第7章單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展

1、擴(kuò)展使用的三總線擴(kuò)展使用的三總線地址總線：地址總線：P0低8位 P2高8位數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)總線：P0控制總線控制總線：RD、WR、 ALE、 PSEN ( 讀、讀、 寫(xiě)、寫(xiě)、 地址鎖存允許、地址鎖存允許、 外部外部ROM讀選通讀選通）程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 在在8051單片機(jī)外部擴(kuò)展單片機(jī)外部擴(kuò)展8K字節(jié)程序存儲(chǔ)器字節(jié)程序存儲(chǔ)器2764的連接圖的連接圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展在在8051單片機(jī)外部擴(kuò)展一片單片機(jī)外部擴(kuò)展一片8K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264的連接圖的連接圖系統(tǒng)擴(kuò)展選址方法系統(tǒng)擴(kuò)展選址方法1 1、線選法：、線選法： 利用單片機(jī)的一根空閑高位地址線(通常采用P2的

2、某根口線)選中一個(gè)外部擴(kuò)展I/O端口芯片，若要選中某個(gè)芯片工作，將對(duì)應(yīng)芯片的片選信號(hào)端設(shè)為低電平，其它未被選中芯片的片選信號(hào)端設(shè)為高電平，從而保證只選中指定的芯片工作。 優(yōu)點(diǎn)：不需要地址譯碼器，可以節(jié)省器件，減小 體積，降低成本 缺點(diǎn)：可尋址的器件數(shù)目受到很大限制，而且地 址空間不連續(xù)，這些都會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái) 不便。線選法進(jìn)行外部擴(kuò)展舉例線選法進(jìn)行外部擴(kuò)展舉例 6264的地址范圍：的地址范圍：高高8位位地址變化范圍地址變化范圍 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 1 1 0 低低8位位地址變化范圍：地址變化范圍：P0.7 P0.6 P0.5 P0.4

3、 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 由此可得由此可得6264的地址范圍為：的地址范圍為：C000HDFFFH。8255的地址范圍：的地址范圍： 高高8位地址變化范圍位地址變化范圍 ：P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 1 0 1 1 1 1 1 1低低8位地址變化范圍：位地址變化范圍：P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 1 1 1 1 1 1 由此可得由此可得8255的地址范圍為：的地址范圍為：BFFCHBFFFH。0832的地址：的地址：高高8位地址變化范圍：位地址變化范圍： P2.7 P2.6 P

4、2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 0 1 1 1 1 1 1 1 低低8位地址變化范圍：位地址變化范圍： P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 1 1 1 1 1 1 1 1由此可得由此可得0832的地址為：的地址為：7FFFH。 2 2、地址譯碼法、地址譯碼法 對(duì)于容量較大的存儲(chǔ)器或I/O端口較多的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行外部擴(kuò)展，當(dāng)芯片所需要的片選信號(hào)多于可利用的高位地址線時(shí)，就需要采用地址譯碼法。地址譯碼法必須采用地址譯碼器，常用的地址譯碼器有3-8譯碼器74LS138、雙2-4譯碼器74LS139等。擴(kuò)擴(kuò) 展展 器器 件件片內(nèi)

5、字節(jié)地址數(shù)片內(nèi)字節(jié)地址數(shù)地址編碼地址編碼626462648K8K0000H0000H1FFFH1FFFH825582554 43FFCH3FFCH3FFFH3FFFH083208321 17FFFH7FFFH825582554 49FFCH9FFCH9FFFH9FFFH地址譯碼進(jìn)行外部擴(kuò)展舉例地址譯碼進(jìn)行外部擴(kuò)展舉例 并行并行I/OI/O端口擴(kuò)展芯片端口擴(kuò)展芯片一. 8255可編程并行I/O接口擴(kuò)展芯片二. 8155可編程并行I/O接口擴(kuò)展芯片82558255可編程并行可編程并行I/OI/O接口擴(kuò)展芯片接口擴(kuò)展芯片（1 1）82558255內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能 數(shù)據(jù)總線緩沖器B

6、組控制A組端口A（8）A組端口C上半部（4）B組端口C下半部（4）B組端口B（8）A組控制讀寫(xiě)控制邏輯RDWRA0A1RESETCSD7D0I/OPA7PA0I/OPC7PC4I/OPC3PC0I/OPB7PB0（2 2）端口）端口 PA0PA7、PB0PB7、PC0PC7共24條端口線。3個(gè)口皆為鎖存/緩沖寄存器，A口、B口有鎖存功能，C口無(wú)鎖存功能。A、B、C 3口的工作方式由程序設(shè)置。 （3 3）數(shù)據(jù)線）數(shù)據(jù)線 8255是8位芯片，有8位數(shù)據(jù)線D0D7。 數(shù)據(jù)線接于8051單片機(jī)的P0接口， （3 3）控制線）控制線 控制線控制控制線控制82558255的讀的讀RDRD：、寫(xiě)：、寫(xiě)WRW

