单片机系统扩展

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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 ） 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 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 系 统 扩 展 选 址 方 法1、 线 选 法 ： 利 用 单 片 机 的 一 根 空 闲 高

2、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

3、 给 系 统 设 计 带 来 不 便 。 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 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 1 1 0 低 8位 地 址 变 化 范 围 ： P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 由 此 可 得 6264的 地 址 范 围 为 ： C000H DFFFH 。 8255的 地 址 范 围 ： 高 8位 地 址 变 化 范 围 ： P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 1 0 1

4、 1 1 1 1 1低 8位 地 址 变 化 范 围 ： P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 1 1 1 1 1 1 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 ： P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 0 1 1 1 1 1 1 1 低 8位 地 址 变 化 范 围 ： P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 1 1 1 1 1 1 1 1由 此 可 得 0832的 地 址 为

5、： 7FFFH 。 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 。 扩 展 器 件 片 内 字 节 地 址 数 地 址 编 码6264 8K 0000H 1FFFH8255 4 3FFCH

6、3FFFH0832 1 7FFFH8255 4 9FFCH 9FFFH地 址 译 码 进 行 外 部 扩 展 举 例 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 8255可 编 程 并 行 I/O接 口 扩 展 芯 片（ 1） 8255内 部 结 构 及 引 脚 功 能 数 据 总 线缓 冲 器 B组控 制 A组 端 口 A（ 8）A组 端 口 C 上 半 部（ 4）B组 端 口 C下 半 部 （ 4）B组 端 口 B（ 8） A组控 制 读 写控 制逻 辑RDWRA0A1

7、RESET CS D7 D0 I/OPA7 PA0 I/OPC7 PC4 I/OPC3 PC0 I/OPB7 PB0 （ 2） 端 口 PA0 PA7、 PB0 PB7、 PC0 PC7共 24条端 口 线 。 3个 口 皆 为 锁 存 /缓 冲 寄 存 器 ， A口 、B口 有 锁 存 功 能 ， C口 无 锁 存 功 能 。 A、 B、C 3口 的 工 作 方 式 由 程 序 设 置 。 （ 3） 数 据 线 8255是 8位 芯 片 ， 有 8位 数 据 线 D0 D7。 数 据 线 接 于 8051单 片 机 的 P0接 口 ， （ 3） 控 制 线 控 制 线 控 制 8255的 读

8、 RD： 、 写 WR、 复 位 RESET及 片 选 CS等 。 （ 4） 地 址 线 A1 A0 选 择 口 0 0 A口 0 1 B口 1 0 C口 1 1 控 制 口 8255方 式 选 择 及 方 式 控 制 字 方 式 选 择 控 制 字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 C口 下 半 部B口 控 制 位 B组 方 式 控 制 位 ， D2=1方 式 1， 反 之 方 式 0C口 上 半 部 控 制 位A口 控 制 位 A组 方 式 控 制 D6D5=00 方 式 0 01 方 式 1 1X 方 式 2总 控 制 选 择 位 D7=1 选 择 A、 B、 C口 工 作

9、 方 式 D7=0 C口 进 行 位 操 作 8255接 口 扩 展 举 例（ 1） 8255与 单 片 机 连 接 图 （ 2） 8255初 始 化 例 如 ， 若 要 求 8255PA口 按 方 式 1输 入 ， PB口 按 方 式 0输出 ， PC口 高 4位 按 方 式 1输 入 ， PC口 低 4位 安 方 式 0输出 ， 则 只 要 作 如 下 初 始 化 编 程 : MOV DPTR, #7FFFH ； 8255控 制 口 地 址 MOV A， #0B8H ； 满 足 以 上 要 求 的 控 制 字 MOVX DPTR, A ； 控 制 字 送 入 8255控 制 口 8155可

10、 编 程 并 行 I/O接 口 扩 展 芯 片（ 1） 8155内 部 结 构 及 引 脚 功 能 （ 2） 8155的 控 制 字 格 式 X TIM INTEB BBF INTRB INTEA ABF INTRA A口 中 断 请 求 标 志 A口 缓 冲 器 满 /空 标 志允 许 A口 中 断 标 志B口 中 断 请 求 标 志 B口 缓 冲 器 满 /空 标 志 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 允 许 B口 中 断 标 志定 时 器 中 断 标 志 ， 计 数 满 该 位 置 “ 1” 中 断 请 求 ， 复 位 后 为 “ 0” 空 （ 3） 8155的 状 态 字

