单片机系统扩展与接口技术

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1、第7章 单片机系统扩展与接口技术 第7章 单片机系统扩展与接口技术 7.1 外部总线的扩展 7.2 外部存储器的扩展7.3 输入/输出接口的扩展 7.4 管理功能部件的扩展 7.5 A/D和D/A接口功能的扩展 第7章 单片机系统扩展与接口技术 7.1 外部总线的扩展 一、 外部总线的扩展 图 7.1 MCS - 51外部三总线示意图 第7章 单片机系统扩展与接口技术 图 7.2 地址锁存器的引脚和接口 第7章 单片机系统扩展与接口技术 二、总线驱动 在单片机应用系统中, 扩展的三总线上挂接很多负载, 如存储器、并行接口、A/D接口、显示接口等, 但总线接口的负载能力有限, 因此常常需要通过连

2、接总线驱动器进行总线驱动。 总线驱动器对于单片机的I/O口只相当于增加了一个TTL负载, 因此驱动器除了对后级电路驱动外,还能对负载的波动变化起隔离作用。 在对TTL 负载驱动时, 只需考虑驱动电流的大小; 在对MOS负载驱动时, MOS负载的输入电流很小, 更多地要考虑对分布电容的电流驱动。 第7章 单片机系统扩展与接口技术 1 常用的总线驱动器系统总线中地址总线和控制总线是单向的, 因此驱动器可以选用单向的, 如74LS244。 74LS244还带有三态控制, 能实现总线缓冲和隔离。 .系统中的数据总线是双向的, 其驱动器也要选用双向的, 如74LS245 。74LS245 也是三态的,

3、有一个方向控制端DIR, DIR=1时输出(AnBn), DIR=0时输入(AnBn)。 第7章 单片机系统扩展与接口技术 图 7.3 总线驱动器芯片管脚 (a) 单向驱动器；(b) 双向驱动器 第7章 单片机系统扩展与接口技术 2. 总线驱动器的接口 图 7.4 8051与总线驱动器的接口 (a) P2 口的驱动; (b) P0 口的驱动 第7章 单片机系统扩展与接口技术 7.2 外部存储器的扩展 图 7.5 MCS - 51 单片机程序存储器的扩展原理 7.2.1 外部程序存储器的扩展1. 外部程序存储器的扩展原理及时序 第7章 单片机系统扩展与接口技术 2. EPROM扩展电路 图 7.

4、6 2716的引脚图 第7章 单片机系统扩展与接口技术 2716 有五种工作方式, 见表 7.1。 表 7.1 2716工作方式选择 第7章 单片机系统扩展与接口技术 图 7.7 2716与8031的连接图 第7章 单片机系统扩展与接口技术 由图 7.7可确定2716芯片的地址范围。方法是A10A0从全0开始, 然后从最低位开始依次加 1, 最后变为全1, 相当于211=2 048个单元地址依次选通, 称为字选。即 第7章 单片机系统扩展与接口技术 3. E2PROM 2864A的扩展 图 7.8 2864A管脚及原理框图 (a) 管脚； (b) 原理框图 第7章 单片机系统扩展与接口技术 表

5、 7.2 2864A 工作方式 （1） 维持和读出方式: 2864A的维持和读出方式与普通EPROM完全相同。 （2） 写入方式: 2864A提供了两种数据写入操作方式, 字节写入和页面写入。 （3） 数据查询方式:第7章 单片机系统扩展与接口技术 图 7.9 2864A与8031的接口电路第7章 单片机系统扩展与接口技术 7.2.2 外部数据存储器的扩展 1. 外部数据存储器的扩展方法及时序 图 7.10 MCS - 51 数据存储器的扩展示意图 第7章 单片机系统扩展与接口技术 2. 静态RAM扩展 图 7.11 6264 管脚图 第7章 单片机系统扩展与接口技术 表 7.3 6264的工

6、作方式 第7章 单片机系统扩展与接口技术 图 7.12 扩展6264 静态RAM第7章 单片机系统扩展与接口技术 6264的8 KB地址范围不唯一（因为A14A13可为任意值）, 6000H7FFFH是一种地址范围。当向该片6000H单元写一个数据DATA时, 可用如下指令: MOV A, DATA MOV DPTA, 6000HMOVX DPTR, A从FFFH单元读一个数据时, 可用如下指令: MOV DPTR, 7FFFHMOVX , DPTR 第7章 单片机系统扩展与接口技术 7.2.3 多片存储器芯片的扩展 1. 线选法寻址 图 7.13 用线选法实现片选 第7章 单片机系统扩展与接

7、口技术 各芯片的地址范围如下: 第7章 单片机系统扩展与接口技术 2. 译码法寻址译码法寻址就是利用地址译码器对系统的片外高位地址进行译码, 以其译码输出作为存储器芯片的片选信号, 将地址划分为连续的地址空间块, 避免了地址的间断。 译码法仍用低位地址线对每片内的存储单元进行寻址, 而高位地址线经过译码器译码后输出作为各芯片的片选信号。常用的地址译码器是 3/8 译码器 74LS138。 译码法又分为完全译码和部分译码两种。 第7章 单片机系统扩展与接口技术 例 要求用 2764 芯片扩展 8031 的片外程序存储器空间, 分配的地址范围为 0000H3FFFH。 本例采用完全译码方法。(1）

