第六章单片机系统的并行扩展c方案课件

第六章单片机系统扩展技术3并行接口的扩展4D/A接口的扩展5A/D接口的扩展2存储器的扩展151系统并行扩展原理第六章单片机系统扩展技术3并行接口的扩展46-1-1并行扩展总线P2口作为单片机的地址总线高八位A15~A8,P0为地址总线低八位A7~A0和数据总线D7~D0复用。地址锁存原理（图6-1）。

注意四个控制引脚的电平变化：ALE、、、。6-1-1并行扩展总线P2口作为单片机的地址总线高八位A1

CPU根据地址访问外部存储器，即根据地址线上送出的地址信息选中某一芯片的某个单元进行读写。逻辑上，芯片的选择由高位地址译码实现、被选中芯片中单元的选择则由低位地址信息确定。为了实现单片机与外部存储器的连接，把单片机的地址线分为片内地址线和片选地址线两部分。片选地址线通常直接或通过地址译码器与存储器芯片的片选端相连，也可以悬空不用。片内地址线通常直接或通过地址锁存器与相应存储器地址线相连。6-1-2地址译码方法CPU根据地址访问外部存储器，即根据地址线上线选法

用某一位地址线直接连到所扩展的芯片的片选端。

A15、A14、A13中不能有两根以上地址线同时为低！！！

按照片选地址线的不同连接方式，单片机地址译码可分为：线选法用某一位地址线直接连到所扩展的芯片的片选端。A15A14A13A12…A3A2A1A0

011X…X0000#单元011X…X0011#单元011X…X0102#单元011X…X0113#单元011X…X0004#单元011X…X1015#单元011X…X1106#单元011X…X1117#单元0#芯片

地址重叠:有两个及以上地址与存储单元对应。对于0#芯片，X为无关项，即不论X取0或1，对单元的确定都无影响，故0#芯片中每个单元都有210个重叠地址。当X由全“0”

变到全“1”时，0#芯片的地址范围为6000H～7FFFH。基本地址范围：6000H～6007H。

A15A14A13A12…A3A2A1A0

011X…X00全地址译码法

所有片选地址线全部参加译码。1#芯片只有唯一的地址与其存储单元对应，不存在地址重叠。常用地址译码器：2-4译码器：74LS1393-8译码器：74LS1384-16译码器：74LS154全地址译码法所有片选地址线全部参加译码。1#部分地址译码法

片选线中只有一部分参与译码，其余部分悬空。有地址重叠。

部分地址译码法片选线中只有一部分参与译码，其余部分悬一、MCS-51用于存储器扩展的外部总线信号：P0.0～0.7：8位数据和低8位地址信号复用；P2.0～2.7：高8位地址信号；ALE：地址锁存允许控制信号；PSEN：片外程序存储器读控制信号；RD：片外数据存储器读控制信号；WR：片外数据存储器写控制信号；EA：片内、外程序存储器选择信号。6-2 存储器的扩展一、MCS-51用于存储器扩展的外部总线信号：6-2 存储二、程序存储器(ROM)扩展：

8031扩展32KBEPROMIntel27256

常用EPROM芯片：

Intel2716(2K×8位)、2732(4KB)、2764(8KB)、27128(16KB)、27256(32KB)、27512(64KB)。二、程序存储器(ROM)扩展：8031扩展常用EP三、数据存储器(RAM)扩展：常用RAM芯片：Intel6116(2KB)、6264(8KB)、62256(32KB)。

8031扩展8KBRAMIntel6264三、数据存储器(RAM)扩展：常用RAM芯片：8031四、程序与数据存储器扩展：单片机连接8KBEPROM2764、8KBRAM6264各一片。四、程序与数据存储器扩展：单片机连接8KBEPROM2

