单片机系统扩展

单片机系统扩展演示文稿目前一页\总数六十六页\编于二十点（优选）单片机系统扩展.目前二页\总数六十六页\编于二十点7.1扩展使用的三总线地址总线：P0－低8位P2－高8位数据总线：P0控制总线：RD、WR、ALE、PSEN

(读、写、地址锁存允许、外部ROM读选通）目前三页\总数六十六页\编于二十点程序存储器的扩展

在8051单片机外部扩展8K字节程序存储器2764的连接图目前四页\总数六十六页\编于二十点数据存储器扩展在8051单片机外部扩展一片8K字节数据存储器6264的连接图目前五页\总数六十六页\编于二十点7.2系统扩展选址方法1、线选法：利用单片机的一根空闲高位地址线(通常采用P2的某根口线)选中一个外部扩展I/O端口芯片，若要选中某个芯片工作，将对应芯片的片选信号端设为低电平，其它未被选中芯片的片选信号端设为高电平，从而保证只选中指定的芯片工作。优点：不需要地址译码器，可以节省器件，减小体积，降低成本缺点：可寻址的器件数目受到很大限制，而且地址空间不连续，这些都会给系统设计带来不便。目前六页\总数六十六页\编于二十点线选法进行外部扩展举例6264的地址范围：高8位地址变化范围P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0110×××××低8位地址变化范围：P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0××××××××由此可得6264的地址范围为：C000H～DFFFH。目前七页\总数六十六页\编于二十点8255的地址范围：

高8位地址变化范围：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.010111111低8位地址变化范围：P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0111111××由此可得8255的地址范围为：BFFCH～BFFFH。0832的地址：高8位地址变化范围：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.001111111低8位地址变化范围：P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.011111111由此可得0832的地址为：7FFFH。目前八页\总数六十六页\编于二十点

2、地址译码法

对于容量较大的存储器或I/O端口较多的单片机应用系统进行外部扩展，当芯片所需要的片选信号多于可利用的高位地址线时，就需要采用地址译码法。地址译码法必须采用地址译码器，常用的地址译码器有3-8译码器74LS138、双2-4译码器74LS139等。目前九页\总数六十六页\编于二十点扩展器件片内字节地址数地址编码62648K0000H～1FFFH825543FFCH～3FFFH083217FFFH825549FFCH～9FFFH地址译码进行外部扩展举例目前十页\总数六十六页\编于二十点7.3并行I/O端口扩展芯片

一.8255可编程并行I/O接口扩展芯片

二.8155可编程并行I/O接口扩展芯片目前十一页\总数六十六页\编于二十点7.3.1I/O数据的传送方式为实现和不同外设的速度匹配，须根据不同外设选择恰当的I/O数据传送方式。I/O数据传送方式有：同步传送、异步传送和中断传送。1．同步传送又称无条件传送。当外设速度和单片机的速度相比拟时，常采用同步传送方式，典型的同步传送是单片机和外部数据存储器之间的数据传送。2．查询传送又称有条件传送（也称异步式传送）。通过查询外设“准备好”后，再进行数据传送。优点是通用性好，硬件连线和查询程序简单，但工作效率不高。12目前十二页\总数六十六页\编于二十点3．中断传送为提高单片机对外设的工作效率，常采用中断传送方式，来实现I/O数据的传送。单片机只有在外设准备好后，才中断主程序的执行，从而进入与外设数据传送的中断服务子程序，进行数据传送。中断服务完成后又返回主程序断点处继续执行。采用中断方式可大大提高工作效率。7.3.2I/O接口电路常用的外围I/O接口芯片：（1）82C55：可编程通用并行接口（3个8位I/O口）；13目前十三页\总数六十六页\编于二十点（2）81C55：可编程的IO/RAM扩展接口电路（2个8位I/O口，1个6位I/O口，256RAM单元，1个14位的减法计数器）。都可以和AT89S51直接连接，接口逻辑简单。7.3.4AT89S51扩展I/O接口芯片82C55的设计先介绍可编程并行I/O接口芯片82C55的应用特性，然后介绍AT89S51与82C55的接口电路以及软件设计。一、82C55芯片简介Intel公司的可编程并行I/O接口芯片，3个8位并行I/O口，3种工作方式，单片机与多种外设连接时的中间接口电路。引脚及内部结构如图9-1和图9-2。14目前十四页\总数六十六页\编于二十点82C55的引脚图82C55的内部结构15目前十五页\总数六十六页\编于二十点(1)引脚说明共40个引脚，引脚功能如下：D7～D0：三态双向数据线，与单片机的P0口连接，用来与单片机之间传送数据信息。CS*：片选信号线，低有效，表示本芯片被选中。RD*：读信号线，低有效，读82C55端口数据的控制信号。WR*：写信号线，低电平有效，用来向82C55写入端口数据的控制信号。Vcc：+5V电源。16目前十六页\总数六十六页\编于二十点PA7～PA0：端口A输入/输出线。PB7～PB0：端口B输入/输出线。PC7～PC0：端口C输入/输出线。A1、A0：地址线，用来选择82C55内部的4个端口。RESET：复位引脚，高电平有效。(2)内部结构如图，3个并行数据输入/输出端口，两种工作方式的控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部件的功能如下：17目前十七页\总数六十六页\编于二十点端口PA、PB、PC3个8位并行口PA、PB和PC，都可选为输入/输出工作模式，功能和结构上有差异。PA口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入锁存器。PB口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入缓冲器。PC口：一个8位的输出锁存器；一个8位数据输入缓冲器。通常PA口、PB口作为输入/输出口，PC口既可作为输入/输出口，也可在软件控制下，分为两个4位端口，作为端口PA、PB选通方式操作时的状态控制信号。18目前十八页\总数六十六页\编于二十点A组和B组控制电路是两组根据AT89S51写入的“命令字”控制82C55工作方式的控制电路。A组控制PA口和PC口的上半部（PC7～PC4）；B组控制PB口和PC口的下半部（PC3～PC0），并可用“命令字”来对端口PC的每一位实现按位置“1”或清“0”。数据总线缓冲器数据总线缓冲器是一个三态双向8位缓冲器，作为82C55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。19目前十九页\总数六十六页\编于二十点读/写控制逻辑电路接收AT89S51单片机发来的控制信号RD*

