外部系统扩展ppt课件

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1、第第8 章章 外部系统的扩展外部系统的扩展8.1 并行扩展总线并行扩展总线8.2 串行扩展总线串行扩展总线8.3 并行存储器和并行存储器和I/O扩展扩展8.4 串行扩展引见串行扩展引见系统扩展概述系统扩展概述 系统扩展是指单片机内部各功能部件不能满足运用系统系统扩展是指单片机内部各功能部件不能满足运用系统要求时，在片外衔接相应的外围芯片以满足运用系统要求。要求时，在片外衔接相应的外围芯片以满足运用系统要求。一、为何要进展系统扩展？一、为何要进展系统扩展？1单片机本身的资源有限单片机本身的资源有限2单片机本身接口功能有限单片机本身接口功能有限 单片机控制运用中的接口要求复杂，而单片机的接口单片机

2、控制运用中的接口要求复杂，而单片机的接口只需数据锁存和缓冲功能，没有控制功能，难以满足复杂只需数据锁存和缓冲功能，没有控制功能，难以满足复杂的的I/O要求。要求。单片机系统中有两类数据传送操作：单片机系统中有两类数据传送操作：单片机与存储器之间的数据读写操作；单片机与存储器之间的数据读写操作；单片机与其它设备之间的数据传送操作。单片机与其它设备之间的数据传送操作。单片机与控制对象或外设之间的数据传送通常较复杂单片机与控制对象或外设之间的数据传送通常较复杂,表如今以下几方面：表如今以下几方面：1 1速度差别大速度差别大 2 2设备种类繁多设备种类繁多 低速与高速外设的速度相差很大，所以低速与高速

3、外设的速度相差很大，所以,单片机无法以单片机无法以一个固定的时序与它们按同步方式协调任务。一个固定的时序与它们按同步方式协调任务。各种设备性能各异、对数据要求不同，因此各种设备性能各异、对数据要求不同，因此,无法按无法按一致格式进展数据传送。一致格式进展数据传送。3 3 数据信号方式多样数据信号方式多样有电压、电流信号，有数字方式、模拟方式。有电压、电流信号，有数字方式、模拟方式。上述要素使单片机的上述要素使单片机的I/OI/O操作变得很复杂，靠单片机本操作变得很复杂，靠单片机本身的身的I/OI/O口无法实现，必需扩展接口电路。口无法实现，必需扩展接口电路。51 单片机的系统扩展主要有如下几种

4、扩展单片机的系统扩展主要有如下几种扩展 程序存储器程序存储器ROM的扩展的扩展 数据存储器数据存储器RAM的扩展的扩展 I/O口普通口普通I/O口、有特殊功能的接口的扩展口、有特殊功能的接口的扩展 中断系统扩展中断系统扩展1、扩展技术中主要研讨、处理的问题：、扩展技术中主要研讨、处理的问题：1提供合理的数据通道提供合理的数据通道 2物理寻址方法物理寻址方法 3数据读写的控制方法数据读写的控制方法 4收发双方的同步传送及其对信号时序的要求收发双方的同步传送及其对信号时序的要求 二、单片机系统扩展方法二、单片机系统扩展方法 51有很强的外部扩展才干，经过总线来进展扩展，有很强的外部扩展才干，经过总

5、线来进展扩展，扩展电路及扩展方法较典型、规范。扩展电路及扩展方法较典型、规范。总线扩展方法是指：以单片机为中心，经过总线总线扩展方法是指：以单片机为中心，经过总线把扩展部件衔接起来。把扩展部件衔接起来。常用的单片机系统扩展方法有两种：常用的单片机系统扩展方法有两种：1 并行扩展法并行扩展法 利用单片机本身具备的三组总线利用单片机本身具备的三组总线AB、DB、CB进展的系统扩展。进展的系统扩展。三、最小运用系统三、最小运用系统 单片机系统的扩展是以根本的最小系统为根底的。单片机系统的扩展是以根本的最小系统为根底的。内部有程序存储器的单片机内部有程序存储器的单片机+晶振电路晶振电路+复位电路就复位

6、电路就是一个最简单的最小运用系统。是一个最简单的最小运用系统。对于内部无程序存储器的芯片8031来说,那么要用外接程序存储器的方法才干构成一个最小运用系统。2 串行扩展法串行扩展法 利用串行总线进展的系统扩展。利用串行总线进展的系统扩展。串行扩展总线有：串行扩展总线有：单总线单总线(1-Wire(1-Wire总线总线)I2C I2C双线总线双线总线 SPI SPI三线总线三种构造三线总线三种构造外接晶振复位电路80518051、8751 8751本身即可构成一本身即可构成一片最小系统片最小系统,只需将单片机接只需将单片机接上时钟电路和复位电路即可上时钟电路和复位电路即可,同时同时 接高电平接高

7、电平,ALE,ALE、信号不用信号不用,系统就可以任务系统就可以任务(a)8051/8751最小系统构造图；最小系统构造图；(b)8031最小系统构造图最小系统构造图EAPSEN片内无程序存储器的芯片构成最小片内无程序存储器的芯片构成最小运用系统时运用系统时,须在片外扩展程序存须在片外扩展程序存储器。由于储器。由于EPROMEPROM芯片普通不能锁芯片普通不能锁存地址存地址,故扩展时还应加故扩展时还应加1 1个锁存个锁存器器,构成一个构成一个3 3片最小系统片最小系统,8.1 并行扩展方法并行扩展方法1地址总线地址总线ABP0口低口低8位地址位地址A0A7,P2口高口高8位地址位地址A8 A1

8、5。2数据总线数据总线DB由由P0口提供口提供D0 D7(3)控制总线控制总线CB包括片外系统扩展用控制包括片外系统扩展用控制线和单片机用于接纳片外线和单片机用于接纳片外控制的信号线。控制的信号线。P2口有输出锁存功能口有输出锁存功能,能保能保管高管高8位地址信息。位地址信息。P0是双向、三是双向、三态控制的态控制的8位口位口一、一、外部总线的扩展外部总线的扩展 用用51的的P2口输出高口输出高8位地址、位地址、P0输出低输出低8位地址和传送数据位地址和传送数据D0D7，外加地址锁存器构成地址、数据总线，控制总线由，外加地址锁存器构成地址、数据总线，控制总线由51 的的RD、WR、PSEN、A