单片机通常通过P0口和P2口构成数据、地址总线，扩展EPROM、RAM或其它功能芯片。这样一来，只有剩下的P1口和部分P3口可提供给用户用作I/O口。因此，在大部分的MCS-51单片机应用系统设计中都需要进行I/O口的扩展。6-4 并行接口的扩展单片机通常通过P0口和P2口构成数据、6-4 并行接并行接口的扩展并行接口的扩展6-4-2可编程并行I/O扩展接口8255A

6-4-2可编程并行I/O扩展接口8255A1.数据总线（D7～D0）传送CPU与8255A之间的数据、控制字和状态字。2.控制总线（6条）

CS：片选线

A1和A0：口选线，用于寻址A口、B口、C口以及控制口寄存器中的一个。

RD和WR：二者必须相反，控制CPU与8255A之间数据的传送和流向。

RESET：高电平复位，使内部寄存器全部清零。3.并行I/O总线（PA7～PA0、PB7～PB0、PC7～PC0）传送8255A与外设之间的数据，其中的PC7～PC0还可用作联络线。4.电源线（2条）一、8255A的引脚功能1.数据总线（D7～D0）一、8255A的引脚功能二、8255A的芯片结构1.数据总线驱动器（与单片机数据总线相连）

2.并行I/O端口（A口、B口和C口）

A口：由一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器组成。可设定为8位输入或输出，或双向输入/输出方式。

B口：由一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器(输入不锁存，不可工作在方式2)组成。可设定为8位输入或输出方式，但不能设定为双向输入/输出方式。

C口：由一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器(输入不锁存)组成。在方式1和方式2下，分为两个4位口使用：高四位属于A口，传送A口上外设的控制/状态信息，低四位属于B口，传送B口上所需的控制/状态信息。二、8255A的芯片结构1.数据总线驱动器（与单片3.读/写控制逻辑CS：8255A的片选引脚端；

RD：读控制端。为0时，允许单片机从8255A读取数据或状态字；

WR：写控制端。为0时，允许单片机将数据或控制字写入8255A；

A1、A0：口地址选择线。通过A0、A1可选中8255A的四个寄存器。口地址选择如下：

A1A0寄存器

00寄存器A（A口）

01寄存器B（B口）

10寄存器C（C口）

11控制字寄存器（控制口）

RESET：复位控制端。为1时，8255A复位。复位状态：控制字寄存器被清零。

3.读/写控制逻辑CS：8255A的片选引脚端；4.A组和B组控制块

每个控制块接收来自读/写控制逻辑的命令和内部数据总线的控制字，并向对应口发出适当的命令。

A组控制块控制A口及C口的高4位。

B组控制块控制B口及C口的低4位。

4.A组和B组控制块每个控制块接收来自读/写控制逻辑三、8255A的控制字8255A有两种控制字，即方式控制字和PC口位置位/复位控制字。

三、8255A的控制字8255A有

四、8255A的操作方式

(1)方式0（基本I/O方式）

PA、PB、PC可分别被定义为方式0输入或方式0输出。输出具有锁存功能，输入没有锁存。适用于无条件传输数据的设备，如读一组开关状态、控制一组指示灯，不使用应答信号，CPU可以随时读出开关状态，随时把一组数据送指示灯显示。如：令A口和C口高四位工作在方式0输出方式，B口和C口低四位工作在方式0输入方式。MOVR0,#0FBH;控制字寄存器地址MOVA,#83H；方式控制字MOVX@R0,A四、8255A的操作方式如：令A口和C口高四位工作在方（2）方式1（应答I/O方式）有选通输入和选通输出两种工作方式。

A口和B口皆可独立地设置成这种工作方式，在方式1下，A口和B口通常用于传送和它们相连外设的I/O数据，C口用作A口和B口的握手联络线，以实现中断方式传送I/O数据。（2）方式1（应答I/O方式）方式1输入