8、 确定片数。因0000H 3FFFH的存储空间为16 KB, 则所需芯片数=实际要求的存储容量/单个芯片的存储容量= 16 KB/ 8 KB= 2（片） 第7章 单片机系统扩展与接口技术 (2) 分配地址范围。 第7章 单片机系统扩展与接口技术 (3) 存储器扩展连接如图 7.14 所示。 图 7.14 采用地址译码器扩展存储器的连接图 第7章 单片机系统扩展与接口技术 7.3 输入/输出接口的扩展 7.3.1 8255A可编程并行I/O接口8255A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

9、: 基本输入/输出; 选通输入/输出; PA口为双向总线。 1. 8255A的内部结构和引脚8255A内部结构包括三个并行数据输入/输出端口, 两个工作方式控制电路, 一个读/写控制电路和 8 位总线缓冲器。 第7章 单片机系统扩展与接口技术 图 7.15 8255A内部结构和引脚 （a） 内部结构; （b） 引脚第7章 单片机系统扩展与接口技术 （1） 端口A、 B、 C。 A口: 是一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。 B口: 是一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器。 C口: 是一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器。 通常, A口#,

10、 B口作为数据输入/输出端口, C口作为控制/状态信息端口。C口内部又分为两个 4 位端口, 每个端口有一个 4 位锁存器, 分别与A口和B口配合使用, 作为控制信号输出或状态信息输入端口。 第7章 单片机系统扩展与接口技术 （2） 工作方式控制。 工作方式控制电路有两个, 一个是A组控制电路, 另一个是B组控制电路。 这两组控制电路共有一个控制命令寄存器, 用来接收中央处理器发来的控制字。 A组控制电路用来控制A口和C口的上半部分（PC7PC4）。B组控制电路用来控制B口和C口的下半部分（PC3PC0）。 第7章 单片机系统扩展与接口技术 （3） 总线数据缓冲器。 总线数据缓冲器是一个三态双

11、向8位缓冲器, 作为 8255 与系统总线之间的接口, 用来传送数据、指令、控制命令以及外部状态信息。 （4） 读/写控制逻辑电路。 读/写控制逻辑电路接收CPU发来的控制信号RD、WR、 RESET、地址信号A1、A0 等, 然后根据控制信号的要求, 将端口数据读出, 送往CPU或将CPU送来的数据写入端口。 第7章 单片机系统扩展与接口技术 表 7.4 8255A 接口工作状态选择表 第7章 单片机系统扩展与接口技术 图 7.16 8255A三种工作方式示意图 (a) 方式 0； (b) 方式 1； (c) 方式 第7章 单片机系统扩展与接口技术 2. 工作方式选择 （1） 方式 0: 基

12、本输入/输出方式。 这种方式不需选通信号。PA,PB和PC中任一端口都可以通过方式控制字设定为输入或输出。 （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/输出操作的选通信号和应答信号。B组包括B口和PC3PC0, 这时C口作为 8255A和外设或CPU之间传送某些状态信息及中断请求信号。 第7章 单片机系统扩展与接口技术 （3） 方式 2: 双向传送方式。 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/输出的控制联络线。 表

13、7.5 8255A的C口联络控制信号线 第7章 单片机系统扩展与接口技术 3. 8255A 的控制字（1） 方式控制字图 7.17 8255A的方式控制字第7章 单片机系统扩展与接口技术 （2） 端口C置位/复位控制字 图 7.18 8255A端口C置位/复位控制字 第7章 单片机系统扩展与接口技术 例 1 要求A口工作在方式0输入, B口为方式1输出, C口高4位PC7PC4为输入, C口低4位PC3PC0为输出。实现上述要求的初始化程序为: MOV R1, 03H; 03H为 8255A 控制寄存器地址MOV A, 9CH; 8255A工作方式字为 9CH MOVX R1, A; 方式字送

14、入 8255A 控制口 第7章 单片机系统扩展与接口技术 4. 8255A 和 8031 单片机的硬件接口 图 7.19 8255A与8031单片机接口 第7章 单片机系统扩展与接口技术 设 8255A的A、B、C口和控制寄存器地址依次为 00H、 01H、 02H 和 03H。 如果用户需要将C口的PC3 置 1, PC5 置 0, 可编程如下: MOV R0, 03H; 8255A 控制口地址MOV A, 07H ; 将PC 3 置 1 控制字MOVX R0, A; 置PC 3=1MOV A, 0AH; 将PC 5 置 0 控制字MOVX R0, A; 置PC 5=0 第7章 单片机系统扩

15、展与接口技术 例 2 图 7.20 是 8031 扩展 8255A 与打印机接口的电路。 8255A 的片选线为P0.7, 打印机与 8031 采用查询方式交换数据。打印机的状态信号输入给PC7, 打印机忙时BUSY=1, 打印机的数据输入采用选通控制, 当STB上出现负跳变时数据被打入, 要求编写向打印机输出 80 个数据的程序。设 8255A 的A、 B、C和控制寄存器的口地址分别为: 7CH、7DH、7EH和7FH。 第7章 单片机系统扩展与接口技术 图 7.20 8031扩展打印机接口8255A 第7章 单片机系统扩展与接口技术 8255A 的方式1中OBF为低电平有效, 而打印机STB要求下降沿选通。所以8255A采用方式0, 由PC0 模拟产生STB信号。因PC7输入, PC0输出, 则方式选择命令字为: 10001110B=8EH。 自内部RAM 20H单元开始向打印机输出80个数据的程序如下: MOV R0, 7FH ; R0 指向控制口MOV A, 8EH ; 方式控制字为8EHMOV R0 , A ; 送方式控制字MOV R1, 20H ; 送内部RAM数据块首地址至指针R1MOV R2, 50H ; 置数据块长度 第7章 单片机系统扩展与接口技术 LP: MOV R0, 7EH ; R0指向C口LP1: MOVX