9、LE和和EA8.1.1 8.1.1 单片机的并行总线单片机的并行总线ALE：用于锁存：用于锁存P0口输出的低口输出的低8位地址的控制线。位地址的控制线。ALE在在P0口输出地址期间出现低电平，用其下降沿控制锁存器锁口输出地址期间出现低电平，用其下降沿控制锁存器锁存地址数据。存地址数据。PSEN：输出，用于读片外程序存储器：输出，用于读片外程序存储器EPROM中的中的数据。数据。“读取读取EPROM中数据指令时，不能用中数据指令时，不能用“RD 信号，而只用信号，而只用PSEN信号。信号。EA：输入，用于选择片内或片外程序存储器。当：输入，用于选择片内或片外程序存储器。当 EA 0时，只访问外部

10、程序存储器。当时，只访问外部程序存储器。当 EA1时，先访问内部程时，先访问内部程序存储器，内部程序存储器全部访问完之后，再访问外部序存储器，内部程序存储器全部访问完之后，再访问外部程序存储器。程序存储器。RD、WR：输出，用于片外数据存储器：输出，用于片外数据存储器RAM的读、的读、写控制。执行片外数据存储器操作指令写控制。执行片外数据存储器操作指令MOVX时自动生时自动生 成成 RD、WR 信号信号,并在数据线有效时输出。并在数据线有效时输出。控制总线控制总线8.1.2 8.1.2 并行扩展应留意的问题并行扩展应留意的问题一、地址锁存器的运用一、地址锁存器的运用 经过并行扩展方法，可扩展程

11、序存储器、数据经过并行扩展方法，可扩展程序存储器、数据存储器和并行存储器和并行I/OI/O口，它们要由地址来区分访问。口，它们要由地址来区分访问。由于地址低由于地址低8 8位是由位是由P0P0分时提供，故扩展时分时提供，故扩展时必需采用锁存器锁存地址扩展衔接的芯片本身必需采用锁存器锁存地址扩展衔接的芯片本身有锁存功能除外。有锁存功能除外。51 51的读写时序中，锁存允许信号的读写时序中，锁存允许信号ALEALE是高电平是高电平有效，有效，ALEALE高电平信号与高电平信号与P0P0口有效地址信号同时出口有效地址信号同时出现，现，ALEALE下降沿时锁存低下降沿时锁存低8 8位地址，位地址，AL

12、EALE低电平常低电平常P0P0口为数据。口为数据。因此，应选高电平触发或下降沿触发的锁存器，因此，应选高电平触发或下降沿触发的锁存器，如：如：74LS373或或8282。对上升沿触发的锁存器那。对上升沿触发的锁存器那么应加一级非门后与锁存器的控制端相连。么应加一级非门后与锁存器的控制端相连。G高电平锁存、高电平锁存、STB 从高从高电平转为低电平常锁存电平转为低电平常锁存常用地址锁存器的引脚和接口常用地址锁存器的引脚和接口73LS27373LS273在在CLKCLK上升沿锁存上升沿锁存所以须将所以须将ALEALE反相接入反相接入 TTL TTL芯片芯片74LS37374LS373是一个是一个

13、8D8D三态同相锁存器，其引三态同相锁存器，其引脚和逻辑如下：脚和逻辑如下：D0D1D2D3D4D5D6D7GQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7OE256912151619174LS373引脚图引脚图GOE QN 0 1=DN 0 1=DN 0 0保持 1 X 高阻74LS373真值表真值表34781314171811P0口口ALE805174LS373D0D7Q0Q7GOEA0A7A8A15P2口口低位地址分别电路低位地址分别电路G=1时，时，D端数据端数据=Q端数据，端数据，G=0时，时，Q端数据坚持，不再受端数据坚持，不再受D端变化影响端变化影响二、地址范围确实定和片选信号的产生二、地址范

14、围确实定和片选信号的产生 为了访问扩展的存储单元和为了访问扩展的存储单元和I/O口，必需为每口，必需为每个单元和个单元和I/O端口分配独一的地址。端口分配独一的地址。决议地址范围的要素有两个：决议地址范围的要素有两个：1接口芯片的地址线与单片机的地址总线的衔接接口芯片的地址线与单片机的地址总线的衔接 2接口芯片的片选信号的产生方法接口芯片的片选信号的产生方法 衔接地址线时，通常都是将接口芯片的地址线衔接地址线时，通常都是将接口芯片的地址线与单片机地址总线的假设干低位地址线相连，而用与单片机地址总线的假设干低位地址线相连，而用剩余的剩余的P2口高位地址线来产生片选信号。口高位地址线来产生片选信号

15、。产生片选信号的方法与微机原理中引见的一样。产生片选信号的方法与微机原理中引见的一样。二、地址范围确实定和片选信号的产生二、地址范围确实定和片选信号的产生三、扩展的存储器与三、扩展的存储器与I/O口的编址口的编址 51扩展的扩展的I/O口与扩展的口与扩展的RAM采用一致编址方采用一致编址方式，并用同样的指令式，并用同样的指令MOVX进展访问。所以，当进展访问。所以，当同时扩展有存储器和同时扩展有存储器和I/O口时，要留意地址的合理口时，要留意地址的合理分配、衔接，以保证没有地址冲突。分配、衔接，以保证没有地址冲突。为了在扩展的片外为了在扩展的片外RAM和和I/O口中选择独一口中选择独一的某单元

16、或的某单元或I/O端口进展操作，需求进展选址。端口进展操作，需求进展选址。扩展的片外扩展的片外RAMRAM和和I/OI/O口选址过程分口选址过程分2 2步：步：2片内译码片内译码 经过连到芯片地址引脚上的地址线在芯片内经过连到芯片地址引脚上的地址线在芯片内部进展译码。部进展译码。1片选片选 即经过高位地址线译码或线选方法产生的即经过高位地址线译码或线选方法产生的“片选片选 信号，先找到单元或信号，先找到单元或I/O端口所在的芯片。端口所在的芯片。经过上两步，才干确定独一的存储单元或经过上两步，才干确定独一的存储单元或I/OI/O端口。端口。片选常用有片选常用有“线选和线选和“地址译码地址译码2