、WR*

、RESET、地址信号A1、A0等，然后根据控制信号的要求，端口数据被AT89S51单片机读出，或者将AT89S51单片机送来的数据写入端口。各端口工作状态与控制信号的关系如表9-1。20目前二十页\总数六十六页\编于二十点21目前二十一页\总数六十六页\编于二十点二、工作方式选择控制字及端口PC置位/复位控制字可向82C55控制寄存器写入两种不同的控制字。1．工作方式选择控制字82C55有3种基本工作方式：（1）方式0—基本输入/输出；（2）方式1—选通输入/输出；（3）方式2—双向传送（仅PA口有此工作方式）。3种工作方式方式控制字来决定。格式如图。最高位D7=1，为本方式控制字的标志，以便与另一控制字相区别（最高位D7

=

0）。22目前二十二页\总数六十六页\编于二十点2382C55的方式控制字格式目前二十三页\总数六十六页\编于二十点PC口分两部分，随PA口称为A组，随PB口称为B组。其中PA口可工作于方式0、1和2，而PB口只能工作在方式0和1。【例7-5】AT89S51单片机向82C55的控制字寄存器(假设端口地址为FF7FH)写入工作方式控制字95H，根据图9-3所示，可将82C55编程设置为：PA口方式0输入，PB口方式1输出，PC口的上半部分（PC7～PC4）输出，PC口的下半部分（PC3～PC0）输入。#include<absacc.h>#defineCOM8255XBYTE[0xff7f] /*0xff7f为82C55的控制寄存器地址*/#defineucharunsignedchar……voidinit8255(void)24目前二十四页\总数六十六页\编于二十点{ COM8255=0x95; /*工作方式选择控制字写入82C55的控制寄存器*/……}2．PC口按位置位/复位控制字82C55的另一个控制字为PC口按位置位/复位控制字。即PC口8位中的任何一位，可用一个写入82C55控制口的置位/复位控制字来对PC口按位置“1”或清“0”。该功能主要用于位控。PC口按位置位/复位控制字的格式如图所示。【例7-6】AT89S51单片机向82C55的控制字寄存器写入工作方式控制字07H，则PC3置1；08H写入控制口，则PC4目前二十五页\总数六十六页\编于二十点清0。假设82C55的端口寄存器的地址为FF7FH，程序段如下：#include<absacc.h>#defineCOM8255XBYTE[0xff7f]/*0xff7f为82C55的控制寄存器地址*/……voidinit8255(void){ COM8255=0x07；/*PC置/复位控制字写控制寄存器，PC3=1*/COM8255=0x08；/*PC置/复位控制字写入控制寄存器，PC4=0*/……}