STB:设备的选通信号输入线，低电平有效,通常是外设给8255A的信号，表示外设给8255的数据已到达引脚。IBF：端口锁存器满标志输出线，高电平有效。通知外设数据已从引脚取入锁存器中。INTE：8255A端口内部的中断允许触发器。“1”表示中断允许（手动设置）。INTR：中断请求信号线，高电平有效。当STB、IBF、INTE都为”1”时，INTR就置“1”

。方式1输入方式1输出

：输出锁存器满状态标志输出线。表示CPU已将数据输出到此端口。：设备响应信号输入线。表示外设已取走数据。

INTR：中断请求信号输出线，高电平有效。当、和INTE都为”1”时，INTR被置“1”,发出中断请求。方式1输出（3）方式2（双向选通I/O方式）

方式2仅对PA口有意义。方式2使PA口成为8位双向三态数据总线口，既可发送数据又可接收数据。PA口方式2工作时，PB口仍可作方式0和方式1I/O口，PC口高5位作状态控制线。

（3）方式2（双向选通I/O方式）方式2仅对PA口有意五、8255A编程规定

初始化编程：往控制口写入控制字，确定8255A工作方式。

方式控制字：D7=1；C口位置位/复位控制字：D7=0。

例：8255A的A口以方式0输出单片机的片内RAM数据，B口以方式1输入…(设控制口的口地址为7F03H) PIOS： MOVDPTR，#7F03H；控制口口地址

MOVA，#86H ；写工作方式控制字

MOVX @DPTR，A MOVDPTR，#7F00H；A口口地址

MOVA，@R0 ；取片内RAM的数据

MOVX @DPTR，A ；由A口输出

…五、8255A编程规定

初始化编程：往控制口写入控例6-4

8255A采用方式1工作，CPU采用中断方式控制打印机把内部RAM中30H开始的32个单元的内容经B口输出打印。主程序：MAIN：MOV8，#30H；RAM首址→1区R0MOV0FH，#20H；长度→1区R7SETBEA；开中断

SETBEX1；允许外中断，电平触发方式

MOVDPTR，#7FFFH；将8255A的PC2（即INTEB）置“1”MOVA，＃05HMOVX@DPTR，A；

MOVA，#0BCH；写方式控制字(B口方式1输出)MOVX@DPTR，AMOVDPTR，#7FFDH；从PB口输出第一个数据打印

MOVA，30HMOVX@DPTR，A

INC8；RAM指针加1DEC0FH；长度减1…；执行其它任务例6-48255A采用方式1工作，CPU采用中断方式控制打

外部中断1服务程序：

PINT1：PUSHACC；现场保护（A、DPTR等进栈）

PUSHDPHPUSHDPLPUSHPSWMOVPSW，#8；当前工作寄存器区切换到1区

MOVA，@R0；从B口输出下一个数据打印

MOVDPTR，#7FFDHMOVX@DPTR，AINCR0；修改指针

DJNZR7，BACKCLREX1；长度为0，关中断返回

SETBF0；置打印结束标志位F0BACK：POPPSW；现场恢复（DPTR、A等退栈）

POPDPLPOPDPHPOPACCRETI外部中断1服务程序：6-5 D/A接口的扩展

实现数模转换的功能部件称为D/A转换器，衡量D/A转换器性能的主要参数有：

分辨率：即输出的模拟量的最小变化量，n位的D/A转换器分辨率为2-n；满刻度误差：即输入为全1时输出电压与其理想值之间的误差，一般为2-(n+1)；输出范围；转换时间：指从转换器的输入改变到输出稳定的时间间隔；是否容易和CPU连接。6-5 D/A接口的扩展实现数模转换的功能部件称为D

6-5-1梯形电阻式D/A转换原理：“按权展开，然后相加”

根据以上的分析计算，可推理得到n位二进制数的转换表达式：其中D为n位二进制数的和，因此，电流和二进制数成线性关系。运算放大器的输出电压为：根据以上的分析计算，可推理得到n位二进制数的转换表达式：DAC0832是美国数据公司的8位D/A，片内带数据锁存器，电流输出，输出电流稳定时间为1us。+5V~+15V单电源供电，功耗为20mW。