17、种方法。种方法。地址译码又分为全译码法、部分地址译码法地址译码又分为全译码法、部分地址译码法 1 线选法：就是直接将单片机最高几位空余地址线中的一线选法：就是直接将单片机最高几位空余地址线中的一根根 作为某一扩展芯片的片选。一根地址线对应一个片选。作为某一扩展芯片的片选。一根地址线对应一个片选。例：例：用用“线选法扩展线选法扩展3片存储器片存储器A10.A0CEA10.A0CEA10.A0CEA10A0A10A0A10A0A13A12A11IIIIII 片选译码方法分：部分译码片选译码方法分：部分译码 全译码法全译码法 线选法的特点：电路简单，但占地址资源多，地址线选法的特点：电路简单，但占地

18、址资源多，地址重叠区多，各芯片的地址空间不延续，不能充分利重叠区多，各芯片的地址空间不延续，不能充分利用用CPU的最大地址空间。的最大地址空间。2)2)译码法：用剩余的高位地址线进展译码，译码输出作为译码法：用剩余的高位地址线进展译码，译码输出作为“片选片选 控制线。控制线。采用线选法时要留意：访问外部数据存储器、I/O接口芯片时，所发出的地址码其做线选的地址线中只能有一个为低电平，以保证同一时辰只选中一片芯片，否那么，将引起错误。部分译码法的特点：既能利用部分译码法的特点：既能利用CPU的较大的地址空的较大的地址空间，又可简化译码电路，但存在地址重叠间，又可简化译码电路，但存在地址重叠常用的

19、译码器有常用的译码器有3/8译码器译码器74LS、双、双2/4译码器译码器74LS、4/16译码器译码器74LS154等。等。A15 A14 A13 A12 A11 A10A0 十六进制十六进制地址地址 芯片芯片 I 1 0 0 0 0 0 0 8000H 1 0 0 0 0 1 1 87FFH 芯片芯片 II1 1 0 0 0 1 0 0 8800H 1 0 0 0 1 1 1 8FFFH 芯片芯片III 1 1 0 0 1 0 0 0 9000H 1 0 0 1 0 1 1 97FFH四、控制信号的时序配合四、控制信号的时序配合 当外扩芯片的操作控制信号的时序与当外扩芯片的操作控制信号的时

20、序与51单片机提供的单片机提供的相应控制信号时序相合时，可以直接与单片机相应引脚相相应控制信号时序相合时，可以直接与单片机相应引脚相连。连。时序上不能与单片机提供的控制信号相配时，时序上不能与单片机提供的控制信号相配时，可设计简单组合逻辑电路，对单片机相关的引脚信可设计简单组合逻辑电路，对单片机相关的引脚信号进展处置，得到相配的时序信号后衔接。号进展处置，得到相配的时序信号后衔接。全译码法的特点：能充分利用全译码法的特点：能充分利用CPU的最大地址空间，的最大地址空间，芯片的地址空间可延续，无地址重叠，但译码电路芯片的地址空间可延续，无地址重叠，但译码电路较复杂，添加硬件开销普通在外部扩展大容

21、量的较复杂，添加硬件开销普通在外部扩展大容量的存储器时运用。存储器时运用。.总线驱动总线驱动 扩展使得总线上常挂接很多负载扩展使得总线上常挂接很多负载,但总线接口的负载才但总线接口的负载才干有限干有限,因此，常需经过总线驱动器进展总线驱动。因此，常需经过总线驱动器进展总线驱动。总线驱动器对于单片机的总线驱动器对于单片机的I/OI/O口只相当于添加了一个口只相当于添加了一个TTLTTL负载负载,它除了对后级电路驱动外它除了对后级电路驱动外,还能对负载的动摇变化起还能对负载的动摇变化起隔离作用。隔离作用。在对在对TTL 负载驱动时负载驱动时,只需思索驱动电流的大小只需思索驱动电流的大小;在对在对M

22、OS负载驱动时负载驱动时,MOS负载的输入电流很小负载的输入电流很小,更多地要思索更多地要思索对分布电容的电流驱动。对分布电容的电流驱动。1 1 常用的总线驱动器常用的总线驱动器 地址总线和控制总线是单向的地址总线和控制总线是单向的,因此可选用单因此可选用单向驱动器向驱动器,如如74LS24474LS244，它带有三态控制，它带有三态控制,能实现能实现总线缓冲和隔离。总线缓冲和隔离。数据总线是双向的数据总线是双向的,其驱动器要选用双向的其驱动器要选用双向的,如如74LS24574LS245，它是三态的它是三态的,有一个方向控制端有一个方向控制端DIR,DIR=1DIR,DIR=1时输出时输出(

23、AnBn),DIR=0(AnBn),DIR=0时输入时输入(AnBn)(AnBn)。单向驱动器双向驱动器P0 口的驱动口的驱动 P2 口的驱动口的驱动2.51单片机与总线驱动器的接口单片机与总线驱动器的接口 单向单向双向双向当当PSEN、RD任一个有效，任一个有效，LS245传输方传输方向向BA输入输入，当进展，当进展RAM写时两者均无写时两者均无效时，传输方效时，传输方向向A B1.外部程序存储器的扩展外部程序存储器的扩展 51 单片机程序存储器的扩展单片机程序存储器的扩展用译码方法扩展用译码方法扩展4片片27128的的EPROM电路原理图电路原理图8.3.2 外部数据存储器的扩展外部数据存

24、储器的扩展 1.外部数据存储器的扩展方法外部数据存储器的扩展方法 在要定义大量的数据变量、标志位或需求大量的数据缓冲区的运用系统中，会需求扩展数据存储器。数据存储器在和单片机的接口上有独立的控制信号线，RD、WR和读写指令，扩展时将RAM芯的OE、WE分别与单片机的RD、WR引脚相衔接，数据线和地址线的衔接方法与程序存储器扩展的衔接一样。数据存储器扩展应留意的问题数据存储器扩展应留意的问题 必需保证扩展的数据存储器与扩展的必需保证扩展的数据存储器与扩展的I/O芯片的地址没芯片的地址没有冲突。有冲突。51单片机扩展数据存储器的表示图 例：扩展例：扩展2 2片片，采线选法寻址。，采线选法寻址。用口

25、线用口线P2.7P2.7来寻址来寻址 当当P2.7=0P2.7=0时时访问片访问片0)0)，地址，地址范围为范围为6000H 6000H 7FFFH 7FFFH 当当P2.7=lP2.7=l时时访问片访问片1 1，地址，地址范围为范围为E000H E000H FFFFHFFFFHWR16K片外数据存储器扩展电路片外数据存储器扩展电路存储器扩展举例存储器扩展举例采用地址译码器扩展存储器的衔接图采用地址译码器扩展存储器的衔接图 51单片机同时扩展程序存储器和数据存储器单片机同时扩展程序存储器和数据存储器80C51 +5V也可用地址译码信号使也可用地址译码信号使它们具有指定的地址它们具有指定的地址.

