单片机及接口技术串行扩展

1、单片机及接口技术串行扩展第1页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二本章主要内容第一节 移位寄存器的串行扩展技术 （80C51串行口扩展） 1）串行口于工作方式0 2）虚拟串行扩展2）串行接口总线：I2C总线 第2页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二单片机串行扩展1. 串行口工作于方式0 串行口的四种工作方式 方式0，同步传输，8位数据传输，传输速率固定fOSC/12方式1，10位数据传输，传输速率由T1产生，可变方式2，11位数据传输，可多机通信，传输速率固定两种方式3，11位数据传输，可多机通信，传输速率同方式1 1）串行口扩展的工作原理 一个引脚用作数

2、据输入/输出另一个引脚用作时钟输出（同步）串行口工作于方式0时，RXD用作数据输入/输出；TXD用作时钟输出虚拟串行口采用1个I/O端口引脚作数据输入/输出；采用另一个I/O端口引脚作时钟输出。 第3页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二 2）80C51串行扩展的时序 单片机串行扩展RXDTXDTI发送RENRITXDRXD接收第4页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二3）串行口方式0的归一化子程序（归一化子程序即通用子程序）（1）归一化输出子程序 设工作方式0清TI取数据到寄存器A设指向数据块的指针输出数据数据块输出完毕？YES返回主程序数据块指针加1数据

3、输出完毕？YESNONOa. 流程图 单片机串行扩展第5页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二b. 归一化子程序 设用R0作数据块指针，用R2记录数据块的数据个数 设置工作方式字SCON：00H SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI0 000UARTNO：MOV R0，#MTD ；R0指向第一个数据 MOV SCON，#00H ；设串行口工作于方式0SOUT ：MOV A，R0 ；取一个数据到A寄存器 MOV SBUF，A ；输出数据 JNB TI，$ ；等待数据输出完毕 CLR TI ；关串行口输出中断标志 INC R0 ；数据块指针加1 DJNZ R2，SOUT

4、；判断数据块是否输出完毕，若没 ;有输出完，继续下一个数据的输出 RET ；若数据块输出完毕，返回主程序程序：注意：在主程序中需设置#MTD和R2 单片机串行扩展第6页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二（2）归一化输入子程序UARTNI 思考：流程图 SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI0 0010方式字SCON：10H子程序UARTNI ：MOV R0，#MTD MOV SCON，#10HSIN ：CLR RI JNB RI，$ MOV A，SBUF MOV R0，A INC R0 DJNZ R2，SIN RET（3）应用界面（主程序） a. 串行发送：MTD E

5、QU 数据块首地址 ；如MTD EQU 60HMOV R2，#N ；发送字节数送R2LCALL UARTNO ；调用归一化 ；串行口发送子程序b.串行接受：与串行发送相同 单片机串行扩展第7页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二2. 用I/O口虚拟的串行输入/输出归一化子程序流程图 取数据到A寄存器A右移一位将ACC.0从VRXD引脚输出设指向数据块的指针从VTXD引脚输出一个0，再输出一个1数据块输出完毕？YES返回主程序数据块指针加18位数据输出完毕？YESNONO（1） 归一化输出子程序单片机串行扩展第8页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二程序VUA

6、RTNO：MOV R0，#MTD ；设指向数据块的指针VSOUT ：MOV R3，#8 ；设置位数为8 MOV A，R0 ；取一个数到ABITOUT ：MOV C，ACC.0 MOV VRXD，C ；将数据的最低位送到输出I/O引脚 CLR VTXD SETB VTXD ；产生时钟 RR A ；A右移一位，下一位送入ACC.0 DJNZ R3，BITOUT；若没有送够8位，继续输送下一位 INC R0 ；指针指向下一个数据 DJNZ R2，SOUT ；若数据块没输出完，继续输出 RET主程序需要设置：MTD、VRXD、VTXD、R2 第9页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二

