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1、第六章第六章第六章第六章 MCS-51MCS-51系统扩展技术系统扩展技术系统扩展技术系统扩展技术 4系统扩展概述系统扩展概述213并行扩展技术并行扩展技术串行扩展技术串行扩展技术输入输出口的扩展输入输出口的扩展系统扩展概述系统扩展概述系统扩展概述系统扩展概述123扩展系统是以单片机为核心进行的；扩展系统是以单片机为核心进行的；扩展内容包括扩展内容包括ROM、RAM和和I/O接接口电路等；口电路等；扩展方式有并行扩展和串行扩展方扩展方式有并行扩展和串行扩展方式，式，尽可能采用串行扩展方案。尽可能采用串行扩展方案。1并行扩展技术并行扩展技术并行扩展技术并行扩展技术控制控制总线DB数据数据总线DB
2、地址地址总线ABP2（高（高8位）位）P0（低（低8位）位）P0ALE 并行并行扩展技展技术涉及到三涉及到三总线：2EPROMEPROM扩展实例扩展实例扩展实例扩展实例-在在在在89C5189C51单片机上扩展单片机上扩展单片机上扩展单片机上扩展4KB EPROM4KB EPROMD7 Q7 373D0 Q0 G控制线控制线A11A8A7A0 2732O7O0OE CEP2.3P2.0P0.7 89C51 P0.0ALEPSEN12根地址线根地址线8根数据线根数据线2RAMRAM扩展实例扩展实例扩展实例扩展实例-在在在在80518051单片机上扩展单片机上扩展单片机上扩展单片机上扩展2K RA
3、M2K RAMD7 Q7 373D0 G Q0A10A8A7A0 6116O7O0OEWE CEP2.2P2.0P0.7 8051 P0.0ALERDWRP2.72地址范围的确定地址范围的确定地址范围的确定地址范围的确定取决于取决于CE（片选）和地址线的接法。要求根据（片选）和地址线的接法。要求根据电路图，确定其中电路图，确定其中EPROM的地址范围。的地址范围。注意：当同时扩展多片注意：当同时扩展多片ROM时，可采用时，可采用译码法译码法或或线选法线选法来分别选中芯片，每个芯片分配的地来分别选中芯片，每个芯片分配的地址范围不同。址范围不同。2扩展存储器举例（扩展存储器举例（扩展存储器举例（扩
4、展存储器举例（PMPM，DMDM）20000-1FFFH2000-3FFFH0000-7FFFHSPISPI总线扩展总线扩展串行扩展技术串行扩展技术串行扩展技术串行扩展技术3常用的串行扩展总线有：常用的串行扩展总线有： I2C （Inter IC BUS）总线、）总线、SPI（Serial Peripheral Interface）总线、）总线、Microwire 总总线及单总线（线及单总线（1-Wire BUS）。）。 MCS-51单片机没有串行总线接口，利用其自身的通用单片机没有串行总线接口，利用其自身的通用并行线可以模拟多种串行总线时序信号，因此可以充分并行线可以模拟多种串行总线时序信号
5、，因此可以充分利用各种串行接口芯片资源。利用各种串行接口芯片资源。 采用串行总线扩展技术可使系统的硬件设计简化，系统采用串行总线扩展技术可使系统的硬件设计简化，系统体积减小，同时，系统的更改和扩充更为容易。串行扩体积减小，同时，系统的更改和扩充更为容易。串行扩展总线的应用是单片机目前发展的一种趋势。展总线的应用是单片机目前发展的一种趋势。SPI（Serial Peripheral Interface）总线）总线是是Motorola公司提出的一种公司提出的一种同步串行外同步串行外设接口设接口。SPI总线使用总线使用同步同步协议传送数据，接收协议传送数据，接收或发送数据时由主机产生的时钟信号控或发