26、扩展既可读又可写的程序存储器扩展既可读又可写的程序存储器 在扩展的在扩展的ROM中，只能运转但不能修正程序，假设把程序中，只能运转但不能修正程序，假设把程序放在扩展放在扩展RAM中，虽可修正却又不能运转程序，由于，对外部中，虽可修正却又不能运转程序，由于，对外部ROM和和RAM是用不同指令产生不同的读选通讯号来访问的。是用不同指令产生不同的读选通讯号来访问的。处理的方法：将两者的读访问信号相与后作为扩展处理的方法：将两者的读访问信号相与后作为扩展RAM的读选通控制信号，从而使之成为可读可写的的读选通控制信号，从而使之成为可读可写的“程序存储程序存储器。器。地址线地址线 A10A0数据线数据线

27、D7D0WR WE OERDPSEN片外存储器片外存储器读信号读信号=PSEN RD=PSEN RDEEPROM 既能作为程序存储器又能作数据存储器，故可既能作为程序存储器又能作数据存储器，故可将程序存储器与数据存储器空间合二为一，衔接方法如下将程序存储器与数据存储器空间合二为一，衔接方法如下:PSEN、RD任一个有效任一个有效时时OE有效，只需两者有效，只需两者 均均无效时无效时OE才无效才无效.8.3.3 并行并行I/O口的扩展口的扩展(1)51没有专门的没有专门的I/O指令，扩展的指令，扩展的I/O口与片外口与片外RAM一致编一致编址，占用片外址，占用片外RAM地址空间，一切扩展的地址空

28、间，一切扩展的I/O口或经过扩展口或经过扩展I/O口衔接的外围设备均采取与片外口衔接的外围设备均采取与片外RAM一样的寻址方法，一样的寻址方法，用用MOVX指令访问。指令访问。151单片机单片机I/O口扩展性能口扩展性能 (2)利用串行口方式0，也可扩展I/O口，所扩展的I/O口不占用片外RAM地址。单片机运用系统中，单片机运用系统中，I/O口的扩展是为外部通道及设备口的扩展是为外部通道及设备提供输入、输出通道。因此，提供输入、输出通道。因此，I/O口的扩展总是为了实现某一口的扩展总是为了实现某一测控及管理功能而进展的。测控及管理功能而进展的。因此，在因此，在I/O口扩展时，必需思索与之相连的

29、口扩展时，必需思索与之相连的外部硬件电路特性，如驱动功率、电平、干扰抑外部硬件电路特性，如驱动功率、电平、干扰抑制及隔离等。制及隔离等。2扩展扩展I/O口运用的芯片口运用的芯片 51单片机运用系统中，扩展I/O口所采用的芯片主要有两大类:通用通用I/OI/O口芯片口芯片 如如82558255和和I/OI/O扩展复合芯片扩展复合芯片81558155等。等。TTL TTL、CMOSCMOS电路芯片电路芯片 单片机运用系统中常采用这些芯片用来扩展普通单片机运用系统中常采用这些芯片用来扩展普通8 8位输入位输入或输出口，它们体积小、本钱低、配置灵敏或输出口，它们体积小、本钱低、配置灵敏,运用非常方便。

30、运用非常方便。经过经过P0口扩展的主要有各类锁存器、三态缓冲器等，如：口扩展的主要有各类锁存器、三态缓冲器等，如：74LS373、74LS273、74LS573、74LS574、74LS367、74LS374、74LS377、74LS244等。等。3并行并行I/O口的扩展方法口的扩展方法 根据扩展并行根据扩展并行I/O口时数据线的衔接方式，口时数据线的衔接方式，I/O口扩展可分为总线扩展方法、串行口扩展方法。口扩展可分为总线扩展方法、串行口扩展方法。常用常用I/OI/O扩展扩展TTLTTL、CMOSCMOS芯片芯片 用用TTL芯片进展芯片进展I/O口的扩展，口的扩展，只需按照只需按照“输入三态

31、输入三态,输输出锁存与总线相连的原那么出锁存与总线相连的原那么,即能组成简单的即能组成简单的I/O 扩展接扩展接口。口。(2)串行口扩展方法串行口扩展方法 利用利用51的串行口在方式的串行口在方式0任务下所提供的任务下所提供的I/O口扩展功能。口扩展功能。这种扩展只占用串行口这种扩展只占用串行口.接上串入并出移位存放器可扩展并行输出口，接上串入并出移位存放器可扩展并行输出口，接上并入串出移位存放器可扩展并行输入口。接上并入串出移位存放器可扩展并行输入口。经过移位存放器级联，可扩展多数量、多位的并行经过移位存放器级联，可扩展多数量、多位的并行I/O口。口。缺陷：传输速度较慢缺陷：传输速度较慢 (

32、1)总线扩展方法总线扩展方法 扩展的扩展的I/O芯片的数据线取自芯片的数据线取自P0口。这种扩展方法只分口。这种扩展方法只分时占用时占用P0口，并不影响口，并不影响P0口与其它扩展芯片的衔接操作，不口与其它扩展芯片的衔接操作，不会呵斥硬件的额外开销。因此，在单片机运用系统的会呵斥硬件的额外开销。因此，在单片机运用系统的I/O扩展扩展中被广泛采用。中被广泛采用。单片机系统中输入接口的扩展普通选器具有缓冲单片机系统中输入接口的扩展普通选器具有缓冲功能的芯片实现，例如：功能的芯片实现，例如：74LS244 74LS244、74LS24574LS245等。等。4 4、I/OI/O口扩展举例口扩展举例

