,程序清单：modeequ082h;方式0，PA，PC输出，PB输入PortAequ8000h;PortA地址PortBequ8001h;PortB地址PortCequ8002h;PortC地址CAddrequ8003h;控制字地址org0hmova,#mode；方式0，PA，PC输出，PB输入movdptr,#CAddrmovxdptr,a;输出控制字EX_B:movdptr,#PortBmovxa,dptr;读入PortBmovdptr,#PortAmovxdptr,a;输出到PortAmovr5,#2calldelayljmp0,延时子程序delay:movr7,#0ddd:djnzr7,ddddjnzr6,ddddjnzr5,dddretend,执行程序，拨动开关K0K7到不同位置，观察LED灯的状态变化。,小结：1、8255A有几个并行I/O口？几种工作方式？2、工作方式控制字、置位/复位控制字是如何定义的？,7.38155可编程并行I/O接口芯片,8155包括：三个可编程I/O口；A口：PA0PA7（8位）B口：PB0PB7（8位）C口：PC0PC5（6位）256B静态RAM；1个14位定时器（减1计数）1个8位地址锁存器；一些控制逻辑电路等。,图6-248155的逻辑结构及引脚,一、8155的内部结构和引脚图,6,引脚说明：地址/数据线：AD0AD7（复用线8根）传送地址、数据、命令、状态等。ALE=1时，输入低8位地址，否则是数据。端口线（22根）PA7PA0：A口输入/输出线，该口作输入还是输出，由软件决定。PB7PB0：B口输入/输出线PC5PC0：C口输入/输出线，该口可作输入、输出口外，还可以传送控制和状态信号，因此C口共有四种工作方式。地址锁存信号：ALE（输入）。在ALE的下降沿将单片机的低8位地址及/CE和IO/M的状态都锁存到8255内部寄存器中。,RAM或I/O口/选择线：IO/M为0时，选片内RAM，AD0AD7为00hFFh；为1时，选片内8155的I/O口，AD0AD7为口地址。片选线：/CE低电平时，选中本芯片。读、写控制线：/RD、/WR低电平有效，对8155进行读、写操作。复位信号：RESET。复位后，8155I/O口为输入方式。定时器/计数器的脉冲输入、输出线：TIMERIN、TIMEROUTTIMERIN定时器输入（输入定时器所需时钟）TIMEROUT定时器输出（输出所产生的方波脉冲）,表7-58155的端口地址编码,8155的RAM和I/O口地址编码包括：内部RAM256B对应256个地址命令/状态寄存器地址1个地址PA口地址1个地址PB口地址1个地址PC口地址1个地址定时器低8位地址1个地址定时器高8位地址1个地址,二、8155的工作方式与基本操作有三种基本操作：1、作单片机片外256B数据存储器当IO/M=0时，8155只能作片外RAM使用，与其它数据存储器统一编址。用MOVX访问。2、作扩展I/O口使用8155作I/O口时，IO/M=1。PA口、PB口、PC口，可通过编程决定如何使用。命令寄存器（命令控制字）I/O口工作方式。（只能写）状态标志寄存器PA口、PB口状态标志。（只能读）,I/O口工作方式有四种PC2PC1：p157ALT1:A口、B口基本I/O口，C口输入；ALT2:A口、B口基本I/O口，C口输出；ALT3:A口选通I/O、B口基本I/O、C口作联络线；ALT4:A口、B口选通I/O、C口作联络线。,8155的I/O口工作方式的选择是通过对8155的命令寄存器写工作方式控制字来实现的8155的控制（命令）字：这些端口的工作方式是由8155内部的命令寄存器（命令字）来控制的。命令字除了规定端口的工作方式还规定了定时器/计数器的工作方式。命令字只能进行写操作。其格式如图7.18所示。,图7.188155的命令字P157当A口或者B口以中断方式进行数据传送时，所需要的联络信号由C口提供，其中为A口提供，为B口提供。各联络信号的定义如表7-6所示。,表7-6联络信号,联络信号共有三个，其中：INTR：中断请求信号（输出），高电平有效。送给MCS-51单片机的外中断请求。BF：缓冲器满状态信号（输出），高电平有效。：选通信号（输入），低电平有效。数据输入时，是外设送来的选通信号；数据输出时，是外设送来的应答信号。以中断方式进行数据输入输出时，其过程和8255基本相同，在此不作赘述。8155的状态字状态字只能读不能写，所以8155的命令字和状态字共用一个地址。当对命令/状态字进行写操作时，写进去的是命令，当对命令/状态字进行读操作时，读出来的是状态。状态字用于寄存各端口及定时器/计数器的工作状态。其格式如图7.19所示。,图7.198155的状态字BF缓冲器满标志；INTR端口中断请求标志；INTE端口中断允许标志；（和命令字统一）TIMER定时器中断请求。,3、作定时器/计数器使用8155的定时器/计数器是一个14位的减法计数器，由两个8位寄存器构成，如图7.21所示。以其中的低14位组成计数器，剩下的两个高位（M2，M1）用于定义计数器输出的信号形式。,图7.218155定时器/计数器的计数格式,100,101,定时器的工作状态控制由命令字的D6D7确定D6D7=00，不影响计数器工作，不对计数器操作。D6D7=01，如计数器未启动，则无操作。计数器已运行，则停止。D6D7=10，如计数器正在计数，达计数值时停止。D6D7=11，启动计数。如计数器没运行，则装入计数器方式和计数值后开始计数。如计数器已运行，溢出后按新的方式和计数值工作。MCS-51与8155定时器/计数器比较8155的定时器/计数器是减法计数，而MCS-51单片机的定时器/计数器却是加法计数，因此确定计数初值的方法是不同的。,MCS-51单片机的定时器/计数器有多种工作方式，8155的定时器/计数器只有一种固定的工作方式，即14位计数。通过软件方法进行计数初加载。MCS-51单片机的定时器计数器有两种计数脉冲。定时功能时，以机器周期为计数脉冲；计数功能时，从芯片外部引入计数脉冲。8155的定时器/计数器，不论是定时功能还是计数功能都是由外部提供计数脉冲，其信号引脚是TIMERIN。MCS-51单片机的定时器/计数器，计数溢出时，自动置位TCON寄存器的计数溢出标志位（TF）,供用户查询或中断方式使用；8155的定时器/计数器，计数溢出时向芯片外部输出一个信号（TIMEROUT）。而且这一信号还有脉冲和方波两种形式，可由用户进行选择。具体由M2，M1两位定义：,M2M1=00单个方波M2M1=01连续方波M2M1=10单个脉冲M2M1=11连续脉冲这四种输出形式如图7.22所示。,图7.228155信号输出波形,三、8031单片机与8155的接口因为8155的许多信号与MCS-51单片机兼容，所以8155与MCS-51单片机可以直接连接而不需要任何外加逻辑器件。表7-7列出了这些信号的对应关系。,这种方法实际就是编址技术中的线选法。例如以接，则8155与8051的连接如图7.20所示。这种信号产生方法中，对8155需要使用16位地址进行编址。这种方法适应于有多片I/O扩展及存储器扩展的较大单片机系统中，因此要使用片选信号。例如图中使用作为片选信号与/CS直接相连。,表7-