6、送数据时由主机产生的时钟信号控制。制。 MOSI （Master Out Slave In） MISO （Master In Slave Out） SCLK或或SCK （Serial Clock） 或或 （片选）（片选）总线构成总线构成SPISPI总线扩展技术总线扩展技术总线扩展技术总线扩展技术 3SPI总线系统的构成总线系统的构成3v单片机，如单片机，如Motorola公司的公司的M68HC08系列、系列、Cygnal公司的公司的C8051F0XX系列、系列、Philips公司的公司的P89LPC93X系列。系列。vA/D和和D/A转换器，如：转换器，如：AD公司的公司的AD7811/12、
7、TI公公司的司的TLC1543、TLC2543、TLC5615等。等。v实时时钟实时时钟RTC，如，如Dallas公司的公司的DS1302/05/06等。等。v温度传感器，如温度传感器，如AD公司的公司的AD7816/17/18；NS公司的公司的LM74等。等。v其他设备，如其他设备，如LED控制驱动器控制驱动器MAX7219、HD7279等，等，集成看门狗、电压监控、集成看门狗、电压监控、E2PROM等功能的等功能的X5045等。等。 常用常用SPI串行总线接口的器件串行总线接口的器件3输入输出口的扩展输入输出口的扩展输入输出口的扩展输入输出口的扩展为何要扩展为何要扩展I/O口口?单片机本身
8、单片机本身接口功能有接口功能有限限I/O设备必设备必须通过须通过I/O接口与计接口与计算机连接。算机连接。控制应用中的复杂接口要求：控制应用中的复杂接口要求：速度差异大。速度差异大。设备种类繁多。设备种类繁多。数据信号形式多种多样。数据信号形式多种多样。4扩展扩展扩展扩展I/OI/O接口的功能接口的功能接口的功能接口的功能对单片机输出的数据锁存对单片机输出的数据锁存对输入设备的三态缓冲对输入设备的三态缓冲信号转换信号转换时序协调时序协调4I/OI/O口的扩展方法口的扩展方法口的扩展方法口的扩展方法通常选用通常选用74系列的系列的74LS244、74LS373、74LS377、74LS273等常
9、用芯片实现等常用芯片实现I/O扩展。扩展。如用可编程芯片如用可编程芯片8155、8255等，等，利用程序对芯片利用程序对芯片进行设置，软硬进行设置，软硬件结合实现对件结合实现对I/O接口的扩展。接口的扩展。利用利用MCS-51单片单片机串口方式机串口方式0进行进行I/O接口扩展接口扩展利用单片机利用单片机串口扩展串口扩展利用可编程并行接利用可编程并行接口芯片扩展口芯片扩展利用缓冲器利用缓冲器或锁存器或锁存器4简单并行简单并行I/O的扩展（的扩展（利用缓冲器或锁存器利用缓冲器或锁存器）4口地址的确定及编程应用口地址的确定及编程应用口地址的确定及编程应用口地址的确定及编程应用因为因为74LS273
10、和和74LS244都是在都是在P2.0为为0时被选通时被选通,所以二者所以二者地址都可以为地址都可以为FEFFHFEFFH（或（或（或（或0000H0000H）。两个芯片的地址虽然相同两个芯片的地址虽然相同,但可以通过读写操作来区别但可以通过读写操作来区别编程应用如下：编程应用如下：MOV DPTR,#0FEFFH ;指向口地址指向口地址MOVX A,DPTR ;指向指向74LS244读入数据，检测读入数据，检测按键按键MOVX DPTR,A ;指向指向74LS273输出数据，驱动输出数据，驱动LEDSJMP $4 可编程可编程可编程可编程I/0I/0芯片的使用芯片的使用芯片的使用芯片的使用可
11、编程可编程I/O芯片是指芯片功能可由指令来芯片是指芯片功能可由指令来确定，即需要对其编程。确定，即需要对其编程。常用的常用的I/O口芯片有口芯片有8255A（无（无RAM）和）和8155（有（有RAM）。）。48155的的功能部件功能部件256字节字节RAM14位二进制位二进制减法计数器减法计数器三个三个可编可编程程并行口并行口RAMRAM及并行及并行及并行及并行I/OI/O接口芯片接口芯片接口芯片接口芯片815581554PA口，口，8位位PB口，口，8位位PC口，口，6位位256B静态静态RAM A 定时器定时器B C A口口PA0PA7B口口PB0PB7PC0PC5C口口IO/ MAD0