33、单片机系统中输出接口的扩展经常选器具备锁单片机系统中输出接口的扩展经常选器具备锁存功能的芯片实现，普通有：存功能的芯片实现，普通有：74LS27374LS273，74LS37374LS373，74LS57374LS573、74LS57474LS574等。等。1简单并行输出接口的扩展简单并行输出接口的扩展CK为时钟输入端为时钟输入端G为锁存允许为锁存允许做数据总线时的做数据总线时的P0P0口并没有锁存功能口并没有锁存功能,为了有稳定的输出为了有稳定的输出,所以，用所以，用TTLTTL或或CMOSCMOS锁存器芯片把数据锁存输出。锁存器芯片把数据锁存输出。锁存器、三态门芯锁存器、三态门芯片都只需数

34、据线和片都只需数据线和锁存允许及输出允锁存允许及输出允许控制线，而无地许控制线，而无地址线和片选信号线址线和片选信号线,但对扩展但对扩展I/OI/O口是口是用用MOVXMOVX指令以确定指令以确定的地址来进展访问的地址来进展访问,所以所以,要用地址线要用地址线控制锁存允许、输控制锁存允许、输出允许。出允许。将将1 1个字节数据从用个字节数据从用74LS37774LS377扩展的扩展的I/OI/O输出，用下面输出，用下面程序段：程序段：MOVMOVDPTR,#7FFFHDPTR,#7FFFH；地址指针指向；地址指针指向74LS37774LS377MOVMOVA,#DATAA,#DATA；将输出数

35、据送；将输出数据送A AMOVX DPTR,AMOVX DPTR,A;输出数据输出数据 对于常态数据的输入，只需采用对于常态数据的输入，只需采用8位三态门控位三态门控制电路芯片即可。制电路芯片即可。对于输入对于输入,由于是经过数据总线进展由于是经过数据总线进展,输入时一输入时一定要用三态芯片定要用三态芯片,以免平常对数据总线有影响。以免平常对数据总线有影响。留意！留意！:不是用不是用 MOV P0,#DATA并行扩展并行扩展I/O口的运用口的运用用用74LS24474LS244经过经过P0P0口扩展口扩展8 8位并行输入口，三态门由位并行输入口，三态门由P2.6P2.6和和RDRD相或控制，故

36、其端口地址为相或控制，故其端口地址为BFFFHBFFFH。MOVMOV DPTR,#0BFFFH DPTR,#0BFFFH ；指向；指向74LS24474LS244口地口地址，使址，使A14=0A14=0MOVX A,DPTRMOVX A,DPTR ；读入数据；读入数据74LS244是双是双4位位三态输入缓冲器三态输入缓冲器DRDP21G、2G为为输出控制端输出控制端2简单并行输入接口的扩展简单并行输入接口的扩展 3用公用用公用I/O芯片芯片8255扩展并行扩展并行I/O口口复位电路复位电路8031与与8255的接口方法的接口方法8.3.4 C51访问扩展的存储器和访问扩展的存储器和I/O端口

37、的方法端口的方法 51对外扩的I/O或外扩RAM一致编址，将扩展的I/O口看作片外RAM单元来访问。在C51中如何访问它们？#include /absacc.H包含了能进展绝对包含了能进展绝对地地 址访问的宏定义址访问的宏定义#define 变量名变量名 XBYTE地址常数地址常数/指定变量与指定变量与XDATA 区中的某绝对字节地址对应区中的某绝对字节地址对应 外外RAM或扩展或扩展I/O口的地址口的地址 访问方法一、访问方法一、采用绝对地址访问的方法，用预定义宏指定变量在采用绝对地址访问的方法，用预定义宏指定变量在xdata空间并使绝对地址与要访问的扩展空间并使绝对地址与要访问的扩展RAM

38、单元、单元、I/O口相对应。口相对应。例：对片外的例：对片外的1000H1000H端口进展数据的读操作，设计方法如下端口进展数据的读操作，设计方法如下#include#include#include#include#define port XBYTE (0 x1000);/#define port XBYTE (0 x1000);/将外部将外部1000H1000H端口命名为端口命名为portport 长度为长度为8 8位。以后，位。以后，程序中就用程序中就用 port port对对 外部外部1000H1000H地址的端口进展访问地址的端口进展访问void main(void)void main

39、(void)int temp;int temp;While(1)While(1)temp=port;temp=port;访问方法二：访问方法二：用指针变量访问外用指针变量访问外RAMRAM或扩展或扩展I/OI/O口。设置指针为指向口。设置指针为指向xdataxdata区类型，并在程序中为指针变量设置与访问的外区类型，并在程序中为指针变量设置与访问的外RAMRAM单元或扩展的单元或扩展的I/OI/O口相对应的地址。口相对应的地址。针对上述举例，程序设计如下：针对上述举例，程序设计如下：#include unsigned char xdata *PORT；/定义一个指向外扩RAM区的无符 号字符类

40、型数据的指针void main(void)unsigned int temp;PORT=0 x1000;/在程序内，对指针设定地址值，指向要 访问的地址为1000H的外RAM单元或I/O口 While1 temp=*PORT；，简单简单I/O扩展设计运用举例扩展设计运用举例例例1 1：运用：运用7427374273扩展单片机的输出端口，设定扩展单片机的输出端口，设定7427374273的端的端口访问地址为口访问地址为7FFFH7FFFH，控制数码管显示，控制数码管显示0-90-9。设计要求，端口的访问地设计要求，端口的访问地址为址为7FFFH7FFFH，即在地址线上，即在地址线上输出时，只需高

41、位输出时，只需高位P2.7P2.7为为低电平，其他均为高电平低电平，其他均为高电平运用运用/WR/WR与与P2.7P2.7共同作共同作为为7427374273数据选通的控数据选通的控制信号，与制信号，与7427374273的的CLKCLK引脚相连。引脚相连。#include#include#include#include#define port XBYTE 0 x7FFF#define port XBYTE 0 x7FFFunsigned char table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,unsigned char table=0 x3f,0 x06

