微型计算机原理及应用课件-第7章-2

7.1.5MCS-51的DA/AD扩展技术1.MCS-51单片机DA扩展技术MCS-51单片机扩展DA转换芯片可实现微机系统的模拟信号输出，MCS-51单片机扩展DAC0832时，可以有单缓冲方式和双缓冲方式两种连接方式。（1）单缓冲方式。单缓冲方式是指DAC0832内部的两个数据缓冲器有1个处于直通方式，另1个受单片机的控制。例

根据上图接线，将DAC0832用作波形发生器，分别写出产生如右图所示的锯齿波、三角波和方波的程序。1）锯齿波程序程序代码如下:ORG0100HSTART:MOVR0,#0FEHMOVX@R0,AINCASJMPSTARTEND2）三角波由锯齿波线性下降段和线性上升段组成，相应程序代码如下：ORG0100HSTART:CLRAMOVR0,#0FEHDOWN:MOVX@R0,A;线性下降段INCAJNZDOWN;若未完，则转DOWNMOVA,#0FEHUP:MOVX@R0,A;线性上升段DECAJNZUP;若未完，则UPSJMPDOWN;若已完，则循环3）正弦波程序代码如下：ORG0100HSTART:MOVR0,#0FEHMOVR1,#00HMOVR2,#65LOOP:MOVA,R1ADDA,#8MOVCA,@A+PCMOVX@R0,A;LCALLDELAY;INCR1DJNZR2,LOOPSJMPSTART;循环;64点正弦波数据表，可在MATLAB命令行中利用Y=dec2hex(ceil((256/2-1)*sin(0:pi*2/64:2*pi)+128));语句获得。DB80H,8DH,99H,0A5H,0B1H,0BCH,0C7H,0D1H,0DAH,0E3H,0EAH,0F1H,0F6H,0FAHDB0FDH,0FFH,0FFH,0FFH,0FDH,0FAH,0F6H,0F1H,0EAH,0E3H,0DAH,0D1H,0C7HDB0BCH,0B1H,0A5H,99H,8DH,81H,74H,68H,5CH,50H,45H,3AH,30H,27H,1EH,17H,DB10H,0BH,07H,04H,02H,01H,02H,04H,07H,0BH,10H,17H,1EH,27H,30H,3AHDB45H,50H,5CH,68H,74HDELAY:MOVR7,#02;外循环计数器。DELAY1:MOVR6,#0FFH;内循环计数器。DELAY2:DJNZR6,DELAY2DJNZR7,DELAY1RET（2）双缓冲方式。数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步完成：CPU的数据总线分时地向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中，然后CPU对所有的D/A转换器同时发出控制信号，使各自D/A转换器输入寄存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出。2.MCS-51单片机AD扩展技术例

8051单片机采用中断控制方式，实现图中ADC0809对8个模拟通道的数据采集，采集数据存入内部RAM40H~47H单元中，设外部中断1采用边沿触发方式。8051单片机数据线低3位负责选择模拟输入通道IN0~IN7，8051单片机可通过向端口地址FEFFH写数据00H~07H选择IN0~IN7并启动ADC0809转换。待某1通道数据转换结束后，ADC0809的EOC信号向8051单片机提出中断申请，CPU响应中断后，通过读端口FEFFH获得转换数据并存入指定单元。ORG0000HLJMPSTARTORG0013HLJMPPINT1ORG3100HORG0100HSTART:MOVR7,#08H;通道数设置。MOVB,#00H;通道选择初始化设置。MOVR0,#40H;数据存储初始地址。SETBIT1

;置为下降沿触发。SETBEA

;单片机开中断。SETBEX1;开中断。MOVDPTR,#0FEFFH;建立地址指针。MOVA,B;选IN0通道输入。MOVX@DPTR,A;启动ADC0809。WAIT:SJMPWAIT;等中断。ORG0200HPINT1:MOVDPTR,#0FEFFHMOVXA,@DPTR;读A/D结果。MOV@R0,ADJNZR7,NEXTMOVR0,#40HMOVR7,#08HMOVB,#00HSJMPRETURNNEXT:INCR0INCBMOVA,B

