单片机课件 第六章资料

1、 单片机原理(yunl)及应用 （第6章）共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展 当单片机最小系统不能满足需求时，要进行系统扩展。单片机系统扩展主要指外接数据存储器、程序存储器、中断系统和I/O口扩展等。 扩展方法有并行扩展和串行扩展法两种 并行扩展法是利用单片机三总线 (AB、DB、CB) 的系统扩展，数据传输为并行传送方式，特点是速度快，相对成本高 串行扩展主要是利用串行总线进行数据的发送(f sn)和接收，数据传输为串行传送方式，可构成分布式多级应用系统共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.1 概述 系统扩展:系统扩展指单片机内部功能部件不能满足应用系统，在片

2、外连接相应的外围芯片，对单片机的功能进行扩展。 扩展芯片:大多数是常规芯片，扩展电路比较典型、规范，基本上是固定电路 常见的扩展:程序(chngx)存储器、数据存储器、I/O口、中断系统以及其他特殊功能总线指连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。复用指既可作地址线，又可作数据线。 复用技术：增加一个8位锁存器，通过对锁存器的控制实现对地址和数据的分离。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.2 简单I/O口扩展6.2.1 I/O 接口电路的功能（1）I/O接口功能 速度协调。 数据锁存、隔离。（2）扩展并行(bngxng) I/O 接口的方法 常用并口扩展方法有三种：简单I/O接

3、口扩展电路、利用单片机串口扩展和利用可编程并行接口芯片扩展。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.2.2利用(lyng)TTL、CMOS集成电路扩展简单I/O口1. 简单输入接口扩展（1）典型芯片 （2）扩展方法共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展2. 简单输出接口的扩展（1）典型(dinxng)芯片 （2）扩展方法共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展3.同时(tngsh)扩展输入与输出接口共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.2.3用串行口扩展并行I/O接口 单片机不与其他设备进行串行通信时，可用串行接口来扩展并行I/O口，将串口设

4、定为方式0，工作在移位寄存器的输入/输出方式。可外接移位寄存器（如CD4094、74LS164、CD4014或74LS165）等芯片(xn pin)来扩展I/O接口。8位串行数据从RXD输入或输出（即输入输出公用RXD接口），TXD作为同步脉冲。CPU将数据写入发送寄存器时，立即启动发送，将8位数据以fosc/12的固定波特率从RXD输出，低位在前，高位在后。发送完一帧数据后，中断标志位TI由硬件自动置位。6.3 可编程并行接口芯片扩展并行I/O口 6.3.1 8255A的内部结构及引脚说明共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展(1)内部(nib)逻辑结构共四十四页第6章 C51单

5、片机系统(xtng)扩展8255A 引脚图共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展(2) 外部引脚8255A有40个引脚，采用双列直插封装，单一的+5 V电源，注意它的+5V电源引脚是第26脚，地线引脚是第7脚，不像大多数TTL芯片电源和地线在右上角和左下角的位置。 与CPU连接的引脚数据线D0D7：三态双向数据线，用来传送数据信息。地址线A0、A1: 端口选择信号。8255A 内部有 3 个数据端口和 1 个控制端口，由 A1、A0 编程选择。对它们的访问只需要使用(shyng)A0和A1即可实现编址，如表6.2所示。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展 ：片选信号，

6、低电平有效。 、 ：读、写控制读信号线，低电平有效，用于控制从8255A端口寄存器读出/写入信息。A1、A0和、及CS组合所实现的各种功能如表6.3所示。 和外设端相连的引脚PA7PA0：A口的8根输入/输出信号线，用于与外设连接。PB7PB0：B口的8根输入/输出信号线，用于与外设连接。 PC7PC0：C口的8根输入/输出信号线，用于与外设连接。既可作为输入/输出口，还可以传送(chun sn)控制和状态信号，作为PA和PB的联络信号。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.3.2 8255A的命令(mng lng)/状态寄存器共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展

7、2）C端口置位/复位(f wi)（置1/置0 ）控制字共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.3.3 8255A工作方式8255A有3种工作方式：方式0、方式1、方式2。方式0：基本输入输出方式，适用于无条件传送和查询方式的接口电路；方式1：选通输入输出方式，适用于查询和中断方式的接口电路；方式2：双向选通传送方式，适用于与双向传送数据的外设，或查询和中断方式的接口电路。6.3.4 8255A的初始化编程 8255A占4个地址，即A口、B口、C口和控制寄存器各占一个(y )，对同一个(y )地址分别可进行读写操作。初始化有两个控制命令字：方式选择控制字和C口按位置/复位控制字，共