6-5-2DAC0832DAC0832是美国数据公司的8位D/A，片内带数据锁存器，1.DAC0832的内部结构控制线（5条）ILE：

数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；

CS：片选片信号输入线，低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲有效；WR2：DAC寄存器写选通输入线，负脉冲有效；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效；

1.DAC0832的内部结构控制线（5条）输出线（3条）:IOUT1：电流输出线，当DAC寄存器为全1时IOUT1最大；IOUT2：电流输出线，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb：

反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度。

输出线（3条）:2.DAC0832的工作方式直通方式：使所有控制信号（CS、WR1、WR2、ILE、XFER）均有效，常用于不带微机的控制系统；

单缓冲方式：只使一个数据缓冲器有效，适用于一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出；

双缓冲方式：输入寄存器和DAC寄存器各自分配有地址，可分别选通后同时输出多路模拟信号，适用于多个DAC0832同时输出。2.DAC0832的工作方式直通方式：使所有控制信号（CS、1.DAC用作单极性电压输出

Vout＝－D×Vref/256

D＝D7×27+D6×26+…+D0×203.DAC的应用-电流输出转换成电压输出

1.DAC用作单极性电压输出Vou2.DAC用作双极性电压输出列方程：I1+I2+I3=0I1=Va/R，I2=Vout

/2R，I3=Vref/2RVa＝－D×Vref/256解得：

Vout=(D－128)×Vref/1282.DAC用作双极性电压输出列方程：只有一路模拟量输出的MCS-51系统只有一路模拟量输出的MCS-51系统例：D/A转换程序：用DAC0832输出0～5V锯齿波，电路为单缓冲方式（设VREF=-5V，DAC0832地址为7FFFH，脉冲周期要求为100ms）。100msDACS：MOVDPTR，#7FFFH；0832I/O地址

MOVA，#0 ；开始输出0VDACL：MOVX @DPTR，A ；输出模拟量

ACALL DELAY ；延时100ms/256

INCA ；升压

AJMP DACL ；连续输出DELAY：…

；延时子程序+5V0V例：D/A转换程序：用DAC0832输出0～5V锯齿波，电路例：D/A转换程序，用DAC0832输出-1～-5V方波，电路为单缓冲方式。设VREF=5V，DAC0832地址为7FFFH。解：

ORG1000HSTART：MOVDPTR，#7FFFHLOOP：MOVA，#33H；(等于10进制的51)MOVX@DPTR，A；置上限电平

ACALLDELAY；形成方波顶宽

MOVA，#0FFH

MOVX@DPTR，A；置下限电平

ACALLDELAY；形成方波底宽

SJMPLOOP；循环DELAY：…-1V-5V例：D/A转换程序，用DAC0832输出-1～-5V方波，电A/D转换器是将模拟量转换成数字量的器件。模拟量可是电压、电流等电信号，也可是声、光、压力和温度等随时间连续变化的非电物理量。非电物理量可通过合适的传感器等转换成电信号，模拟量只有转换成数字量才能被计算机采集、分析和计算处理。6-6A/D接口的扩展

A/D转换器是将模拟量转换成数字量的器件。模拟量可是电压、电A/D转换的种类计数器式：结构简单，转换速度很慢；双积分式：抗干扰能力强，转换速度低；逐次逼近式：转换速度较快；并行转换：转换速度最快，但因结构复杂而造价较高。A/D转换的种类计数器式：结构简单，转换速度很慢；

