单片机原理及其接口技术第4章-扩展课件

1、4.1 单片机引脚1、基本引脚：最基本引脚，不可闲置不可复用。电源：Vcc（+5V），GND(+0V)时钟：XTAL1，XTAL2复位：RST2、I/O引脚：P0（P0.0P0.7）、P1 （P1.0P1.7）P2 (P2.0P2.7） 、P3 （P3.0P3.7）3、外部信号引脚：P3.4（T0）P3.5（T1）P3.2（ ）P3.3（ ）4、总线引脚：数据总线（8位，双向）： P0（P0.0P0.7）地址总线（16位，单向）： P2 (P2.0P2.7） ，P0（P0.0P0.7）控制总线： PSEN、 EA、ALE RD WR 4.2 单片机I/O口 4.2.1 P1口8051共有4个8

2、位的并行双向I/O口，可以输入，可以输出，分别记作P0、P1、P2、P3，可以按字节直接寻址。除此之外，还可以按位寻址，4个口合在一起共有32位。在单片机中，口是一个集数据输入缓冲、数据输出锁存及驱动等多功能于一体的I/O电路。8051的4个口在电路结构上是基本相同的，它们都有一个锁存器，一个输出驱动器，两个输入三态缓冲器。但它们又各具特点，因此在功能和使用上各口之间有一定的差异。 输出：数据D在写锁存器信号CP的作用下经内部总线进入锁存器Q，由于T2的漏极对栅极的反相作用，锁存器从输出。若D=0 输出引脚P1.X为0，若D=1输出引脚为1。常用输出指令MOV P1，A 或 MOV P1，#d

3、ata引脚P1.X的输出驱动部分由场效应管T2与内部上拉电阻R组成，灌电流1.6mA，拉电流60A。输出特性与TTL电路兼容。 4.2.1 P1口输入：引脚输入数据通过三态缓冲门1，在读引脚信号作用下进入内部总线。为了正确地进行读操作，输入前应先在相应位输出1，使T2截止。上电复位或手动复位后P1口为输入方式，MOV P1，#0FFH ；使P1为输入口MOV A，P1 ；输入数据读改写指令： 如需得到锁存器内容，可通过三态缓冲门2在读锁存器信号作用下，使锁存器内容进入内部总线。8051单片机有不少指令可直接进行端口操作，称读-改-写指令。它的特点是把3个动作：（1）读锁存器，（2）调整，（3）

4、写回原锁存器，合为一个指令 ANL P1, A ；读P1锁存器，与A，结果送回P1锁存器 ORL P1, data ；读P1锁存器，或data，结果送回P1锁存器4.2.1 P1口例4-1 编写一个程序完成下面的功能：监视P1.2位，直到它变为高电平。当P1.2变为高电平时，把值45H赋给P0口。发送一个从高到低的脉冲给P1.3。解：用位命令使P1.2 处于输入模式 SETB P1.2 ；使P1.2 处于输入模式 MOV A，#45H ；A=45H LOOP： JNB P1.2，LOOP ；监视P1.2位是否为1 MOV P0，A SETBP1.3 ；发送从高到低的脉冲给P1.3 CLR P1

5、.3 4.2.2 P0口1、P0口的位结构P0口是一个三态双向口，可作为地址/数据分时复用口，也可作为通用I/O接口，由场效应管T1、T2组成输出驱动器。与门、反相器及模拟转换开关MUX构成输出控制电路。 2、地址/数据分时复用功能P0口作为地址/数据分时复用总线，控制为1，MUX把反相器的输出端与T1接通，同时把与门打开，输出地址或数据。ALE为1时送出低8位地址A0A7，ALE为0时送出数据D0D7；输入数据从P0口的引脚进入。3、通用I/O接口功能当P0口作为通用I/O接口使用时，控制为0，与门输出为0，使T1截止。此时，输出级是漏极开路结构。此时为了正常输出1，必须外接10k上拉电阻。

6、漏极开路结构可以提高输出负载能力，驱动8个LSTTL输入。4.2.2 P0口例4-2 把P0口输入的数据从P1口输出 MOVA，#0FFH MOVP0，A；令P0口为输入MOVA，P0；输入数据，读引脚MOVP1，A；输出数据SJMP$ 4.2.3 P2口P2口也是一准双向口，它具有通用I/O接口或高8位地址总线输出两种功能，所以其输出驱动结构比P1口输出驱动结构多了一个输出模拟转换开关MUX和反相器。当作为准双向通用I/O接口使用时，控制信号使转换开关切向左侧，锁存器Q端经反相器接T2，其工作原理与P1相同，也具有输入、输出、端口操作三种工作方式，负载能力也与P1口相同。当控制信号使转换开关

7、切向右侧，P2口输出高8位地址A8A15。4.2.4 P3口P3口的输出驱动由与非门、T2组成，除三态缓冲门1、2之外，它比P0、P1、P2口结构多了一个缓冲器3。P3口除了可作为通用准双向I/O接口外，每1根线还具有第2功能。当P3口作为通用I/O接口时，可以输入，可以输出，第2功能输出线为高电平，使与非门的输出取决于口锁存器的状态。在这种情况下，P3口仍是1个准双向口，它的工作方式、负载能力均与P1、P2口相同。当P3口作为第2功能使用时，其锁存器Q端必须为高电平，否则T2管导通，引脚被箝位在低电平，无法输入或输出第2功能信号。当Q端为高电平时，P3口的状态就取决于第2功能输出线的状态。4