11、 格 式 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 M2 M1 T13 T12 T11 T10 T9 T8D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 M2 M1 T13 T12 T11 T10 T9 T8D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0定 时 方 式 计 数 初 值 高 6位 计 数 初 值 低 8位 （ 5） 8155的 端 口 地 址 分 配AD7 AD6 AD5 AD4 AD3

12、AD2 AD1 AD0 选 中 的 寄 存 器 0 0 0 命 令 /状 态 寄 存 器 0 0 1 PA口 0 1 0 PB口 0 1 1 PC口 1 0 0 定 时 计 数 器 的 低 8位 寄 存 器 1 0 1 定 时 计 数 器 的 高 6位 寄 存 器 及工 作 方 式 字 (2位 ) 8155接 口 扩 展 举 例（ 1） 8255与 单 片 机 连 接 图 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

13、 地 址 ： 7F03H,定 时 计 数 器 低 位 地 址 ： 7F04H，定 时 计 数 器 高 位 地 址 ： 7F05H。 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 ： MOV DPTR, #7F00H ； 8155命 令 口 地 址 MOV A, #03H MOVX DPTR, A ； 写 入 命 令 字（ 2） 8155初 始 化 I2C总 线 是 PHILIPS公 司 开 发 的 一 种 简 单 、 双 向 二

14、 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 ,

15、 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 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

16、 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 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

17、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 。

18、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 个 响应 位 。 主 器 件 收 发 每 个 字 节 后 产 生 一 个 时 钟 应 答 脉 冲 , 在 这 期间 , 发 送 器 必 须 保 证 SDA为 高 , 由 接 收 器 将 SDA拉 低 , 称 为 应答 信 号 (ACK)。 主 器 件 为 接 收 器 时 , 在 接 收 了 最 后 一 个 字 节 之后 不 发 应 答 信 号 , 也 称 为 非 应 答 信 号 (NOT ACK)。I2

19、C总 线 的 数 据 传 输 总 线 中 每 个 器 件 都 有 自 己 唯 一 确 定 的 地 址 , 启 动 条 件 后 主机 发 送 的 第 一 个 字 节 就 是 被 读 写 的 从 器 件 地 址 , 其 中 第 8位 为方 向 位 , “0”(W)表 示 主 器 件 发 送 ,“1”(R)表 示 主 器 件 接 收 。 总 线上 每 个 器 件 在 启 动 条 件 后 都 把 自 己 的 地 址 与 前 7位 相 比 较 , 如相 同 则 器 件 被 选 中 , 产 生 应 答 , 并 根 据 读 写 位 决 定 在 数 据 传 送中 是 接 收 还 是 发 送 。 在 主 发 送

20、 方 式 下 , 由 主 器 件 先 发 出 启 动 信 号 (S), 接 着 发 从器 件 的 7 位 地 址 (SLA)和 表 明 主 器 件 发 送 的 方 向 位 “ 0”(W), 即这 个 字 节 为 SLA+W。 被 寻 址 的 从 器 件 在 收 到 这 个 字 节 后 , 返 回一 个 应 答 信 号 (A), 在 确 定 主 从 握 手 应 答 正 常 后 , 主 器 件 向 从 器件 发 送 字 节 数 据 , 从 器 件 每 收 到 一 个 字 节 数 据 后 都 要 返 回 一 个应 答 信 号 , 直 到 全 部 数 据 都 发 送 完 为 止 。 在 主 接 收 方

21、 式 下 , 主器 件 先 发 出 启 动 信 号 (S),接 着 发 从 器 件 的 7位 地 址 (SLA)和 表 明主 器 件 接 收 的 方 向 位 “ 1”(R), 即 这 个 字 节 为 SLA+R。 在 发 送 完这 个 字 节 后 , P1.6(SCL)继 续 输 出 时 钟 , 通 过 P1.7(SDA)接 收 从器 件 发 来 的 串 行 数 据 。 主 器 件 每 接 收 到 一 个 字 节 后 都 要 发 送一 个 应 答 信 号 (A)。 当 全 部 数 据 都 发 送 或 接 收 完 毕 后 , 主 器 件 应发 出 停 止 信 号 (P)。 I2C总 线 是 一