控制电路先使“N位寄存器”中最高位置1，其余位清零，“N位D/A转换网络”根据“N位寄存器”中的内容产生一个比较电压Vs（为满量程的一半），并将其与Vx比较，若Vx>Vs,则“N位寄存器”中最高位的“1”保留，表示Vx比满量程的一半还大，否则置“0”。然后控制电路依次对N-1,N-2,…,1位重复上述比较过程，就可使“N位寄存器”中得到与模拟量Vx相对应的数字量。逐次逼近式A/D转换原理:控制电路先使“N位寄存器”中最高位衡量A/D性能的主要参数：分辨率：即输出的数字量最低位变化一位所对应的输入模拟量的变化值；满刻度误差：即输出全1时输入电压与其理想输入量之差；转换速率；转换精度；是否可方便地和CPU连接。衡量A/D性能的主要参数：6-6-2集成A/D转换器

ADC0809/0808为8路8位逐次逼近式A/D转换器，可分时转换8路模拟信号。ADC0809由一个8位逐次逼近式A/D转换器、8路模拟量转换开关、3-8地址锁存译码器和三态输出数据锁存器。6-6-2ADC0809的引脚功能IN0~IN7：8路模拟量输入通道；D7~D0：8位三态数据输出线；A、B、C：通道选择输入线；ALE：通道锁存控制信号输入线；START：启动转换控制信号输入线；CLK：转换时钟输入线，典型值为640KHz，超过该频率，转换精度会下降；EOC：转换结束信号输出线，高电平有效；OE：输出允许控制信号输入线，OE为高电平时把转换结果送数据线D7~D0，OE为低电平时D7~D0浮空；ADC0809的引脚功能IN0~IN7：8路模拟量输入通道ADC0809时钟信号的确定ADC0809时钟信号由8031的ALE信号提供，8031的ALE引脚通常是每个机器周期出现两次，故它的频率是单片机振荡频率的1/6。若8031的主频是6MHz，则ALE信号频率是1MHz，若使ALE上信号二分频后接ADC0809的CLK端，则可获得500KHz的A/D转换脉冲。ADC0809时钟信号的确定ADC0809时钟信号由1.启动A/D转换（3种启动方式对应3种硬件连接方法）1）ADDA，ADDB，ADDC分别接地址锁存器提供地址的低3位，指向IN7通道的相应程序指令为：

MOVDPTR，#0EFF7H；指向A/D转换器和模拟通道IN7地址

MOVX@DPTR，A；启动A/D转换，A中可以是任意值

MCS-51单片机与ADC0809的接口方法1.启动A/D转换（3种启动方式对应3种硬件连接方法）MCS2）ADDA，ADDB，ADDC分别接数据线中的低3位，则指向IN7通道的相应程序指令为：

MOVDPH，#0E0H ；送A/D转换器端口地址

MOVA，#07H ；IN7地址送AMOVX@DPTR，A ；送地址并启动A/D转换2）ADDA，ADDB，ADDC分别接数据线中的低3位，则3）ADDA，ADDB，ADDC分别接高8位地址中的低3位，则指向IN7通道的相应程序指令为：

MOVDPTR，#0E700HMOVX@DPTR，A3）ADDA，ADDB，ADDC分别接高8位地址中的低3位1）无条件传送方式

转换时间是转换器的一项已知和固定的技术指标。例如：ADC0809转换时间为128

s，可在A/D转换启动后，调用一个延时足够长的子程序，规定时间到，转换也肯定已经完成。2）查询方式

ADC0809的EOC端出现高电平，表明A/D转换完成。查询测试EOC的状态，即可确知转换是否完成。需注意从ADC0809复位到EOC变低约需10

s时间，查询时应首先确定EOC先变低，再变高，才说明A/D转换完成。3）中断方式

把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。2.确认A/D转换完成3.转换数据的传送1）无条件传送方式2.确认A/D转换完成3.转换数据的传送例6-6

如图6-40a电路中，对IN0~IN7上模拟电压巡回采集一遍数字量,并送入内部RAM以50H为始址的输入缓冲区的有关程序如下：

ORG0000HSTMPMA1NORG0013HLJMPP1NT1MAIN：MOV10H，#50H；输入数据区首址送工作寄存器2区R0MOV12H，#0；IN0相对地址送工作寄存器2区R2MOV17H，#8