8、.3 存储器扩展 4.3.1 存储器芯片三款Intel公司的存储器产品，分别是EPROM芯片2764、E2PROM芯片2864和RAM芯片6264。前两位27表示存储器类型为EPROM，28表示E2PROM，62表示RAM。后两位64表示存储器容量为64kbit=8KB，单一5V供电。各引脚功能如下：4.3.2 8051单片机的存储器扩展系统 一、片外总线结构P0口地址总线低8位/数据总线：分时复用P2口地址总线高8位控制总线：PSEN片外ROM读选通ALEEA片内外ROM（4KB）选择RD片外RAM读选通WR片外RAM写选通4.3.2 8051单片机的存储器扩展系统 二、连接方法4.3.2

9、8051单片机的存储器扩展系统 4.4 I/O扩展 4.4.1 简单并行扩展简单的I/O口扩展通常是采用TTL或CMOS电路锁存器、三态门等作为扩展芯片，根据“输入三态，输出锁存”与总线相连的原则，通过总线来实现扩展的一种方案。它具有电路简单、成本低、配置灵活的特点。 4.4.2 可编程并行扩展芯片8255 8255可编程并行输入/输出接口芯片是Intel公司生产的标准外围接口电路。它采用NMOS工艺制造，用单一5V电源供电，具有40条引脚，采用双列直插式封装。它有A、B、C3个端口，共24条I/O线，与外设相接，可以通过编程的方法来设定端口输入或输出，还可提供与外设的握手信号。通过8条数据线

10、可方便地与各种微机系统的数据总线相接，所以得到了广泛的应用。8255有3个端口A、B、C和一个内部控制字寄存器，共4个端口；因此芯片自带2位的字选地址线A1和A0。由控制寄存器的内容设置A、B、C口的使用方法。4.4 I/O扩展 4.4.2 可编程并行扩展芯片8255 地址总线 A1 A0 CS数据总线 D0D7控制总线 RD WRI/O接口 PA、PB、PC4.4.2 可编程并行扩展芯片8255 8255端口功能表8255端口选择表8255的C口置位/复位控制字4.4.2 可编程并行扩展芯片8255 解：1、工作方式控制字为 D0=1：C口低半部输入； D1=0：B口输出； D2=0：B口方

11、式0； D3=0：C口高半部输出； D4=1：A口输入； D6D5=00：A口方式0； D7=1：工作方式控制字标志。 因此工作方式控制字为10010001B即91H。2、初始化程序为： MOV DPTR，03FFH ；指向8255A ；控制口 MOV A，91H MOVX DPTR，A ；送控制字 8255工作方式控制字例4-1 对8255各口作如下设置：A口方式0输入，B口方式0输出，C口高位部分为输出、低位部分为输入。设控制寄存器的地址为03FFH。4.5 非总线型扩展 4.5.1 总线型单片机的非总线扩展 在新一代单片机中，无论是总线型单片机，还是非总线型单片机，为了简化系统结构，提高

12、系统的可靠性，都推出了芯片间的串行数据传输技术，设置了芯片间的串行传输接口或串行总线。特别是非总线类单片机，在没有并行扩展总线的情况下，利用串行外围接口可以扩展一些必要的外部器件。在非总线扩展系统中，P0P3口都作为通用I/O。P0口需外接上拉电阻。单片机与外部存储器及I/O芯片的数据传送，不使用MOVX指令，而使用带进位的A循环移位指令、P0P3对应位的位操作指令实现。4.5.2 非总线型单片机AT89C2051是一种带2KB闪速可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS的8位微控制器。 2051它只有20个引脚，该器件具有以下一些标准特性：2KB的闪速存储器，128B的RAM，15根I

13、/O线，2个16位定时/计数器，5个两级中断源结构一个全双工串行口，一个精确的模拟比较器，片内振荡器和时钟电路。每个引脚最大电流20mA，可以直接驱动LED。具有低功耗的闲置和掉电模式。4.5.3 串行扩展总线与串行扩展接口 目前单片机应用系统中广泛应用的串行扩展总线和接口主要有I2C总线、串行外围接口SPI、Microwire、1-Wire和串行口的移位寄存方式。串行扩展总线和串行扩展接口的区别在于外围器件的选通方式。串行扩展总线上所有的外围器件都有自己的地址编号，单片机通过软件来选通某个外围器件，串行接口上所扩展的外围器件要求单片机有相应的I/O口线来选通。一、I2C总线 I2C总线（In

14、ter Integrated Circuit BUS）是Philips公司推出的串行扩展总线，为二线制，总线上扩展的外围器件及外设接口通过总线寻址。I2C总线由数据线SDA和时钟线SCL构成。SDA/SCL总线上挂接单片机、外围器件和外设接口。所有挂接在I2C总线上的器件和接口电路都应具有I2C总线接口，而且所有的SDA/SCL同名端相连。 AT2401/02/04/08/16/32/64是ATMEL公司推出的带I2C接口的E2PROM器件。 P1.6、P1.7提供串行时钟SCL和串行数据SDA。地址线A0A1A2接地，表示系统只有一个扩展芯片。SCL，SDA为漏极开路端，需接上拉电阻到电源。 4.5.3 串行扩展总线与串行扩展接口 二、单总线单总线（1-Wire）是Dallas公司推出的外围串行扩展总线。单总线只有一根数据输入输出线DQ，总线上所有的器件都挂接在DQ线上。单总线构成的分布式温度监测