22、种 串 行 通 信 总 线 , 它 与 并 行 总 线 不 同 , 并 行 总 线 中 有 地 址 总 线 , CPU 可 通 过 地 址 总 线 来 选 择所 需 要 器 件 的 地 址 。 I2C总 线 只 有 一 根 数 据 线 和 一 根时 钟 线 , 没 有 专 门 的 地 址 线 , 而 是 利 用 数 据 传 送 中 的 头几 个 字 节 来 传 送 地 址 信 息 。 I2C总 线 的 寻 址 方 式 有 主器 件 的 节 点 寻 址 和 通 用 呼 叫 寻 址 两 种 , 具 体 实 现 方 法是 由 主 器 件 在 发 出 启 动 位 S 后 紧 接 着 发 送 从 器 件

23、 的 7位 地 址 码 , 即 S+SLA, 在 节 点 地 址 寻 址 中 SLA为 被 寻 址的 从 节 点 地 址 , 当 SLA为 全 “ 0”时 , 即 为 通 用 呼 叫 地 址 。 通 用 呼 叫 地 址 用 于 寻 址 接 到 I2C总 线 上 的 每 个 器 件 的地 址 , 不 需 要 从 通 用 呼 叫 地 址 命 令 中 获 取 数 据 的 器 件可 以 不 响 应 通 用 呼 叫 地 址 。 单 片 机 的 节 电 工 作 方 式 对 于 8051单 片 机 来 说 ， 有 待 机 方 式 和 掉 电 保 护 方 式 两 种 低功 耗 方 式 。 通 过 设 置 电

24、源 控 制 寄 存 器 PCON的 相 关 位 可 以 确 定当 前 的 低 功 耗 方 式 。 PCON寄 存 器 格 式 如 下 ： 其 中 SMOD： 波 特 率 倍 增 位 GF0， GF1： 通 用 标 志 位 PD： 掉 电 方 式 位 ， PD 1为 掉 电 方 式 IDL： 待 机 方 式 位 ， IDL 1为 待 机 方 式位 序 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0位 符 号 SMOD / / / GF1 GF0 PD IDL (1). 待 机 方 式 将 PCON寄 存 器 的 IDL位 置 “ 1”， 单 片 机 则 进入 待 机 方 式 。 通 常 在 待

25、机 方 式 下 ， 单 片 机 的 中 断仍 然 可 以 使 用 ， 这 样 可 以 通 过 中 断 触 发 方 式 退 出待 机 模 式 。(2). 掉 电 保 护 方 式 将 PCON寄 存 器 的 PD位 置 “ 1”， 单 片 机 则 进 入掉 电 保 护 方 式 。 如 果 单 片 机 检 测 到 电 源 电 压 过 低 ，此 时 除 进 行 信 息 保 护 外 ， 还 需 将 PD位 被 置 “ 1”，使 单 片 机 进 入 掉 电 保 护 方 式 。 节 电 工 作 方 式 应 用 如 图 所 示 ， 当 交 流 供 电 正 常 时 , CPU以 断 续 方 式 采 样 测 量数

26、 据 。 发 生 停 电 时 , 依 靠 备 用 电 池 向 8051单 片 机 和 外 部 RAM供电 , 以 维 持 外 部 RAM中 的 数 据 不 发 生 丢 失 。 用 8051的 P1.0来 监测 系 统 的 供 电 是 否 正 常 , P1.0为 低 电 平 说 明 交 流 供 电 正 常 ; P1.0为 高 电 平 则 说 明 交 流 供 电 即 将 停 电 或 已 经 停 电 。 电 阻 R和电 容 C组 成 上 电 复 位 电 路 , 当 交 流 电 源 恢 复 时 , 电 容 C的 充 电 过程 向 8051RST引 脚 提 供 一 个 复 位 脉 冲 ,使 单 片 机 退 出 掉 电 方 式 。