42、,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;/0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;/设置数码显示数据表设置数码显示数据表void delay(void)void delay(void)unsigned int i;unsigned int i;for(i=0;i40000;i+);for(i=0;i40000;i+);void main(void)void main(void)unsigned int i;unsigned int i;while(1)while(1)for(i=0;i10;i+)for(i=0;i10;i+)p

43、ort=tablei;port=tablei;/从数码显示字表读取数据，经过从数码显示字表读取数据，经过7427374273输出显示输出显示 delay();delay();编程序应留意：编程序应留意：在程序中涉及到访问外部存放器单元地址在程序中涉及到访问外部存放器单元地址时，头文件时，头文件#include#include 不可短少不可短少 用用definedefine定义端口的格式为：定义端口的格式为：#define#define 端口称号端口称号 XBYTE (XBYTE (端口地址端口地址););图图8.2.4 8.2.4 简单并行简单并行I/OI/O接口扩展电路接口扩展电路 例2：用

44、74273、74244芯片实现简单的并行接口扩展电路，实现的功能：按键的形状经过74244缓冲读入，经过74273锁存输出，在八个LED发光二极管上显示。+5VP2.0273273、244244的片选均经过的片选均经过P2.0P2.0实现，因此，访问实现，因此，访问地址均为地址均为FEFFFEFF，为了区别两芯片访问，参与，为了区别两芯片访问，参与/RD/RD、/WR/WR来分别控制对不同芯片的控制端。来分别控制对不同芯片的控制端。#include unsigned char xdata *PORT；/定义访问的外部端口变量定义访问的外部端口变量void main()unsigned int

45、tmp;PORT=0 xFEFF;/根据原理图，定义外部端口的地址根据原理图，定义外部端口的地址 While1 tmp=*PORT；/从从74244端口读取开关形状数据端口读取开关形状数据 *PORT=tmp；/将读取的数据经过将读取的数据经过74273锁存输出锁存输出 /经硬件电路在发光二极管上显示经硬件电路在发光二极管上显示 例例3：用：用8255扩展输入、输出口实现外接扩展输入、输出口实现外接LED由拨动开关相应位的形状进展控制的功能。由拨动开关相应位的形状进展控制的功能。由图知由图知A A口输出口输出:7FFC :7FFC B B口输入口输入:7FFD:7FFD C C口口:7FFE

46、D:7FFE D口口:7FFF:7FFFP2.7P2.7P2.7P2.7#include#include#include#include#define COM8255 XBYTE0 x7FFF/#define COM8255 XBYTE0 x7FFF/设置命令控制存放器地址设置命令控制存放器地址#define PA8255 XBYTE0 x7FFC /#define PA8255 XBYTE0 x7FFC /设置设置A A口的访问地址口的访问地址#define PB8255 XBYTE0 x7FFD /#define PB8255 XBYTE0 x7FFD /设置设置B B口的访问地址口的访问

47、地址unsigned char temp;unsigned char temp;void main(void)void main(void)COM8255=0 x83;/COM8255=0 x83;/初始化初始化82558255，据标题要求，据标题要求A A、B B口方式口方式0 0 /B /B口输入，口输入，A A口输出。口输出。while(1)while(1)temp =PB8255;/temp =PB8255;/读入读入B B口数据口数据 PA8255=temp;/PA8255=temp;/从从A A口输出口输出 8.2 串行总线扩展串行总线扩展串行传输信号的特点串行传输信号的特点:1

48、0 0 1 1 1 0 1 串行方式传送数据时，数据的一切各位不是同串行方式传送数据时，数据的一切各位不是同时发送和接纳，而是按一定顺序，一位一位地分时发送和接纳，而是按一定顺序，一位一位地分时传送和接纳。这种方式传送本钱低，传输间隔时传送和接纳。这种方式传送本钱低，传输间隔长，速度慢。长，速度慢。与并行扩展一样，串行扩展也要处理以下问题与并行扩展一样，串行扩展也要处理以下问题:数据传送对象数据传送对象(单元单元/I/O口口)地址的选择地址的选择数据读写的控制数据读写的控制数据的传输。数据的传输。1.为实现地址、控制、数据信号分时传输，收发为实现地址、控制、数据信号分时传输，收发双方需求制定严

49、厉的协议。双方需求制定严厉的协议。2.如何处理双方同步收发问题？如何处理双方同步收发问题？处理上述问题有多种不同方法，因此产生了多种不处理上述问题有多种不同方法，因此产生了多种不同串行总线及其不同的传输协议。同串行总线及其不同的传输协议。然而，串行总线扩展然而，串行总线扩展,通常只需通常只需1-2根传输线根传输线,因此因此,地址地址信号、控制信号和传送的数据只需采用分时传送的方法信号、控制信号和传送的数据只需采用分时传送的方法,用用这这1条线来传送，那么如何处理上述问题呢？条线来传送，那么如何处理上述问题呢？目前单片机外部串行扩展常用的串行总线有目前单片机外部串行扩展常用的串行总线有SPI(S

50、erial Peripheral Interface)接口接口 I2C(Inter-Integrated Circuit)接口接口 1-Wire1-Wire Chips技术等。技术等。1-WIRE总线具有构造最简单、本钱低廉、节总线具有构造最简单、本钱低廉、节省省 I/O资源、便于总线扩展和维护等优点。资源、便于总线扩展和维护等优点。在在SPI总线规范中，运用总线规范中，运用3根公共的同步时钟根公共的同步时钟SCK、数据、数据线线MISO、MOSI和独立的从器件选择线和独立的从器件选择线SS来完成器件的寻址、来完成器件的寻址、读写控制和数据传送的。通讯过程由产生读写控制和数据传送的。通讯过程由

51、产生SCK时钟信号的主器时钟信号的主器件件MPU控制。控制。SPI总线接口读写速度比总线接口读写速度比I2C总线接口快，通讯协议也较总线接口快，通讯协议也较简单，因此，简单，因此，SPI总线在单片机控制系统中被广泛运用在与总线在单片机控制系统中被广泛运用在与E2PROM、ADC、FRAM和显示驱动器之类的慢速外设器件和显示驱动器之类的慢速外设器件通讯中。通讯中。I2C总线规范中，运用串行时钟信号总线规范中，运用串行时钟信号SCL和串行数据和串行数据/地地址线址线SDA进展信息传输，并允许假设干兼容器件共享双线总进展信息传输，并允许假设干兼容器件共享双线总线，通讯过程由产生线，通讯过程由产生SC