12、AD7CEALERDWRRESET定时器输入定时器输入定时器输出定时器输出接接单单片片机机接接外外设设接接外外设设接接外外设设81558155的内部结构的内部结构的内部结构的内部结构4AD0-AD7AD0-AD7三态地址三态地址/ /数据线数据线 IO/ M IO/ M端口端口/ /存储存储器选择器选择 RD RD读读ALEALE地址锁存地址锁存允许允许写写 WR WR选片选片 CE CE定时器输定时器输入入TIMER INTIMER IN定时器输定时器输出出TIMER OUTTIMER OUTPA0-PA7PA0-PA7A A口端口线口端口线PB0-PB7PB0-PB7B B口端口线口端口线
13、PC0-PC5PC0-PC5C C口端口线口端口线81558155的引脚功能的引脚功能的引脚功能的引脚功能PC3PC4 PC5 IO/ MCERDWRALEAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7VssVccPC2PC1PC0PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB0PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA08155TIMER INRESETTIMER OUT4I/O口地址口地址-当当IO/ M 为为高电平高电平时时（1）8155的的RAM和和I/O口地址口地址RAM地址地址-当当IO/ M 为为低电平低电平时时 此时此时AD0-AD7上得到的地址值是指上得到的地址值是指8
14、155的的某一某一RAM单元单元的地址，地址范围是的地址，地址范围是0000 0000-1111 1111分别指向分别指向8155 RAM 的的256个个存储单元。存储单元。此时此时AD0-AD7 （仅用到低三位（仅用到低三位AD2、AD1、AD0）上得到的地址值是指）上得到的地址值是指8155的的某一某一I/O口口的地址，的地址，具体端口地址分配是：（见下表）具体端口地址分配是：（见下表）81558155的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理4AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0I/O端口 0 0 00
15、 0 0命令/状态口 0 0 10 0 1A口 0 1 00 1 0B口 0 1 10 1 1C口 1 0 01 0 0计数器低8位 1 0 11 0 1计数器高6位81558155的的的的RAMRAM和和和和I/OI/O口地址分配口地址分配口地址分配口地址分配 4 81558155的使用的使用的使用的使用（分二种情况：片内（分二种情况：片内（分二种情况：片内（分二种情况：片内RAMRAM的使用、各端口的使用）的使用、各端口的使用）的使用、各端口的使用）的使用、各端口的使用）RAM的使用：的使用： 与一般外部数据存储器的使用基本一与一般外部数据存储器的使用基本一样，唯一区别是样，唯一区别是事先
16、要使事先要使IO/ M 为低电平为低电平。端口端口（包括（包括定时器定时器）的使用：）的使用：A、B、C各端口可工作于不同的工作各端口可工作于不同的工作方式，使用前要进行方式，使用前要进行初始化初始化（写命令字到（写命令字到命令口）。命令口）。4设置设置设置设置81558155工作方式工作方式工作方式工作方式TM2 TM1 IEB IEA PC2 PC1 PB PA命令字（只写不读）PB PA（A/B口方式）：0输入，1输出PC2 PC100 方式1：A、B口基本I/O,C口输入11 方式2：A、B口基本I/O,C口输出01 方式3：A口选通I/O, B口基本I/O10 方式4：A、B口选通I
