单片机原理与接口技术：第6章 MCS-51系统扩展技术

1、第六章 MCS-51系统扩展技术 4系统扩展概述213并行扩展技术串行扩展技术输入输出口的扩展系统扩展概述123扩展系统是以单片机为核心进行的；扩展内容包括ROM、RAM和I/O接口电路等；扩展方式有并行扩展和串行扩展方式，尽可能采用串行扩展方案。1并行扩展技术控制总线DB数据总线DB地址总线ABP2（高8位）P0（低8位）P0ALE 并行扩展技术涉及到三总线：2EPROM扩展实例-在89C51单片机上扩展4KB EPROMD7 Q7 373D0 Q0 G控制线A11A8A7A0 2732O7O0OE CEP2.3P2.0P0.7 89C51 P0.0ALEPSEN12根地址线8根数据线2RA

2、M扩展实例-在8051单片机上扩展2K RAMD7 Q7 373D0 G Q0A10A8A7A0 6116O7O0OEWE CEP2.2P2.0P0.7 8051 P0.0ALERDWRP2.72地址范围的确定取决于CE（片选）和地址线的接法。要求根据电路图，确定其中EPROM的地址范围。注意：当同时扩展多片ROM时，可采用译码法或线选法来分别选中芯片，每个芯片分配的地址范围不同。2扩展存储器举例（PM，DM）20000-1FFFH2000-3FFFH0000-7FFFHSPI总线扩展串行扩展技术3常用的串行扩展总线有： I2C （Inter IC BUS）总线、SPI（Serial Peri

3、pheral Interface）总线、Microwire 总线及单总线（1-Wire BUS）。 MCS-51单片机没有串行总线接口，利用其自身的通用并行线可以模拟多种串行总线时序信号，因此可以充分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。SPI（Serial Peripheral Interface）总线是Motorola公司提出的一种同步串行外设接口。SPI总线使用同步协议传送数据，接收或发送数据时由主机产生的时钟信号控制。 MOSI （Master Out Slav

4、e In） MISO （Master In Slave Out） SCLK或SCK （Serial Clock） 或 （片选）总线构成SPI总线扩展技术 3SPI总线系统的构成3单片机，如Motorola公司的M68HC08系列、Cygnal公司的C8051F0XX系列、Philips公司的P89LPC93X系列。A/D和D/A转换器，如：AD公司的AD7811/12、TI公司的TLC1543、TLC2543、TLC5615等。实时时钟RTC，如Dallas公司的DS1302/05/06等。温度传感器，如AD公司的AD7816/17/18；NS公司的LM74等。其他设备，如LED控制驱动器MA

5、X7219、HD7279等，集成看门狗、电压监控、E2PROM等功能的X5045等。 常用SPI串行总线接口的器件3输入输出口的扩展为何要扩展I/O口?单片机本身接口功能有限I/O设备必须通过I/O接口与计算机连接。控制应用中的复杂接口要求：速度差异大。设备种类繁多。数据信号形式多种多样。4扩展I/O接口的功能对单片机输出的数据锁存对输入设备的三态缓冲信号转换时序协调4I/O口的扩展方法通常选用74系列的74LS244、74LS373、74LS377、74LS273等常用芯片实现I/O扩展。如用可编程芯片8155、8255等，利用程序对芯片进行设置，软硬件结合实现对I/O接口的扩展。利用MCS

6、-51单片机串口方式0进行I/O接口扩展利用单片机串口扩展利用可编程并行接口芯片扩展利用缓冲器或锁存器4简单并行I/O的扩展（利用缓冲器或锁存器）4口地址的确定及编程应用因为74LS273和74LS244都是在P2.0为0时被选通,所以二者地址都可以为FEFFH（或0000H）。两个芯片的地址虽然相同,但可以通过读写操作来区别编程应用如下：MOV DPTR,#0FEFFH ;指向口地址MOVX A,DPTR ;指向74LS244读入数据，检测按键MOVX DPTR,A ;指向74LS273输出数据，驱动LEDSJMP $4 可编程I/0芯片的使用可编程I/O芯片是指芯片功能可由指令来确定，即需