;重新启动0809对INi的转换。MOVX@DPTR,ARETURN:RETI;中断返回7.1.6MCS-51I2C总线扩展技术I2C总线的操作过程包括启动、数据发送、数据接收、停止、应答、非应答等，根据实际通信需求典型信号的模拟子程序应包含启动信号子程序、停止信号子程序、发送应答位子程序、发送非应答位子程序、应答位检查子程序、发送单字节子程序、接收单字节子程序、发送多字节子程序、接收多字节子程序等。将MCS-51单片机的系统时钟设为6MHz，数据线SDA和时钟线SCL用I/O引脚模拟，数据线定义为VSDA，时钟线定义为VSCL，下面逐一介绍各子程序的实现过程。1.I2C启动信号子程序I2C总线的操作过启动信号要求在VSCL线高电平期间，VSDA线发生由高电平到低电平的跳变。启动信号子程序代码如下：STA:SETBVSDASETBVSCLNOPNOPCLRVSDANOPNOPCLRVSCLRET2.I2C停止信号子程序I2C总线的操作过停止信号要求在VSCL线高电平期间，VSDA线发生由低电平到高电平的跳变。停止信号子程序代码如下：STOP:CLRVSDASETBVSCLNOPNOPSETBVSDANOPNOPCLRVSDACLRVSCLRET3.I2C发送应答位子程序I2C发送应答位要求在VSCL线高电平期间，VSDA线保持低电平。发送应答位子程序代码如下：MACK:CLRVSDA

SETBVSCLNOPNOPCLRVSCLSETBVSDARET4.I2C发送非应答位子程序I2C发送非应答位要求在VSCL线高电平期间，VSDA线保持高电平。发送应答位子程序代码如下：MACK:SETBVSDA

SETBVSCLNOPNOPCLRVSCLCLRVSDARET5.I2C应答位检查子程序I2C总线中接收方若正确接收数据，应向发送方回发应答位，发送方需利用应答位检查子程序检查应答位。若应答位检查子程序利用PSW中的F0位作标志位，当检查到正常应答位后，F0=0，否则F0=1。应答位检查子程序代码如下：CACK:SETBVSDA;置VSDA为输入方式。SETBVSCL;使

VSDA上数据有效。CLRF0;预设F0=0。MOVC,VSDA

;输入VSDA引脚状态JNCCEND;检查VSDA状态，正常应答转

CEND，且F0=0。SETBF0;非正常应答，则F0=1。CEND:CLRVSCL;子程序结束，使VSCL=0。RET6.I2C发送单字节子程序I2C发送单字节子程序是向虚拟I2C总线的数据线VSDA上发送1个字节数据的操作。设调用本子程序前要发送的数据送入A中。程序中占用资源：R0、C。WR1:SETBVSDA;发送“1”程序段。SETBVSCLNOPNOPCLRVSCLCLRVSDASJMPWLP1WR0:CLRVSDA

;发送“0”程序段。SETBVSCLNOPNOPCLRVSCLWLP1:DJNZR0,WLP;8位是未发送完RET;8位发送完结束。发送单字节子程序代码如下：WRBYT:MOVR0,#08H。WLP:RLCAJCWR1

SJMPWR0

;发送“0”转WR07.I2C接收单字节子程序I2C接收单字节子程序用来从VSDA上读取1个字节数据，执行本程序后，从VSDA上读取1个字节存放在R2或A中。程序中占用资源：R0，R2，C。接收单字节子程序代码如下：RDBYT:MOVR0,#08H。RLP:SETBVSDA

SETBVSCL

MOVC,VSDA;读入VSDA引脚状态。MOVA,R2

;读入“0”程序段，由C拼装入R2中。RLCAMOVR2,ACLRVSCL

;使VSCL=0可继续接收数据位。DJNZR0,RLP

;8位未读完转RLP。RET8.I2C发送多字节子程序I2C总线数据传送中，主节点常常需要连续地向外围器件发送多个字节数据，I2C发送多字节子程序是用来向VSDA线上发送N个字节数据的操作。该子程序的编写必须按照I2C总线规定的读、写操作格式进行。主控器向I2C总线上某个外围器件连续发送N个数据字节时，其数据操作格式如下：SLAW为外围器件寻址字节（写）。主控制器发送N个字节的通用子程序代码如下：

WRNBYT:MOVR3,NUMBYTLCALLSTA;启动I2C总线。MOVA,#SLAW;发送SLAW字节。LCALLWRBYTLCALLCACK;检查应答位。JBF0,WRNBYT;非正常应答位则重发。MOVR1,#MTDWRDA:MOVA,@R1LCALLWRBYTLCALLCACKJBF0,WRNBYT;非正常应答位则重发。INCR1DJNZR3,WRDALCALLSTOPRETMTD，主节点发送数据缓冲区首址；SLA，外围器件寻址字节存放单元；NUMBYT，发送数据字节数存放单元。在调用本子程序之前必须将要发送的N个字节数据依次存放在以MTD为首地址的发送数据缓冲区中。调用本子程序后，N个字节数据依次传送到外围器件内部相应的地址单元中。9.I2C接收多字节子程序主控器按主接收方式从某个外围器件中读出N个字节数据操作格式如下：