52、L时钟信号的主器件时钟信号的主器件MPU控制。控制。SPI总线是总线是Motorala公司提出的一种基于四线制的同步串公司提出的一种基于四线制的同步串行总线，它是一种在芯片之间经过串行数据线行总线，它是一种在芯片之间经过串行数据线MISO、MOSI和串行时钟线和串行时钟线SCK实现同步串行数据传输的技术。实现同步串行数据传输的技术。8.2.1SPI总线总线 SPI提供访问一个提供访问一个4线、全双工串行总线的才干，支持线、全双工串行总线的才干，支持在同一总线上将多个从器件衔接到一个主器件上，由主器件在同一总线上将多个从器件衔接到一个主器件上，由主器件控制数据向一个或多个从器件传送。控制数据向一

53、个或多个从器件传送。SPI设备可以任务在主方式或从方式中。设备可以任务在主方式或从方式中。SPI总线构造总线构造 一个完好的一个完好的SPI系统有如下的特性：系统有如下的特性：.全双工、三线同步传送；全双工、三线同步传送；.主、从机任务方式；主、从机任务方式；.可程控的主机位传送频率、时钟极性和相位可程控的主机位传送频率、时钟极性和相位 .发送完成中断标志；发送完成中断标志；.写冲突维护标志。写冲突维护标志。数据传送格式：先传送数据最高位数据传送格式：先传送数据最高位MSB普通普通SPI系统运用四个系统运用四个I/O引脚：引脚：串行数据线串行数据线MISO、MOSI用于串行数据的发送用于串行数

54、据的发送和接纳。和接纳。MISO主机方式输入从机方式输出数据线主机方式输入从机方式输出数据线 MOSI主机方式输出从机方式输入数据线主机方式输出从机方式输入数据线 在在SPI设置为主机方式时，设置为主机方式时，MISO线是主机数据输入线线是主机数据输入线，MOSI是主机数据输出线；是主机数据输出线；在在SPI设置为从机方式时，设置为从机方式时，MISO线是从机数据输出线线是从机数据输出线，MOSI是从机数据输入线。是从机数据输入线。在在SPI器件设置为主机方式时，主机启动一次传送后会自器件设置为主机方式时，主机启动一次传送后会自动在动在SCK脚产生脚产生8个时钟周期。主机和从机个时钟周期。主机

55、和从机SPI器件在器件在SCK信信号的一个跳变时进展数据移位，数据稳定后的另一个跳变时进号的一个跳变时进展数据移位，数据稳定后的另一个跳变时进展采样。展采样。串行时钟线串行时钟线SCK SCK用于同步从用于同步从MISO、MOSI引脚输入、输出引脚输入、输出的数据传送。在的数据传送。在SPI器件设置为主机方式时器件设置为主机方式时SCK为为输出；在输出；在SPI器件设置为从机方式时器件设置为从机方式时SCK为输入。为输入。对于一个完好的对于一个完好的SPI系统，串行数据和串行时钟之间有四系统，串行数据和串行时钟之间有四种极性和相位关系，以顺应不同的外围器件特性。主机和从种极性和相位关系，以顺应

56、不同的外围器件特性。主机和从机器件之间的传送定时关系必需一样。机器件之间的传送定时关系必需一样。起始电平为低电平起始电平为低电平起始电平为高电平起始电平为高电平采样时间在上升沿采样时间在上升沿采样时间在下降沿采样时间在下降沿从机选择从机选择 在从机方式时，在从机方式时，脚是输入端，用于使能脚是输入端，用于使能SPI从机进展数据传送；在主机方式时，从机进展数据传送；在主机方式时，用来维护在用来维护在主方式下主方式下SPI同步操作所引起的冲突，逻辑同步操作所引起的冲突，逻辑0制止制止SPI，去除，去除MSTR位。普通由外部置为高电平，位。普通由外部置为高电平，。SSSSSS 经过经过SPI可以扩展

57、各种可以扩展各种I/O功能，包括：功能，包括：AD、DA、实时时钟、实时时钟、RAM、EEPROM及并行输入及并行输入输出接口等。输出接口等。SPI总线接口的典型电路如以下图所示。采用总线接口的典型电路如以下图所示。采用1个主器件个主器件和和n个从器件构成。主器件产生时钟信号，控制着数据向个从器件构成。主器件产生时钟信号，控制着数据向1个个或或n个从器件传送，从器件在主机发命令时才干接纳或发送数个从器件传送，从器件在主机发命令时才干接纳或发送数据。据。2SPI串行总线的接口电路串行总线的接口电路 对于没有对于没有SPI接口的接口的 51单片机，可以用两种方法来实现单片机，可以用两种方法来实现与

58、与SPI外设的接口。外设的接口。串行时钟极性和相位之间的关系、传送速率都是固定的，串行时钟极性和相位之间的关系、传送速率都是固定的，不可编程改动。不可编程改动。3.51单片机串行扩展单片机串行扩展SPI外设的接口外设的接口 1用串口方式用串口方式0提供简化的提供简化的SPI同步串行通讯功能同步串行通讯功能只需两个引脚：只需两个引脚：RXDMOSI/MISO和和TXDSCLK其特点是：其特点是：2通用通用I/O口来模拟口来模拟SPI串行接口，用软件来模拟仿真串行接口，用软件来模拟仿真SPI操作。操作。由于串行数据输入、输出是同一根线，要由软件由于串行数据输入、输出是同一根线，要由软件设置数据传送

59、方向。设置数据传送方向。串行数据线上传送数据位的顺序为先串行数据线上传送数据位的顺序为先LSB后后MSB 8.2.3 I2C总线总线 I2C总线总线(Intel IC BUS)是是Philips公司推出的一种基于两线公司推出的一种基于两线制的同步串行数据传输总线。被广泛用于消费类电子产品、通制的同步串行数据传输总线。被广泛用于消费类电子产品、通讯产品、仪器通讯及工业总线中。讯产品、仪器通讯及工业总线中。SDA:串行数据线，双向串行数据线，双向传输数据。传输数据。SCL:串行时钟线，传输串行时钟线，传输时钟信号，在传输过程时钟信号，在传输过程中用来同步数据线上的中用来同步数据线上的数据传送数据传

