【ch08】单片机系统的扩展

单片机系统的扩展“浙江省普通高校“十三五”新形态教材普通高等教育“十三五”规划教材电子设计系列规划教材单片机原理及应用第八章01MCS-51单片机最小应用系统MCS-51单片机最小应用系统按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可以分为最小应用系统、最小功耗应用系统、典型应用系统等。最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置系统。这种系统成本低廉、结构简单，常用来构成简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制系统等。MCS-51单片机最小应用系统的构成MCS-51单片机最小应用系统1，单片机的三总线结构一般微机的CPU外部均有单独的地址总线、数据总线和控制总线，而MCS-51系列单片机由于受引脚数量的限制。数据总线和地址总线复用PO口，为了将它们分离，以便同外围芯片正确连接，需要在单片机外部增加地址锁存器，如74HC373，从而构成与一般CPU类似的片外三总线，如图8.1.2所示。系统扩展的内容与方法MCS-51单片机最小应用系统系统扩展的内容与方法02存储器的扩展存储器的扩展1.程序存储器扩展的典型芯2.程序存储器扩展举例图8.2.2是程序存储器的一种扩展连接图。存储器扩展主要是地址线、数据线和控制信号线的连接。程序存储器的扩展存储器的扩展1.数据存储器扩展的典型芯片单片机扩展数据存储器通常采用静态RAM(SRAM)芯片常用的有6116(2KB)、6264(8KB)、62256(32KB)等。现将6264作为单片机数据存储器扩展的典型芯片进行说明。数据存储器的扩展存储器的扩展图8.2.5所示的电路既扩展了程序存储器，也扩展了数据存储器。存储器综合扩展存储器的扩展1.引脚功能和读写操作FLASHROMAT29C256芯片的容量为32KB，引脚数量为28只，其引脚排列如图8.2.6所示。闪速存储器及其扩展存储器的扩展2.MCS-51单片机与AT29C256的接口图827是80C51单片机与AT29C256芯片典型的接口电路图。闪速存储器及其扩展03输入与输出口的扩展输入与输出口的扩展51系列单片机内部有4个双向并行I/0端口:POP，占32根引脚。PO口的每一位可以驱动8个TTL负载，P1~P3口的负载能力为3个TTL。在无片外存储器扩展的系统中，这4个端口都可以作为准双向通用I/0口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，PO口分时地作为低8位地址线和数据线，P2口作为高8位地址线。输入与输出口的扩展只要根据“输入三态，输出锁存”与总线相连的原则，选择74LS系列的TTL电路或74HC系列的MOS电路即能组成简单的并行I/0接口扩展。例如，采用8位三态缓冲器74LS244组成输入口采用8D锁存器74LS27374LS373、74LS377等组成输出口。图83.1所示为采用74LS244扩展8位输入口，采用74LS273扩展8位输出口。简单的并行I/O接口扩展输入与输出口的扩展简单的并行I/O接口扩展输入与输出口的扩展1.8255的电路结构和功能8255是Intel公司生产的可编程并行I/0接口芯片有3个8位并行0接口具有3个通道3种工作方式(40只引脚)。其各接口的功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。用8255扩展并行I/O接口输入与输出口的扩展2.8255芯片引脚与CPU的连接8255是一个40引脚的双列直插式芯片图,8.3.2所示为8255的引脚图。8255与CPU的连接方式多种多样,本节以AT89C52与8255的连接为例说明8255与CPU的连接方法,同时介绍8255各芯片引脚的功能与作用。用8255扩展并行I/O接口输入与输出口的扩展3.8255的工作方式由8255的定义可知，8255有3种工作方式，如表8.3.1所示。用8255扩展并行I/O接口04串行口的扩展串行口的扩展I2C(Inter-IntegratedCircuit)总线是20世纪80年代由Philips公司开发的一种两线式串行总线用于连接微控制器及其外围设备。最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，包括单个组件状态的通信。I2C总线及其接口芯片串行口的扩展1.I2C总线的特点I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。2.I2C总线的构成及信号类型TC总线是由数据线(SDA)和时钟(SC)构成的行总线，既可发送数据也可接收数据。I2C总线及其接口芯片串行口的扩展3.I2C总线的基本操作I2C规程采用主/从器件双向通信协议。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件(通常为微控制器)控制，主器件产生串行时钟(SCL)控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA上的数据状态仅在SCL为低电平期间才能改变，SCL为高电平期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。I2C总线及其接口芯片串行口的扩展1.SPI简介SPI(SerialPeripheralInterface，串行外设接口)总线系统是一种同步行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以行方式进行通信以交换信息。2.SPI总线的组成利用SPI总线可在软件的控制下构成各种系统如1个MCU和几个从MCU相互连接构成多主机系统(分布式系统)、1个主MCU和1个或几个从I/0设备所构成的各种系统等。SPI及其芯片串行口的扩展3.在MCS-51系列单片机中的实现方法MCS-51系列单片机不带SPI的总线接口，可以使用软件来模拟SPI的操作，可以用P1口的P1.0~P1.3模拟串行时钟、数据输入和数据输出。对于不同的串行接口外围芯片，它们的时钟时序是不同的。SPI及其芯片串行口的扩展1.1-Wire协议1-Wire协议是美国Maxim/Dallas公司开发的一种单线总线协议。2.1-Wire系统的特点及应用1-Wire系统的优点可概括为系统的综合性、应用的简捷性和运行的可靠性。单总线及其接口芯片串行口的扩展1.Mic