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1、第七章 单片机系统扩展 及接口技术,1、单片机的扩展概述 2、扩展程序存储器 3、扩展数据存储器 4、扩展并行I/O口,主要内容,7.1.1 概述 1、单片机的扩展模式 用途1：用于扩展内部资源，单片机虽然各功能部件齐全，但容量较小，如：片内ROM、RAM、I/O口，不够用时需要扩展，扩展方式为总线扩展，即扩展的ROM、RAM、并口扩展器件都需挂在总线上。 用途2：用于连接总线接口的器件，要注意的是8051单片机访问某些I/O设备，比如ADC0809、DAC0832时，也可以通过总线的方式接口。 注意：理解总线接口的原理是重中之重，其关键在于理解总线接口的时序关系！,总线分并行和串行两种，80
2、51采用并行总线形式，而有的单片机有串行总线比如motorola公司的HCS12系列单片机有IIC总线。,总线的用途： 总线是多设备之间分时共享的信息传输线路。 总线的组成 总线包括：数据总线 地址总线 控制总线 数据总线：双向传输信息， 决定了每个时钟周期传输信息的多少 地址总线 由主芯片向从芯片单向传输 地址线决定系统设备的数量 控制总线：由主芯片向从芯片单向传输 控制线决定信息的传输方向和时序,单片机的外部总线,2、单片机系统的扩展与接口原理结构（如下图）,51系列单片机是 8位单片机 有数据总线8条, D0-D7 每次传输1字节 地址总线16条，A0-A15 最多寻找64k 控制总线2
3、条 WR写控制 RD读控制 控制信号低电平有效 读 写不能同时有效 每次有效传输1字节 RD 输入操作 WR 输出操作,单片机外部总线,数据总线 D0-D7从 P0 端口引出 地址总线 A0-A7从 P0 引出 地址总线 A8-A15从 P2 引出 控制总线由单独的WR RD 引脚输出 如图所示,数据总线D0-D7 地址总线A0-A7 ALE 地址锁存信号 地址总线A8-A15 控制总线WR RD,扩展三总线的产生 1、分离地址和数据信号： 用74LS373作为 地址锁存器，使数据 和地址信号分开。 74LS373是三态 8D触发器。,使用373分离地址和数据,74LS373真值表,DnGOE
4、 Q H H L H L H L L X L L Qo X X H Z,74LS373为数据透明的8D锁存器, OE数据输出控制低有效， 高输出高阻状态, G 输入控制，高数据输入，低锁存,7.1.2 扩展程序存储器 8031片内无程序存储器，需要扩展ROM；8051/ 8751片内有4kBROM，不够用时也需要扩展。 掌握两点： 操作时序和硬件连接 1 访问片外程序存储器的操作时序 一、访问程序存储器的控制信号 ALE-地址锁存信号 PSEN-片外程序存储器读信号 EA-片内、外程序存储器访问选择信号 EA=0：访问片外；EA=1：访问片内 二、操作时序,单片机读指令时序,2 如何扩展程序存
5、储器 一、常用的程序存储器芯片 EPROM-紫外线擦除的可编程只读存储器常用的芯片有：2764（8KB，13位地址线）、27128（16KB,14位地址）、27256（32KB）、27512（64KB）,二、扩展8KB/16KB EPROM 注意： 控制信号： ALE、 PSEN 片选信号： CE(P2.6) 地址信号： A0A12、A13 数据信号： O0O7,对于扩展的8KB的2764的地址范围为（13位地址线）： 地址范围为：00001FFFH P2.6接片选信号CE，为0有效。 P2.7、P2.5取0 对于扩展的8KB的27128的地址范围为（14位地址线）： 地址范围为：00003F
6、FFH P2.6接片选信号CE，为0有效。 P2.7取0,扩展大容量的存储器可采取 （1）选择大容量的存储器 （2）选择小容量的存储器串联 关键是片选控制，两种方法： 线选法 和 地址译码法,7.1.3 扩展数据存储器 单片机片内数据存储器小，仅128B，往往需要扩展。最大可扩展64KB的外部数据存储器。 常用外部数据存储器芯片有6116（2KB）、6264（8KB，13位地址线）、62256（32KB，15位地址线）。 掌握两点： 操作时序和硬件连接,访问片外RAM的操作时序（MOVX A，DPTR） 1、片外RAM读时序 （MOVX A，DPTR）,取MOVX指令,2、片外RAM写时序 （
7、MOVX DPTR ， A ）,并口扩展,4 如何扩展数据存储器 一 、常用的数据存储器芯片简介 常用的数据存储器芯片有RAM、E2PROM。 1、静态RAM（SRAM）芯片 常用的有：6116（2KB）、6264（8KB，13位地址线）、62256（32KB，15位地址线）等。,常用的静态RAM芯片引脚如下图：,2、 E2PROM E2PROM-电擦除的可编程 只读存储器。 常用的E2PROM有2816（2KB）、 2817（2KB）、2864A（8KB）。 E2PROM的特点： 1、单5v电源擦写； 2、可重复写1万次，保留20年； 3、与相同容量的RAM和 EPROM在引脚上兼容； 4、
8、速度：读200ns、写20ms左右。 E2PROM即可作为RAM使用， 也可作为ROM使用。,二、 8051扩展2KB RAM 扩展方法： 数据线：P0口接RAM的D0D7 地址线：P0口经地址锁存器后接RAM的A0A7、 P2口接RAM的A8A15 控制线：RD接RAM的OE、WR接RAM的WE 8051扩展2KB RAM电路如下页图所示。,对于扩展的2KB的6116 的地址范围为（11位地址线）： 地址范围为：000007FFH P2.7 、 P2.6 、 P2.5 、 P2.4 、 P2.3 取0,E2PROM的读写操作 读仍然用： MOVX A，DPTR 或 MOVX A，Ri 写仍然