在使用RDNBYT子程序时，占用资源R1、R3，但需调STA、STOP、WRBYT、RDBYT、ACK、MACK、MNACK等子程序，且需满足这些子程序的调用要求。RDNBYT子程序中还使用了：SLA，器件寻址（读）存放单元；MRD，主节点中数据缓冲区首址。主控器接收N字节子程序代码如下：RDNBYT:MOVR3,NUMBYTLCALLSTA

;启动I2C总线。MOVA,#SLAR;发送寻址字节（读）。LCALLWRBYTLCALLCACK;检查应答位。JBF0,RDNBYT;非正常应答时重新开始。RDN:MOVR1,#MRD;接收数据缓冲区首址MRD入R1。RDN1:LCALLRDBYT;读入一个字节到接收数据缓冲区中。MOV@R1,ADJNZR3,ACK

;N个子节读完否?未完转ACK。LCALLMNACK;N个字节读完发送非应答位。LCALLSTOP

;发送停止信号P。RET;子程序结束。ACK:LCALLMACK

;发送应答位。INCR1

;指向下一个接收数据缓冲单元。SJMPRDN1

;转读入下一个字节数据。例

8051单片机I/O口模拟I2C总线扩展E2PROMAT24C02，系统时钟为6MHz。（1）AT24C02的引脚及功能1）VDD。+5V电源。2）SCL。串行时钟输入端，在时钟的上升沿时把数据写入E2PROM；在时钟的下跳沿时将数据从E2PROM中读出来。3）SDA。串行数据I/O端，用于输入/出数据，漏极开路，可以组成“线与”结构。4）TEST。写保护端，该引脚提供了硬件数据保护，TEST接地时，允许芯片执行一般的读写操作，TEST接VDD时，则对芯片实施写保护。5）A0、A1、A2引脚。提供引脚地址，其状态由硬件组合（000～111），该型号芯片最多可接8片。（2）AT24C02存储器的内部结构AT24C02内部可存储容量为256B，共可接8片，总容量为256B×8=2KBAT24C02内部由SRAM性质内部缓冲器和256字节E2PROM组成，由于E2PROM写入时间较长（5～10mS），为了提高写入速度，设置了8个字节的内部缓冲器，对E2PROM写入实际上是先对缓冲器装载，装载完后自动将缓冲器中的全部数据1次写入E2PROM阵列中。对缓冲器写入称为页写，缓冲器容量称为页写字节数（8字节），占用对E2PROM阵列字节地址（00H～FFH）寻址的低3位，一般低3位地址从零开始写入输入缓冲器；而高5位为阵列的页地址（共有25=32页）；对阵列的写入是以页为单位1次写入的，写入时应等候5～10mS后再启动1次写操作。由于输入缓冲器容量较少，且不具备溢出功能，所以在从非零地址写入8个字节或从零地址写入超过8个字节时，会形成地址翻卷，导致写入错误。（3）AT24C02的写入与读出操作

利用I2C总线对AT24C02进行读、写操作时，除了要传送节点地址（SLA）外，还必须传送E2PROM阵列的字节地址（起始地址低3位为零），称该地址为SUBADR。AT24C02的器件地址为1010B，对AT24C02写入操作的寻址字节SLAW为A0H，对AT24C02读操作的寻址字节SLAR为A1H，并设阵列字节地址SUBADR，以该地址为起始地址，连续写入或读出若干字节数据；对在执行写操作之前，应该在8051单片机内部RAM中设置1个发送数据缓冲区，可称为MTD，将被发送的数据连同SUBADR提前装入该缓冲区中，一并发送出去。例

编写程序将内部RAM60H起始的8个字节数据写入AT24C0250H起始的存储单元中。程序代码如下：ORG0000HLJMPSTARTORG0100HSUBADREQU50HSLAWEQU0A0HVSDAEQUP1.1VSCLEQUP1.0MTDEQU50HNUMBYTEQU40HMRDEQU41HVAT24W:LCALLWMOV9

;将写数据连同SUBADR

送入MTD。MOVNUMBYT,#09H;写入数据字节为9。LCALLWRNBYT;调发送N个字节子程序。RETWMOV9:MOVR0,#MTD;发送缓冲区首址入R0。MOV.@R0,#SUBADRINCR0MOVR1,#60H;数据区首址入R1。MOVR2,#8;移入数据字节数入R2。WMOV:MOVA,@R1;8个数据转入发送缓冲区MTD。MOV@R0,AINCR0INCR1DJNZR2,WMOVRET例