26目前二十六页\总数六十六页\编于二十点图PC口按位置位/复位控制字格式目前二十七页\总数六十六页\编于二十点三82C55的3种工作方式1．方式0

基本输入/输出方式。T89S51可对82C55进行I/O数据的无条件传送。例如，AT89S51单片机从82C55的某一输入口读入一组开关状态，从82C55输出控制一组指示灯的亮、灭。并不需要任何条件，外设I/O数据可在82C55的各端口得到锁存和缓冲。因此，方式0称为基本输入/输出方式。方式0下，3个端口都可以由软件设置为输入或输出，不需要应答联络信号。方式0基本功能：28目前二十八页\总数六十六页\编于二十点（1）具有两个8位端口（PA、PB）和两个4位端口（PC的上半部分和下半部分）；（2）任何端口都可以设定为输入或输出，各端口的输入、输出共有16种组合。PA口、PB口和PC口均可设定为方式0，并可根据需要，向控制寄存器写入工作方式控制字，规定各端口为输入或输出方式。目前二十九页\总数六十六页\编于二十点【例7-7】假设82C55的控制字寄存器端口地址为FF7FH，则令PA口和PC口的高4位工作在方式0输出，PB口和PC口的低4位工作于方式0输入，初始化程序如下：ucharxdataCOM8255_at_0xff7f /*0xff7f为82C55的控制寄存器地址*/……voidinit8255(void){ COM8255=0x83； /*工作方式选择控制字写入控制寄存器*/……}30目前三十页\总数六十六页\编于二十点2．方式1应答联络的输入/输出工作方式。PA口、PB口皆可设成这种工作方式。方式1下，82C55的PA口和PB口通常用于I/O数据的传送，PC口用作PA口和PB口的应答联络信号线，以实现采用中断方式来传送I/O数据。PC口的PC7～PC0的应答联络线是规定好的，其各位分配如图所示，图中，标有I/O的各位仍可用作基本输入/输出，不作应答联络用。介绍方式1输入/输出时的应答联络信号与工作原理。31目前三十一页\总数六十六页\编于二十点图方式1输入应答联络信号目前三十二页\总数六十六页\编于二十点（1）方式1输入方式1输入应答联络信号如图。其中STB*

与IBF为一对应答联络信号。各应答联络信号的功能如下。STB*：是由输入外设发给82C55的选通输入信号，低有效。IBF：输入缓冲器满，应答信号。82C55通知外设已收到外设发来的且已进入输入缓冲器的数据，高有效。INTR：由82C55向AT89S51单片机发出的中断请求信号，高有效。INTEA：控制PA口是否允许中断的控制信号，由PC4的置位/复位来控制。33目前三十三页\总数六十六页\编于二十点INTEB：控制PB口是否允许中断的控制信号，由PC2的置位/复位来控制。方式1输入如图。下面以PA口的方式1输入为例，介绍方式1输入的工作过程。①当外设向82C55输入一个数据并送到PA7～PA0时，外设自动在STB*上向82C55发送一个低电平选通信号。②82C55收到STB*后，先把PA7～PA0输入的数据存入PA口的输入数据缓冲/锁存器，然后使输出应答线IBF变为高，通知输入外设，PA口已收到它送来的数据。③82C55检测到STB*由低电平变为高电平、IBFA（PC5）为“1”状态和中断允许INTEA（PC4）=1时，使INTRA（PC3）34目前三十四页\总数六十六页\编于二十点图PA口方式1输入工作过程示意图目前三十五页\总数六十六页\编于二十点变为高电平，向单片机发出中断请求。INTEA的状态可由用户通过指令对PC4的单一置位/复位控制字来控制。④单片机响应中断后，进入中断服务子程序来读取PA口的外设发来的输入数据。当输入数据被单片机读走后，82C55撤销INTRA上的中断请求，并使IBFA变低，通知输入外设可传送下一个输入数据。36目前三十六页\总数六十六页\编于二十点（2）方式1输出方式1输出时，应答联络信号如图。OBF*与ACK*