8、四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展都写入8255A的最后一个地址，即A1A0=11时，相应的端口中。如：8255A的四个端口地址为80H83H，则控制字应写入83H中。初始化编程时应注意以下几点：方式命令是对8255A的3个端口的工作方式及功能(gngnng)指定进行初始化，要在使用8255A之前。按位置位/复位命令只是对PC口的输出进行控制，使用它不破坏已经建立的3种工作方式，放在初始化程序后。两个命令的最高位（D7）都是特征位，之所以要设置特征位，是为了识别两个命令。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.3.5 8255A与单片机连接(linji)共四十四页第

9、6章 C51单片机系统(xtng)扩展（1）硬件连接。8255A与C51单片机的连接包含数据线、地址线、控制线的连接。如图6-17为8255A扩展实例。数据线：8255A的8根数据线D0D7直接与P0口依次对应连接。 控制线：8255A的复位线RESET与89C51的复位端相连，都接到89C51的复位电路上，保证89C51对8255A的初始化在8255A复位以后。8255A的 WR和RD与89C51的WR和RD对应相连 地址线：因8255A的8位地址线和数据线复用，且内部没有锁存器，故89C51的AD0AD7须经锁存器锁存地址信息后与8255A的A1和A0地址线对应连接，而89C51的地址锁存

10、允许(ynx)信号ALE则与锁存器的使能端相连。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.4 I2C总线扩展6.4.1 I2C总线概述采用I2C总线设计系统具有如下的优点：(1)总线驱动能力强。I2C总线外围扩展器件都使CMOS型，功率极低，因而总线上扩展的节点数不由电流负载能力决定，而由电容负载确定。 (2)任何一个I2C总线接口的外围器件，不论其功能差别有多大，都是通过串行数据线SDA和串行时钟线SCL连接到I2C总线上。用户不必理解每个I2C总线接口器件的功能如何，只要将器件的SDA和SCL连接到I2C总线，然后对该器件模块进行独立的电路设计，从而简化(jinhu)了系统设计

11、的复杂性，提高系统的抗干扰能力，符合EMC(E1ectro Magnetic Compatibility)设计原则。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展(3)在单主系统中，每个I2C总线接口芯片具有唯一的器件地址，各器件间互不干扰，相互之间不能通信，MCU和I2C器件间的通信是通过独一无二的器件地址实现。 (4)PHILIPS公司在推出I2C总线的同时制定了严格的规范(gufn),如接口的电器特征、型号时序、信号传送的定义等，决定了I2C总线软件编写的一致性。6.4.2 I2C总线的电气连接 I2C总线采用二线制传输，一根是数据线SDA（Serial Data Line），另一根

12、是时钟线SCL（Serial Clock Line），所有I2C器件都连接在SDA和SCL上， I2C总线支持多主和主从两种工作方式。一般I2C总线工作在主从工作方式，只有一个主器件，其它均为从器件，主器件对总线有控制权。在多主方式中，通过硬件和软件仲裁，主控制器取得总线控制权。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.4.3 I2C总线的寻址方式(1)数据帧格式D7D4(DA3DA0)：固定位，由生产厂家给出，用户不能改变。D3D1(A2A0)：可编程位，与器件(qjin)的地址管脚的连接相对应，当系统中使用了多个相同芯片时可进行

13、正确访问。引脚(A1，A0)和器件(qjin)在电路中的实际接法有关(地址线、电源和地)，形成地址数据。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展(2)寻址字节中的特殊地址地 址 位 R/W 意 义0 0 0 00 0 00通用呼叫地址0 0 0 00 0 01起始字节0 0 0 00 0 1CBUS地址0 0 0 00 1 0为不同总线(zn xin)的保留地址0 0 0 00 1 1保留0 0 0 01 1 1 1 11 1 1 1 10 十位从机地址共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展（3）总线寻址I2C总线协议有明确的规定：采用7位的寻址字节（寻址字节是起始信号后

14、的第一个字节）。主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据位将自己确定为发送器或接收器。从机的地址由固定部分和可编程部分组成。在一个系统(xtng)中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的7位寻址位有4位是固定位，3位是可编程位，这时仅能寻址8个同样的器件。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.4.4 I2C总线(zn xin)的信息传输（1）I2C总线信号定义共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展I2C总线(zn xin)的起停信号共四十四页

15、第6章 C51单片机系统(xtng)扩展I2C总线的数据(shj)传送时序共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展I2C总线(zn xin)的应答位共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展主控制器写操作(cozu)格式示意图主控制器写操作具体内容共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展主控制器读操作(cozu)格式示意图主控制器写操作具体内容共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展主控制器先写后读操作(cozu)格式示意图主控制器先写后读操作具体内容共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.4.5 C51单片机与I2C总线的接口1.内部无I2