编写程序从AT24C02中的60H～67H中读出8个字节数据存入8051单片机内部RAM的60H～67H单元中。程序代码如下：ORG0000HLJMPSTARTORG0100HSUBADREQU60HSLAWEQU0A0HSLAREQU0A1HVSDAEQUP0.1VSCLEQUP0.0MRDEQU60HMTDEQU50HNUMBYTEQU40HVAT24R:MOVMTD,#SUBADR;向AT24C02写入SUBADR。

MOVNUMBYT,#1

;发送SLAW1个字节数据。LCALLWRNBYTMOVNUMBYT,#08HLCALLRDNBYTACALLRMOV8

;调数据转移子程序。RETRMOV8:MOVR0,#MRDMOVR1,#60HMOVR2,#8RMOV:MOVA,@R0MOV@R1,AINCR0INCR1DJNZR2,RMOVRET7.1.7MCS-51SPI总线扩展技术SPI总线包含时钟线SCLK、主控输出线MISO、主控输入线MOSI和从设备片选线SS。MCS-51单片机大多不具备SPI总线接口，若需扩展SPI接口设备，需要利用IO口模拟SPI时序，下面以8051单片机I/O口模拟SPI总线扩展E2PROM25AA040为例来简单介绍SPI总线的扩展技术，系统时钟为12MHz。（1）25AA040操作控制字25AA040内部存储容量为512B，由A8标记为两页，首页地址范围为0000H~00FFH（A8=0），次页地址范围为0100H~01FFH（A8=1）。（2）SPI读写操作程序实现1）写单字节子程序WRB:MOVA,WDATAMOVR2,#08HCLRCRS:CLRSCLK

;SCLK空闲状态。RLCAJCWR1CLRMOSISJMPCONWWR1:SETBMOSICONW:SETBSCLK

;SCLK上升沿。

DJNZR2,RSRET2）读单字节RDB:MOVRDATA,#00HCLRCMOVR2,#8CONR:CLRSCLK

;SCLK空闲状态。

MOVA,RDATASETBSCLK

;SCLK上升沿。

MOVC,MISORLCAMOVRDATA,ADJNZR2,CONRRET3）写指定地址单元

WRDESTA:CLRSCLKCLRSS

;选中从设备。MOVWDATA,#WRENLCALLWRB;写25AA040锁存器使能命令。SETBSSCLRSSMOVWDATA,WRITELCALLWRB

;送25AA040写入命令字。MOVWDATA,DESTALCALLWRB

;送25AA040数据写入起始地址。MOVWDATA,SDATALCALLWRB

;数据写入25AA040指定地址。SETBSSCLRSCLKRET4）读指定地址单元内容

RDESTA:CLRSCLKCLRSSMOVWDATA,READLCALLWRB

;送25AA040读出命令字。MOVWDATA,DESTALCALLWRB;送25AA040读出起始地址。LCALLRDB

;读25AA040指定地址数据。SETBSSCLRSCLKRET（3）编写程序实现将25AA040的首页所有单元赋值为55H，次页赋值为所有单元赋值为AAH，然后将25AA040的0000H~0010H的数据传送至内部RAM60H为起始地址的存储单元中。ORG0000HLJMPSTARTORG0100HSCLKEQUP1.0;时钟线。MISOEQUP1.1;主控输入线。MOSIEQUP1.2;主控输出线。SSEQUP1.3

;从控片选线。WRENEQU06H;25AA040锁存器使能命令字。WRDIEQU04H;25AA040锁存器禁止命令字。READEQU20H;25AA040读出命令字单元。WRITEEQU21H;25AA040写入命令字单元。WDATAEQU30H;发送单元。

RDATAEQU31H;读数据寄存单元。DESTAEQU50H;写数据目标地址单元。SDATAEQU51H;写数据存储单元WRLENEQU00H;RLENEQU11HRSTOREQU60H

START:MOVDESTA,#00HMOVSDATA,#55HMOVWRITE,#02H;首页写命令字设为02H。MOVR3,#WRLENREW1:LCALLWRDESTALCALLDELAY10mSINCDESTADJNZR3,REW1MOVDESTA,#00HMOVSDATA,#0AAHMOVWRITE,#0AH;次页写命令字设为0AH。MOVR3,#WRLENREW2:LCALLWRDESTALCALLDELAY10mSINCDESTADJNZR3,REW2MOV