9、用： MOVX DPTR ，A 或 MOVX Ri ，A,四、 8031/8051同时扩展32KB EPROM 和32KB RAM,7.1.4 扩展并行I/O口 在稍微大的系统，单片机的并行口便不够用，需要扩展。 扩展方法：（1）用可编程并行接口芯片扩展，例如8255或8155。（2）使用通用的74系列的TTL或4000系列的CMOS芯片扩展。,1 使用8255扩展并口 一、 8255可编程并行I/O接口 8255具有 3 个 8 位并行 I/O口, 称为PA口、 PB口 和PC口。其中PC口又分 为高 4 位和低 4 位, 通过 控制字设定可以选择三种 工作方式: 基本输入/输出; 选通输入
10、/输出; 双向总线（只有PA口有）。 ,8255引脚图,（1）方式0，基本输入输出方式： PA、PB口和PC口都可以被设定为输入或输出，作为输出口时，输出数据被锁存，作为输入口，输入数据缓冲。 （2）方式1，选通输入输出方式。共有 3 个口, 被分为两组。 A组包括A口和PC7PC4, A口可由编程设定为输入或输出, PC7PC4 作为输入/输出操作的控制和同步信号。B组包括B口和PC3PC0, PC口低4位用作输入输出操作的控制和同步信号。,（3）方式2，双向传送数据方式。 只有A口有方式 2, 此时, A口为8位双向传送数据口, C口的高5位PC7PC3用来作为指定A口输入/输出的控制联络
11、线。 使用方式0扩展并口。,8255A 接口工作状态选择表,方式控制字格式： （最高位为1） 控制字是写入 控制口地址的 立即数,端口C置位/复位控制字格式： （最高位为0）,扩展并口实例： 假设单片机已有I/O口资源已使用完，现仍需接8个按键和8个发光二极管，则扩展一个输入口，作为按键状态输入口，扩展一个输出口，作为控制发光二极管发光输出口。 具体的硬件电路图如下：,PORTA EQU 8000H PA口地址 PORTB EQU 8001H PB口地址 PORTC EQU 8002H PC口地址 CADDR EQU 8003H 控制口地址,完成8个按键控制8个发光二极管功能的程序如下： PO
12、RTA EQU 8000H PA口地址 PORTB EQU 8001H PB口地址 PORTC EQU 8002H PC口地址 CADDR EQU 8003H 控制口地址 ORG 0000H MOV A，#82H ；方式0，PA，PC输出，PB输入 MOV DPTR，#CADDR MOVX DPTR,A ; 向控制口写控制字 LOOP： MOV DPTR，#PORTB MOVX A，DPTR ； 读入PB口的状态 MOV DPTR, #PORTA MOVX DPTR, A ；把PB口状态送入PA口 LJMP LOOP ；重复以上操作，实现实时,2 使用8155扩展并口,8155与8255类似，
13、也是一种可编程并行I/O 扩展接口芯片，有基本输入输出和选通输入输出 两种方式。 除此之外，内部还集成256B的RAM，一个 14位定时/计数器。,、AD0.7： 地址数据复用线 、： 地址锁存 、IO/M： 和寄存器选择 、TIN / TOUT 定时计数器输入输出,端口地址分配见表6.5 ( P100 ),端口地址分配,该表说明 端口至少占用个地址，除此 之外也要占用个地址，所以一片 至少占用个地址,例：对于图6.3所示的电路图，若要求设置的口为输入口，口为输出口，则写出的初始化程序。,MOV DPTR, #7F00 H MOV A, #02H MOVX DPTR , A,3 使用通用的74
14、系列的TTL 芯片扩展 常用74LS244、72LS245作输入接口芯片，起缓冲作用；用74LS273、74LS374作输出接口芯片，起锁存作用。,三态缓冲器,输出锁存,写时序,74LS273的功能表,74LS273的电路原理图,74LS244功能表,74LS244原理图,扩展的输入输出口地址均为： 除了P2.0以外均取1，则扩展的输入输出口地址写成16进制数均为： FEFFH 上面电路的功能是：按下某键，对应的LED发光。 其程序为： MOV DPTR，#0FEFFH LP：MOVX A，DPTR MOVX DPTR，A SJMP LP,单片机向74LS273口写时序 （MOVX DPTR
15、， A ）,FE（ P2.0=0 ）,FF,读控制信号有效,=A的值,273在上升沿作用下， 把P0口的值（A） 锁存，送入发光二极管,扩展应用举例 1、画出满足以下要求的8031单片机系统： （1）利用2732芯片构成8KB的程序存储器 （2）利用6116芯片构成4KB的数据存储器 （3）扩展了一个地址为F800H的8键状态输入口 （4）扩展了一个地址为F801H的LED输出口 注：允许地址不唯一，即地址译码可采用线选法、全译码法、部分译码法任意一种。,地址范围：0000H0FFFH,地址范围：1000H1FFFH,地址范围：0000H07FFH,地址范围：0800H0FFFH,地址F801H,地址F800H,利用I2C总线进行系统扩展,I2C是PHILIPS公司开发的双向二线制同步串行总线，可用于集成电路IC与IC间沟通的总线。可用于一主多从或多主多从系统。 主要特点如下： （1）只需2根线：串行时钟线SCL和串行数据线SDA。 （2）是真正的多主总线，带有竞争检测和仲裁电路。 （3）同步时钟波特率最高100Kbps。 （4）集成电路数受400PF最大总线电容限制。,I2C总线连接,单片机,I2C从器件1,I2C从器件2,SCL,SDA,.,SCL,SDA,SCL,SDA,I2C总线数据传送基本时序,（1）开始和停止总线时序,（2）数据传输,数据传输时