7、要对其编程。常用的I/O口芯片有8255A（无RAM）和8155（有RAM）。48155的功能部件256字节RAM14位二进制减法计数器三个可编程并行口RAM及并行I/O接口芯片81554PA口，8位PB口，8位PC口，6位256B静态RAM A 定时器B C A口PA0PA7B口PB0PB7PC0PC5C口IO/ MAD0AD7CEALERDWRRESET定时器输入定时器输出接单片机接外设接外设接外设8155的内部结构4AD0-AD7三态地址/数据线 IO/ M端口/存储器选择 RD读ALE地址锁存允许写 WR选片 CE定时器输入TIMER IN定时器输出TIMER OUTPA0-PA7A口

8、端口线PB0-PB7B口端口线PC0-PC5C口端口线8155的引脚功能PC3PC4 PC5 IO/ MCERDWRALEAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7VssVccPC2PC1PC0PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB0PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA08155TIMER INRESETTIMER OUT4I/O口地址-当IO/ M 为高电平时（1）8155的RAM和I/O口地址RAM地址-当IO/ M 为低电平时 此时AD0-AD7上得到的地址值是指8155的某一RAM单元的地址，地址范围是0000 0000-1111 1111分别指向8155 RA

9、M 的256个存储单元。此时AD0-AD7 （仅用到低三位AD2、AD1、AD0）上得到的地址值是指8155的某一I/O口的地址，具体端口地址分配是：（见下表）8155的工作原理4AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0I/O端口 0 0 0命令/状态口 0 0 1A口 0 1 0B口 0 1 1C口 1 0 0计数器低8位 1 0 1计数器高6位8155的RAM和I/O口地址分配 4 8155的使用（分二种情况：片内RAM的使用、各端口的使用）RAM的使用： 与一般外部数据存储器的使用基本一样，唯一区别是事先要使IO/ M 为低电平。端口（包括定时器）的使用：A、B、C

10、各端口可工作于不同的工作方式，使用前要进行初始化（写命令字到命令口）。4设置8155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/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48155的PC口C口可工作于基本I/O方式，也可作为A口、B口在选通工

11、作方式时的状态控制信号线。当C口作为状态控制信号时，其每位线的作用如下：PC0：AINTR（A口中断请求线）PC1：ABF（A口缓冲器满信号）PC2： （A口选通信号）PC3：BINTR（B口中断请求线）PC4：BBF（B口缓冲器满信号）PC5： （B口选通信号）4 8155状态字格式： INTRX：中断请求标志。INTRX =1，表示A或B口有中断请求；INTRX=0，表示A或B口无中断请求。 BFX：口缓冲器空/满标志。BFX=1，表示口缓冲器已装满数据，可由外设或单片机取走；BFX=0，表示口缓冲器为空，可以接受外设或单片机发送数据。 INTEX：口中断允许/禁止标志。INTEX=1，表

12、示允许口中断；INTEX=0，表示禁止口中断。 TIMER：计数器计满标志。 TIMER=1， 表示计数器的原计数初值已计满回零； TIMER=0， 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位二进制数。其格式为：8155定时器/计数器 D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0M2M1T13T12T11T10T9T8T7T6T5T4T3T2T1T0高6位计数值低8位计数值定时器方式M2 M100 单方波01 连续方波 单脉冲 连续脉冲 4扩展电路的连接举例-接口电路非常简单，基本上是相同信号对接。 80318155RESETRDWRALEP2.1P2.2P0.0P0.1P0.2P.03P0.4P0.5P0.6P0.7RESETRDWRALEIO/MCEAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7A口PA0PA7B口PB0PB7PC0PC5C口4设A口与C口为输入口，B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24分频。命令字： PAPBPC1PC2IEAIEBTM