7、R、復(fù)位、復(fù)位RESETRESET及片選及片選CSCS等。等。 （4）地址線）地址線 A1 A0 選擇口 0 0 A口 0 1 B口 1 0 C口 1 1 控制口82558255方式選擇及方式控制字方式選擇及方式控制字 方式選擇控制字方式選擇控制字D7D6D5D4D3D2D1D0C口下半部B口控制位B組方式控制位，D2=1方式1，反之方式0C口上半部控制位A口控制位A組方式控制 D6D5=00 方式0 01 方式1 1X 方式2總控制選擇位 D7=1 選擇A、B、C口工作方式 D7=0 C口進(jìn)行位操作82558255接口擴(kuò)展舉例接口擴(kuò)展舉例（1 1）82558255與單片機(jī)連接圖與單片機(jī)連接圖

8、 （2 2） 82558255初始化初始化 例如，若要求8255PA口按方式1輸入，PB口按方式0輸出，PC口高4位按方式1輸入，PC口低4位安方式0輸出，則只要作如下初始化編程: MOV DPTR, #7FFFH ；8255控制口地址 MOV A， #0B8H ；滿足以上要求的控制字 MOVX DPTR, A ；控制字送入8255控制口 8155 8155可編程并行可編程并行I/OI/O接口擴(kuò)展芯片接口擴(kuò)展芯片（1 1）81558155內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能（2 2）81558155的控制字格式的控制字格式XTIMINTEBBBFINTRBINTEAABFINTRAA口 中 斷

9、 請(qǐng) 求 標(biāo) 志A口 緩 沖 器 滿 /空 標(biāo) 志允 許 A口 中 斷 標(biāo) 志B口 中 斷 請(qǐng) 求 標(biāo) 志B口 緩 沖 器 滿 /空 標(biāo) 志D7D6D5D4D3D2D1D0允 許 B口 中 斷 標(biāo) 志定 時(shí) 器 中 斷 標(biāo) 志 ， 計(jì) 數(shù) 滿 該 位 置 “ 1” 中 斷 請(qǐng) 求 ， 復(fù) 位 后 為 “ 0”空（3 3）81558155的狀態(tài)字格式的狀態(tài)字格式 8155片內(nèi)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器由兩個(gè)8位寄存器組成，低8位和高6位存放計(jì)數(shù)初值，最高2位控制定時(shí)器的工作方式 （4 4）81558155的定時(shí)器使用的定時(shí)器使用M2M1 T13 T12 T11 T10 T9T8D7D6D5D4D3D2D

10、1D0M2M1 T13 T12 T11 T10 T9T8D7D6D5D4D3D2D1D0定時(shí)方式計(jì)數(shù)初值高6位計(jì)數(shù)初值低8位（5 5）81558155的端口地址分配的端口地址分配AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0選選 中中 的的 寄寄 存存 器器 0 0 0 0 0 0命令命令/ /狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器 0 0 1 0 0 1PAPA口口 0 1 0 0 1 0PBPB口口 0 1 1 0 1 1PCPC口口 1 0 0 1 0 0定時(shí)計(jì)數(shù)器的低定時(shí)計(jì)數(shù)器的低8 8位寄存器位寄存器 1 0 1 1 0 1

11、定時(shí)計(jì)數(shù)器的高定時(shí)計(jì)數(shù)器的高6 6位寄存器及位寄存器及工作方式字工作方式字(2(2位位) )81558155接口擴(kuò)展舉例接口擴(kuò)展舉例（1 1）82558255與單片機(jī)連接圖與單片機(jī)連接圖 81558155的端口地址編碼為：的端口地址編碼為：命令/狀態(tài)寄存器地址：7F00H,片內(nèi)RAM字節(jié)地址： 7E00H7EFFH,PA口地址： 7F01H,PB口地址： 7F02H,PC口地址： 7F03H,定時(shí)計(jì)數(shù)器低位地址： 7F04H，定時(shí)計(jì)數(shù)器高位地址： 7F05H。 若要求若要求81558155的的PAPA、PBPB作為基本輸出口，作為基本輸出口，PCPC作為基本輸作為基本輸入口，不允許中斷，不啟動(dòng)

12、定時(shí)計(jì)數(shù)器，則命令字為入口，不允許中斷，不啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器，則命令字為03H03H，初始化編程下：，初始化編程下： MOV DPTR, #7F00H MOV DPTR, #7F00H ；81558155命令口地址命令口地址 MOV A, #03H MOV A, #03H MOVX DPTR, A MOVX DPTR, A ；寫(xiě)入命令字；寫(xiě)入命令字（2 2） 81558155初始化初始化 I2C總線是PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線制同步串行總線, 它只需要兩根線(串行時(shí)鐘線和串行數(shù)據(jù)線)即可在連接于總線上的器件之間傳送信息。 主要特性如下:總線只有兩根線:串行時(shí)鐘線和串行數(shù)據(jù)線; 每個(gè)