60、送1、I2C总线系统构造总线系统构造 挂在挂在I2C总线上的器件必需有总线上的器件必需有I2C总线接口，它们的总线接口，它们的SDA和和SCL引脚都是开漏构造，都需经过电阻与电源衔接。一切器引脚都是开漏构造，都需经过电阻与电源衔接。一切器件的同名端相衔接。作为主控件的单片机可以没有件的同名端相衔接。作为主控件的单片机可以没有I2C总线接口总线接口。在在I2C 总线上的器件根据其功能可分为两种：主控器总线上的器件根据其功能可分为两种：主控器件和从控器件。件和从控器件。主控器件：控制总线存取，产生串行时钟信号主控器件：控制总线存取，产生串行时钟信号SCL，并产，并产生启动传送及终了传送的信号，总线

61、必需由一个主控器件控制生启动传送及终了传送的信号，总线必需由一个主控器件控制。从器件：在总线上被主控器件寻址的器件，它们根据主控从器件：在总线上被主控器件寻址的器件，它们根据主控器件的命令来接纳和发送数据。器件的命令来接纳和发送数据。1 I2C总线采用两线制，由双向数据线总线采用两线制，由双向数据线SDA和时钟和时钟SCL构成，为同步传输总线，数据线上信号完全与时构成，为同步传输总线，数据线上信号完全与时钟同步，可进展全双工数据传送。钟同步，可进展全双工数据传送。2、I2C总线特点总线特点 3总线采用了器件地址硬件设置总线采用了器件地址硬件设置,无须用外围器件无须用外围器件片选信号方式的寻址方

62、法。可以并行扩展多个外围片选信号方式的寻址方法。可以并行扩展多个外围器件。器件。2总线平常经过上拉电阻接到电源，在空闲情况下总线平常经过上拉电阻接到电源，在空闲情况下，2根线都处于高电平。根线都处于高电平。4 4系统中的器件有四种能够的任务方式：主发送系统中的器件有四种能够的任务方式：主发送方式、主接纳方式、从发送方式和从接纳方式。方式、主接纳方式、从发送方式和从接纳方式。6是一个真正的多机总线，假设两个或更多主机是一个真正的多机总线，假设两个或更多主机同时初始化数据传输，可以经过冲突检测和仲裁防止同时初始化数据传输，可以经过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。数据被破坏。5I2C总线指定了严厉的规

63、范，包括：接口的电气总线指定了严厉的规范，包括：接口的电气特性、信号时序、信号传输的定义等。特性、信号时序、信号传输的定义等。7由于由于I2C添加了用于同步的时钟线添加了用于同步的时钟线SCL，可以大大，可以大大提高数据的传输速度。规范方式下可达提高数据的传输速度。规范方式下可达100kbit/s快速快速方式下可达方式下可达400kbit/s,高速方式下可达高速方式下可达3.4Mbit/s。3、I2C总线任务原理总线任务原理 1 1 数据传送采用主从方式，由主控器件来寻数据传送采用主从方式，由主控器件来寻址从器件、启动总线、产生时钟、传送数据及终址从器件、启动总线、产生时钟、传送数据及终了数据

64、的传送。了数据的传送。2 2 I2C I2C总线上一切器件都有规范的器件地址，总线上一切器件都有规范的器件地址，它由器件的固有地址及其地址引脚电平决议，对器它由器件的固有地址及其地址引脚电平决议，对器件的寻址采用软件方法。件的寻址采用软件方法。I2C I2C总线器件地址由七位组成，它与总线器件地址由七位组成，它与1 1位方向位方向位共同构成了位共同构成了I2CI2C总线器件的寻址字节总线器件的寻址字节SLASLA。D7D6 D5 D4D3 D2 D1 D0寻址字节寻址字节SLASLA器件地址器件地址引脚地址引脚地址方向位方向位DA3DA3DA2 DA1DA2 DA1DA0DA0A2A2 A1

65、A0 A1 A0R/WR/WDA3-DA0DA3-DA0是是I2CI2C器件固有地址编码，出厂时已给定。器件固有地址编码，出厂时已给定。如：如：E2PROM AT24C02 E2PROM AT24C02的地址为的地址为10101010，4 4位位LEDLED驱动驱动器器SAA1064SAA1064的地址为的地址为01110111。同类器件具有同样的地。同类器件具有同样的地址编码址编码A2A2、A1A1、A0A0是由是由I2CI2C器件引脚衔接形状构成的地址码。器件引脚衔接形状构成的地址码。这些引脚可接电源或地，这部分可变地址可区分线这些引脚可接电源或地，这部分可变地址可区分线上同类器件，也决议

66、了总线上可衔接的同类器件的上同类器件，也决议了总线上可衔接的同类器件的数量。数量。3、I2C总线信号类型和时序总线信号类型和时序1 1 I2C I2C总线在传送数据过程中共有总线在传送数据过程中共有4 4种类型信号。种类型信号。开场信号开场信号S S：SCLSCL为高电平常，为高电平常，SDASDA由高电平向低由高电平向低 电平跳变，开场传送数据。电平跳变，开场传送数据。终了信号终了信号P P：SCLSCL为高电平常，为高电平常，SDASDA由低电平向高由低电平向高 电平跳变，终了传送数据。电平跳变，终了传送数据。方向位方向位R/WR/W规定了总线上的主器件与从器件的数据传规定了总线上的主器件与从器件的数据传送方向。送方向。R/W=1R/W=1表示接纳表示接纳(读读)，R/W=0R/W=0表示发送表示发送(写写)。应对信号应对信号A A：接纳数据的器件在接纳到：接纳数据的器件在接纳到8 8位数据后，位数据后，向发送器件发出特定的低电平脉冲，表示向发送器件发出特定的低电平脉冲，表示 已收到数据。发送器接纳到应对信号后，根已收到数据。发送器接纳到应对信号后，根 据实践情况做出能否继续传送信