17、/OIEB IEA（A/B口中断）：0禁止中断，1允许中断TM2 TM1 00：空操作 01：停止计数 10：计满后停止 11：开始计数计数器方式48155815581558155的的的的PCPCPCPC口口口口C口可工作于基本口可工作于基本I/O方式，也可作为方式，也可作为A口、口、B口在选通工作方式时的状态控制信号线。当口在选通工作方式时的状态控制信号线。当C口作口作为状态控制信号时，其每位线的作用如下：为状态控制信号时，其每位线的作用如下：PC0：AINTR（A口中断请求线）口中断请求线）PC1：ABF（A口缓冲器满信号）口缓冲器满信号）PC2： （A口选通信号）口选通信号）PC3：BI
18、NTR（B口中断请求线）口中断请求线）PC4：BBF（B口缓冲器满信号）口缓冲器满信号）PC5： （B口选通信号）口选通信号）4 8155 8155 8155 8155状态字格式：状态字格式：状态字格式：状态字格式： INTRX：中断请求标志。：中断请求标志。INTRX =1，表示，表示A或或B口有中断口有中断请求；请求；INTRX=0，表示，表示A或或B口无中断请求。口无中断请求。 BFX：口缓冲器空：口缓冲器空/满标志。满标志。BFX=1，表示口缓冲器已装满，表示口缓冲器已装满数据，可由外设或单片机取走；数据，可由外设或单片机取走；BFX=0，表示口缓冲器为空，表示口缓冲器为空，可以接受外
19、设或单片机发送数据。可以接受外设或单片机发送数据。 INTEX：口中断允许：口中断允许/禁止标志。禁止标志。INTEX=1，表示允许口中，表示允许口中断；断；INTEX=0，表示禁止口中断。，表示禁止口中断。 TIMER：计数器计满标志。：计数器计满标志。 TIMER=1， 表示计数器的原表示计数器的原计数初值已计满回零；计数初值已计满回零； TIMER=0， 表示计数器尚未计满。表示计数器尚未计满。 TIMER INTEB BFB INTRB INTEA BFA INTRA4 8155内部有一个14位减法计数器，计数脉冲来自其引脚“TIMER IN”，使用定时器前要先装入“时间常数”-14位
20、二进制数。其格式为：8155815581558155定时器定时器定时器定时器/ / / /计数器计数器计数器计数器 D15D15 D14D14 D13D13 D12D12 D11D11 D10D10D9D9D8D8D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0M2M2M1M1T13T13 T12T12 T11T11 T10T10T9T9T8T8T7T7T6T6T5T5T4T4T3T3T2T2T1T1T0T0高6位计数值低8位计数值定时器方式M2 M1M2 M100 单方波01 连续方波10 单脉冲11 连续脉冲 4扩展电路的连接举例扩展电路的连接举例-接口电路非常简单，基本上
21、是相同信号对接。接口电路非常简单，基本上是相同信号对接。 8031803181558155RESETRDWRALEP2.1P2.2P0.0P0.1P0.2P.03P0.4P0.5P0.6P0.7RESETRDWRALEIO/MCEAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7A口口PA0PA7B口口PB0PB7PC0PC5C口口4设设A口与口与C口为输入口，口为输入口，B口为输出口，均为通用口为输出口，均为通用I/O。定时器为连续方波工作方式，对输入脉冲进行定时器为连续方波工作方式，对输入脉冲进行24分频。分频。命令字：命令字： PAPBPC1PC2IEAIEBTM1TM2MOV DPTR, #0204HMOV A, #18HMOVX DPTR, AINC DPTRMOV A, #40HMOVX DPTR, AMOV DPTR,#0200HMOV A, #0C2HMOVX DPTR, A读入读入A口的数据：口的数据：MOVMOV DPTR DPTR，#0201H#0201HMOVX AMOVX A，DPTRDPTR把数据送入把数据送入B口：口：MOVMOV DPTR DPTR，#0202H#0202HMOVX DPTRMOVX DPTR，A A1 1 0 0 0 0 1 0初始化程序：初始化程序：