构成一对应答联络信号，应答联络信号功能如下。OBF*：端口输出缓冲器满信号，低有效，它是82C55发给外设的联络信号，表示外设可以将数据取走。ACK*：外设应答信号，低有效。表示外设已把82C55发出的数据取走。INTR：中断请求信号，高有效。表示该数据已被外设取走，向单片机发中断请求，如果AT89S51响应该中断，在中断服务子程序中向82C55写入要输出的下一数据。37目前三十七页\总数六十六页\编于二十点图方式1输出应答联络信号目前三十八页\总数六十六页\编于二十点INTEA—控制PA口是否允许中断，由PC6控制。INTEB—控制PB口是否允许中断，由PC2控制。方式1输出工作示意如图。以PB口的方式1输出为例，介绍工作过程。①AT89S51可以通过“MOVX@Ri，A”指令把输出数据送到B口的输出数据锁存器，82C55收到后便令输出缓冲器满引脚

OBF*

（PC1）变低，以通知输出设备输出的数据已在PB口的PB7～PB0上。②输出外设收到OBF*上低电平后，先从PB7～PB0上取走输出数据，然后使ACKB*

变低电平，以通知82C55输出外设已收到82C55输出的数据。39目前三十九页\总数六十六页\编于二十点

图PB口方式1输出工作过程示意图40目前四十页\总数六十六页\编于二十点③82C55从应答输入线ACKB*收到低电平后就对OBF*和中断允许控制位INTEB状态进行检测，若皆为高电平，则INTRB变为高电平而向单片机请求中断。④AT89S51单片机响应INTRB上中断请求后便可通过中断服务程序把下一个输出数据送到PB口的输出数据锁存器。重复上述过程，完成数据的输出。【例7-8】设置PA口为应答方式输入，PB口为应答方式输出。假设82C55的端口寄存器的地址为FF7FH，程序如下：ucharxdataCOM8255_at_0xff7f /*0xff7f为82C55的控制寄存器地址*/……41目前四十一页\总数六十六页\编于二十点voidinit8255(void){ COM8255=0xb4； /*工作方式选择控制字写入控制寄存器*/……}目前四十二页\总数六十六页\编于二十点3．方式2只有PA口有方式2。图

为工作示意图。方式2是方式1输入和输出组合。PA7～PA0为双向I/O总线。当作为输入口使用，PA7～PA0受STBA

和IBFA控制；当作输出端口使用，PA7～PA0受OBFA*、ACKA*

控制。目前四十三页\总数六十六页\编于二十点图9-9PA口在方式2下的工作示意图目前四十四页\总数六十六页\编于二十点方式2特别适用于像键盘、显示器一类的外部设备，因为有时需要把键盘上输入的编码信号通过PA口送给单片机，有时又需把单片机发出的数据通过PA口送给显示器显示。7.3.4AT89S51单片机与82C55的接口设计1．硬件接口电路如图为AT89S51扩展一片82C55的电路。P0.1、P0.0经74LS373与82C55的A1、A0连接；P0.7经74LS373与片选端CS*相连，其它地址线悬空；82C55的控制线RD*、WR*

直接与单片机RD*和

WR*端相连；单片机数据总线P0.0～P0.7与82C55数据线D0～D7连接。45目前四十五页\总数六十六页\编于二十点2．确定82C55端口地址图中82C55只有3条线与AT89S51地址线相接，片选端CS*、端口地址选择端A1、A0，分别接于P0.7、P0.1和P0.0，其他地址线全悬空。显然只要保证P0.7为低电平时，即可选中82C55；若P0.1、P0.0再为“00”，则选中82C55的PA口。同理P0.1、P0.0为“01”、“10”、“11”分别选中PB口、PC口及控制口。若端口地址用16位表示，其他无用端全设为“1”（也可把无用端全设为“0”），则82C55的A、B、C及控制口地址分别为FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。46目前四十六页\总数六十六页\编于二十点图AT89S51单片机扩展一片82C55的接口电路47目前四十七页\总数六十六页\编于二十点如果没有用到的位取“0”，则4个端口地址分别为0000H、0001H、0002H、0003H，只要保证、A1、A0的状态，无用位设为“0”或“1”均可。3．软件编程在实际设计中，须根据外设的类型选择82C55的操作方式，并在初始化程序中把相应控制字写入控制口。下面根据图9-10，介绍对82C55进行操作的编程。【例7-9】根据上例图，要求82C55的PC口工作在方式0，并从PC5脚输出连续的方波信号，频率为500Hz，参考程序如下：48目前四十八页\总数六十六页\编于二十点#include<reg51.h>#include<absacc.h>#definePA8255XBYTE[0xff7c] /*0xff7c为82C55PA端口地址*/#definePB8255XBYTE[0xff7d] /*0xff7d为82C55PB端口地址*/#definePC8255XBYTE[0xff7e] /*0xff7e为82C55PC端口地址*/#defineCOM8255XBYTE[0xff7f]/*0xff7f为82C55控制寄存器地址*/#defineucharunsignedcharexternvoiddelay_1000us();49目前四十九页\总数六十六页\编于二十点voidinit8255(void){ COM8255=0x85； /*工作方式选择控制字写入控制寄存器*/}voidmain(void){ init8255(void)for(;;){ COM8255=0x0b； /*PC5脚为高电平*/delay_1000us()； /*高电平持续1000微秒*/COM8255=0x0a； /*PC5脚为低电平*/delay_1000us()； /*低电平持续1000微秒*/}}目前五十页\总数六十六页\编于二十点8155可编程并行I/O接口扩展芯片（1）8155内部结构及引脚功能目前五十一页\总数六十六页\编于二十点（2）8155的控制字格式目前五十二页\总数六十六页\编于二十点（3）8155的状态字格式目前五十三页\总数六十六页\编于二十点