7、应用界面 MTD EQU 数据块首地址 ；如MTD EQU 60HVRXD EQU 数据引脚 ；如VRXD EQU P1.0VTXD EQU 时钟引脚 ；如VTXD EQU P1.1MOV R2，#数据字节数 ；如MOV R2，#10LCALL VUARTNO ；调用虚拟串行口归一化子程序（2）归一化输入子程序VUARTNI：MOV R0，#MTDVSIN ：MOV R3，#8BITIN ：CLR VTXD SETB VTXD MOV C，VRXD RRC A DJNZ R3，BITIN MOV R0，A INC R0 DJNZ R2，VSIN RET a.子程序b. 应用界面：与虚拟串行输出

8、归一化子程序类似 单片机串行扩展第10页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二5）串行口扩展应用 （1）输出移位寄存器74HC164 74HC164QA QB QC QD QE QF QG QHD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0ABGNDCLRCLR(平)VCC串行输入，并行输出。按D0D7的次序逐个输入位。A、B：串行数据输入端（2）多个74HC164输出扩展 74HC164（1）QA QB QC QD QE QF QG QHD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0ABGNDCLKCLR(平)VCC 74HC164（2）QA QB QC QD QE QF Q

9、G QHD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0ABGNDCLKCLR(平)VCC80C51RXD/VRXDTXD/VTXDVCC单片机串行扩展第11页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二由于数据位按照QHQA的次序输入74HC164，所以数据（8位）按照74HC164(n)74HC164(1)的次序输入，即第一个数据输入到最后一个74HC164，第二个数据输入到倒数第二个74HC164，最后一个数据输入到第一个74HC164。 假如用4个74HC164，数据块首地址为片内RAM 60H串行口方式0（移位寄存器方式）扩展： MTD EQU 60HMOV R2， #4LC

10、ALL UARTNO虚拟串行口扩展：设用P1.0输出数据；P1.1输出时钟 MTD EQU 60HVRXD EQU P1.0VTXD EQU P1.1MOV R2, #4LCALL VUARTNO 单片机串行扩展第12页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二（3）移位输入寄存器74HC165及多个74HC165输入扩展 74HC165（1）H G F E D C B AD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7QHGNDCLRSH/LD(平) 74HC165（2）H G F E D C B AD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7QHGNDCLRSH/LD(平)VC

11、C80C51RXD/VRXDTXD/VTXDVCCSERVCCQHSLQH是串行数据输出端，SER是级联时的串行数据输入端，AH为并行数据输入端，SH/LD（平）为预置控制端，低电平时，并行数据端D0D7置入74HC165内部寄存器，高电平时，可进行串行移位操作 单片机串行扩展第13页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二a. 用串行口工作方式0扩展 MRD EQU 40H SL EQU P1.0 UARN：CLR SL ；74HC165外部数据并行输入内部寄存器 SETB SL ；74HC164移位操作，74HC165（n）的数据串行 ；输入到74HC165（n-1） MOV

12、 R2，#N ；设置接收的字节数 LCALL UARTNI ；调归一化子程序 b. 虚拟方式（与串行口方式0类似，但要设VRXD和VTXD）： MRD EQU 40H VRXD EQU P1.5 VTXD EQU P1.4 SL EQU P1.1WARN：CLR SL SETB SL MOV R2，#N LCALL VUARTNI 单片机串行扩展第14页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二（4）通过并行输出口扩展LED显示器 74HC164（1）QA QB QC QD QE QF QG QHABGNDCLRCLR(平)VCC 74HC164（2）QA QB QC QD QE

13、QF QG QHABGNDCLRCLR(平)VCC80C51RXD/VRXDTXD/VTXDVCCdp g f e d c b aCOML8dp g f e d c b aCOML7+5V假设要显示bUAA 首先，求段码：共阳极 b的段码：cdefg有效 ab dp无效 1000 0011B=83H U的段码：bcdef有效，a g dp无效 1100 0001B=C1H A的段码：abcefg有效，d dp无效 1000 1000=88H 的段码：abcdef有效，g dp无效 1100 0000=C0H单片机串行扩展第15页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二其次，编写指

14、令 MTD EQU 30H ；定义MTD=30HBUAA： MOV R1，#MTD MOV R1，#C0H INC R1 MOV R1，#C0H INC R1 MOV R1，#C0H INC R1 MOV R1，#C0H；将4个段码送入数据块 INC R1 MOV R1，#88H INC R1 MOV R1，#88H ；将2个A段码送入数据块 INC R1 MOV R1，#C1H ；将U段码送入数据块 INC R1 MOV R1，#83H ；将b段码送入数据块 MOV R2，#8 ；设置输出数据字节数 LCALL UARTNO ；调归一化子程序单片机串行扩展第16页，共26页，2022年，5月