16、C总线的数据传送模拟驱动程序 主机可以采用不带I2C总线接口的单片机，使用单片机I/O口模拟I2C总线，利用软件实现I2C总线的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟。 起始信号子函数用于开始I2C总线通信。其中，起始信号是在时钟(shzhng)线SCL为高电平期间，数据线SDA上高电平向低电平变化的下降沿信号。起始信号出现以后，才可以进行后续的I2C总线寻址或数据传输等。 应答信号子函数用于表明I2C总线数据传输的结束。I2C总线数据传送时，一个字节数据传送完毕后都必须由主器件 产生应答信号。主器件在第9个时钟位上释放数据总线SDA，使其处于高电平状态，此时从器件输出低电平拉低数据总线SDA为

17、应答信号。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展 非应答信号子函数用于数据传输出现异常而无法(wf)完成时。在一个字节数据传送完毕后，在第9个时钟位上从器件输出高电平为非应答信号 硬件连接非常简单，只需要2个I/O口，在软件中分别定义成SCL和SDA，直接相连，再加上上拉电阻即可，硬件接口如图6-30所示。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展以MCS-51单片机为例，采用C51编写(binxi)通用通用I2C总线模拟驱动程序。用P1.6和P1.7直接与SCL和SDA相连，用户可以定义其他I/O口引脚为SCL和SDL信号，程序中包括I2C功能函数。 I_init()：初

18、始化。delay()：延时。I_clock()：SCL时钟信号。I_start()：起始信号。I_stop()：结束信号。I_send()：数据发送。I_Ack()：应答信号。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展2. I2C总线存储器的扩展 目前(mqin)有很多半导体集成电路上都集成了I2C接口。带有I2C接口的单片机有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。 24C04引脚图 8051与24C04接口共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.5 SPI总线接口（1）SPI总线接口

19、特性(txng)首先，输入芯片的串行数据输出是否有三态控制端。未选中芯片时，输出端应处于高阻态。若没有三态控制端，则应外加三态门。否则MCU的MISO端只能连接1个输入芯片。 其次，输出芯片的串行数据输入是否有允许控制端。因为只有在此芯片允许时，SCK脉冲才把串行数据移入该芯片；在禁止时，SCK对芯片无影响。若没有允许控制端，则应在外围用门电路对SCK进行控制， 然后再加到芯片的时钟输入端；当然，也可只在SPI总线上连接1个芯片，而不再连接其它输入或输出芯片。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展（2）SPI总线的数据传输 SPI是一个环形总线结构，其时序主要是在SCK的控制下，两

20、个双向移位寄存器进行数据交换。其中CS是控制芯片是否被选中，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接(linji)多个SPI设备成为可能。 在SPI方式下数据是一位一位的传输。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上沿或下沿时改变，在紧接着的下沿或上沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可完成8位数据的传输。 共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展6.6 C51单片机

21、的存储器扩展6.6.1 C51单片机的存储器系统(xtng) （1）选择合适类型的存储器芯片（2）工作速度匹配（3）选择合适的存储容量（4）合理分配存储器地址空间的分配（5）合理选择地址译码方式6.6.2 C51单片机存储器扩展的一般方法1）单片机总线结构：控制线、数据线、地址线共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展2）编址方法系统空间分配：通过适当的地址线产生各外部扩展器件的片选/使能等信号就是系统空间分配。 编址：就是利用系统提供的地址总线，通过适当的连接，实现一个编址惟一地对应系统中的一个外围(wiwi) 芯片的过程。编址就是研究系统地址空间的分配问题。片内寻址：若某芯片内部

22、有多个可寻址单元，则称为片内寻址。编址的方法：芯片的选择是由系统的高位地址线通过译码实现的，片内寻址直接由系统低位地址信息确定。 共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展（1）存储芯片的位扩充芯片(xn pin)的地址线全部并接且与地址总线相应连接；片选信号线并接，连接到地址译码器的输出端；读写控制信号并接，连接到控制总线的存储器读写控制线上；不同芯片的数据线连接到数据总线不同位上。（2）存储芯片的字扩充 存储器芯片数据线的连接。数据线的数目由芯片的字长决定。 存储器芯片地址线的连接。地址线的数目由芯片的容量决定。共四十四页第6章 C51单片机系统(xtng)扩展 存储器芯片片选信号的连接。存储器芯片有一根或几根片选信号线存储器芯片地址(dzh)线的连接。存储器芯片的地址(dzh)线与单片机的地址(dzh)总线(A0A15)按由低位到高位的顺序顺次相接。 全译码：所谓全译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线