8155片内可编程定时/计数器由两个8位寄存器组成，低8位和高6位存放计数初值，最高2位控制定时器的工作方式

（4）8155的定时器使用目前五十四页\总数六十六页\编于二十点（5）8155的端口地址分配AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0选中的寄存器×××××000命令/状态寄存器×××××001PA口×××××010PB口×××××011PC口×××××100定时计数器的低8位寄存器×××××101定时计数器的高6位寄存器及工作方式字(2位)目前五十五页\总数六十六页\编于二十点8155接口扩展举例（1）8255与单片机连接图目前五十六页\总数六十六页\编于二十点8155的端口地址编码为：命令/状态寄存器地址：7F00H,片内RAM字节地址：7E00H～7EFFH,PA口地址：7F01H,PB口地址：7F02H,PC口地址：7F03H,定时计数器低位地址：7F04H，定时计数器高位地址：7F05H。目前五十七页\总数六十六页\编于二十点

若要求8155的PA、PB作为基本输出口，PC作为基本输入口，不允许中断，不启动定时计数器，则命令字为03H，初始化编程下：MOVDPTR,#7F00H；8155命令口地址MOVA,#03HMOVX@DPTR,A；写入命令字（2）8155初始化目前五十八页\总数六十六页\编于二十点

I2C总线是PHILIPS公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线,它只需要两根线(串行时钟线和串行数据线)即可在连接于总线上的器件之间传送信息。主要特性如下:总线只有两根线:串行时钟线和串行数据线;每个连到总线上的器件都可由软件以唯一的地址寻址,并建立简单的主/从关系,主器件既可作为发送器,也可作为接收器;它是一个真正的多主总线,带有竞争检测和仲裁电路,可使多主机任意同时发送而不破坏总线上的数据;同步时钟允许器件通过总线以不同的波特率进行通信;同步时钟可以作为停止和重新启动串行口发送的握手方式;连接到同一总线的集成电路数只受400PF的最大总线电容的限制。利用I2C总线进行系统扩展

目前五十九页\总数六十六页\编于二十点

I2C总线接口的电气结构如图所示,组成I2C总线的串行数据线SDA和串行时钟线SCL必须经过上拉电阻Rp接到正电源上,连接到总线上的器件的输出级必须为“开漏”或“开集”的形式,以便完成“线与”功能。SDA和SCL都为双向I/O口线,总线空闲时皆为高电平。总线上数据传送最高速率可达100Kbit/s。I2C总线的电气结构

目前六十页\总数六十六页\编于二十点

I2C总线可以构成多主数据传送系统,但只有带CPU的器件可以成为主器件。主器件发送时钟、启动位、数据工作方式,从器件则接收时钟及数据工作方式。接收或发送则根据数据的传送方向决定。I2C总线上数据传送时的启动、结束和有效状态都由SDA、SCL的电平状态决定,在I2C总线规程中启动和停止条件规定如下:启动条件:在SCL为高电平时,SDA出现一个下降沿则启动I2C总线。停止条件:在SCL为高电平时,SDA出现一个上升沿则停止使用I2C总线。

目前六十一页\总数六十六页\编于二十点在启动和停止条件之间可转送的数据不受限制,但每个字节必须为8位，先传送最高位,在每个字节之后必须跟一