15、20日，2点41分，星期二第二节 I2C总线的串行扩展技术 1. I2C总线（Inter Integrated Circuit BUS）概述 80C51VSDAVSCLE2PROMSDASCLADC/DACSDASCLVDD其它I2C外围接口SDASCLSDASCLI2C总线外围扩展示意图1） 二总线：数据线SDA，时钟线SCL 总线上挂接单片机、外围器件（如I/O口，日历时钟，ADC，DAC，存储器等）和外设接口（如键盘、显示器、打印机等）。I2C总线接口电路均为漏极开路，所以总线上必须有上拉电阻 单片机串行扩展第17页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二2. 典型I2C总

16、线时序 起始传送7个外围器件或接口的地址位，以及1个读写控制位对方应答传送数据和应答终止 4.7us4.0usSDA/VSDASCL/VSCL1) 起始 数据线SDA和SCL低电平，SDA转高电平数据线SDA保持高电平至少4.7us当数据线SDA变低电平之后，时钟SCL继续保持高电平4.0us2) 终止 4.7us4.0usSDA/VSDASCL/VSCL时钟线SCL和数据线SDA低电平，SCL转高电平SCL保持高电平至少4.0us之后，数据线SDA由低电平变为高电平 SDA保持高电平至少4.7us之后，转低电平。 单片机串行扩展第18页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二3

17、) 应答单片机每发送完一个字节数据（8位），对方会从SDA/VSDA发送一个应答位，低电平为有效应答信号。 4) 数据传输按照从高位到低位的传输次序（与80C51串行口扩展方式相反） 4.0us输出0SDA/VSDASCL/VSCLa. 输出0 SDA/VSDA变低电平SCL/VSCL变高电平，并保持4.0us以上时间，SCL/VSCL变低电平SDA/VSDA变高电平 b. 输出1：与输出0同理可得 4.0us输出1SDA/VSDASCL/VSCL单片机串行扩展第19页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二5) I2C总线上一次完整的数据传送过程 3. I2C总线模拟子程序 设

18、单片机时钟频率为6MHz，则一个机器周期的时间为12/6*106=2（us） 1) 启动子程序 VSDA变高电平VSCL变高电平延时(使VSDA保持高电平4.7us)VSDA变低电平延时(使VSCL继续保持高电平4us)VSCL变低电平返回主程序4.7us4.0usSDA/VSDASCL/VSCL流程图 单片机串行扩展第20页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二子程序STA： SETB VSDA ；VSDA高电平 SETB VSCL ；VSCL高电平 NOP NOP ；延时，查教材得，NOP的执行需要1个机器周期， ；因此两条NOP指令共需2个机器周期，耗时2*2us=4us

19、 CLR VSDA ；VSDA变低电平 NOP NOP ；延时4us CLR VSCL ；VSCL变低电平 RET单片机串行扩展第21页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二2) 终止子程序 4.7us4.0usSDA/VSDASCL/VSCL流程图 （与启动类似，略） 子程序：STOP： CLR VSDA SETB VSCL NOP NOP SETB VSDA NOP NOP CLR VSDA CLR VSCL RET 单片机串行扩展第22页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二3) 应答位检查子程序CACK 有效的应答标志：0 SDA/VSDASCL/VSC

20、L应答查询VSDAVSDA为0？YES设置标志位F0NO标志位F0清零VSDA置1VSCL变高电平VSCL变低电平返回主程序流程图 子程序CACK： SETB VSDA SETB VSCL CLR F0 MOV C，VSDA JNC CEND ；查询数据信号是否 ；为0，若为0，说明 ；有；正常应答信号 ；，标志位F0=0 SETB F0 ；若无正常应答信号 ；，标志位F0=1CEND： CLR VSCL RET 单片机串行扩展第23页，共26页，2022年，5月20日，2点41分，星期二4) 发送一个字节数据子程序WRBYT 一个字节8位，从高位到低位依次发送设数据已存放于A中 VSDA清零C为1？YESVSCL清零NOVSDA置1位数