13、連到總線上的器件都可由軟件以唯一的地址尋址,并建立簡(jiǎn)單的主/從關(guān)系, 主器件既可作為發(fā)送器, 也可作為接收器;它是一個(gè)真正的多主總線, 帶有競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)和仲裁電路, 可使多主機(jī)任意同時(shí)發(fā)送而不破壞總線上的數(shù)據(jù);同步時(shí)鐘允許器件通過(guò)總線以不同的波特率進(jìn)行通信;同步時(shí)鐘可以作為停止和重新啟動(dòng)串行口發(fā)送的握手方式;連接到同一總線的集成電路數(shù)只受400PF的最大總線電容的限制。利用利用I2CI2C總線進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展總線進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展 I2C總線接口的電氣結(jié)構(gòu)如圖所示, 組成I2C總線的串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘線SCL 必須經(jīng)過(guò)上拉電阻Rp接到正電源上, 連接到總線上的器件的輸出級(jí)必須為“開(kāi)漏”或“開(kāi)集” 的

14、形式,以便完成“線與”功能。SDA和SCL都為雙向I/O口線, 總線空閑時(shí)皆為高電平。 總線上數(shù)據(jù)傳送最高速率可達(dá)100Kbit/s。I2CI2C總線的電氣結(jié)構(gòu)總線的電氣結(jié)構(gòu) I2C總線可以構(gòu)成多主數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng), 但只有帶CPU的器件可以成為主器件。 主器件發(fā)送時(shí)鐘、啟動(dòng)位、數(shù)據(jù)工作方式, 從器件則接收時(shí)鐘及數(shù)據(jù)工作方式。接收或發(fā)送則根據(jù)數(shù)據(jù)的傳送方向決定。I2C總線上數(shù)據(jù)傳送時(shí)的啟動(dòng)、結(jié)束和有效狀態(tài)都由SDA、SCL的電平狀態(tài)決定, 在I2C總線規(guī)程中啟動(dòng)和停止條件規(guī)定如下:啟動(dòng)條件: 在SCL為高電平時(shí), SDA出現(xiàn)一個(gè)下降沿則啟動(dòng)I2C總線。 停止條件: 在SCL為高電平時(shí), SDA出現(xiàn)

15、一個(gè)上升沿則停止使用I2C總線。 在啟動(dòng)和停止條件之間可轉(zhuǎn)送的數(shù)據(jù)不受限制,但每個(gè)字節(jié)必須為8位，先傳送最高位, 在每個(gè)字節(jié)之后必須跟一個(gè)響應(yīng)位。主器件收發(fā)每個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)答脈沖, 在這期間, 發(fā)送器必須保證 SDA為高, 由接收器將SDA拉低, 稱為應(yīng)答信號(hào)(ACK)。主器件為接收器時(shí), 在接收了最后一個(gè)字節(jié)之后不發(fā)應(yīng)答信號(hào), 也稱為非應(yīng)答信號(hào)(NOT ACK)。I2CI2C總線的數(shù)據(jù)傳輸總線的數(shù)據(jù)傳輸 總線中每個(gè)器件都有自己唯一確定的地址, 啟動(dòng)條件后主機(jī)發(fā)送的第一個(gè)字節(jié)就是被讀寫(xiě)的從器件地址, 其中第8位為方向位, “0”(W)表示主器件發(fā)送,“1”(R)表示主器件接收。總線上每

16、個(gè)器件在啟動(dòng)條件后都把自己的地址與前7位相比較, 如相同則器件被選中, 產(chǎn)生應(yīng)答, 并根據(jù)讀寫(xiě)位決定在數(shù)據(jù)傳送中是接收還是發(fā)送。 在主發(fā)送方式下, 由主器件先發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)(S), 接著 發(fā)從器件的7 位地址(SLA)和表明主器件發(fā)送的方向位“0”(W), 即這個(gè)字節(jié)為SLA+W。被尋址的從器件在收到這個(gè)字節(jié)后, 返回一個(gè)應(yīng)答信號(hào)(A), 在確定主從握手應(yīng)答正常后, 主器件向從器件發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù), 從器件每收到一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后都要返回一個(gè)應(yīng)答信號(hào), 直到全部數(shù)據(jù)都發(fā)送完為止。在主接收方式下, 主器件先發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)(S),接著發(fā)從器件的7位地址(SLA)和表明主器件接收的方向位“1”(R), 即這個(gè)字

17、節(jié)為SLA+R。在發(fā)送完這個(gè)字節(jié)后, P1.6(SCL)繼續(xù)輸出時(shí)鐘, 通過(guò)P1.7(SDA)接收從器件發(fā)來(lái)的串行數(shù)據(jù)。 主器件每接收到一個(gè)字節(jié)后都要發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)(A)。當(dāng)全部數(shù)據(jù)都發(fā)送或接收完畢后, 主器件應(yīng)發(fā)出停止信號(hào)(P)。 I2C總線是一種串行通信總線, 它與并行總線不同, 并行總線中有地址總線, CPU 可通過(guò)地址總線來(lái)選擇所需要器件的地址。I2C總線只有一根數(shù)據(jù)線和一根時(shí)鐘線, 沒(méi)有專門(mén)的地址線, 而是利用數(shù)據(jù)傳送中的頭幾個(gè)字節(jié)來(lái)傳送地址信息。I2C總線的尋址方式有主器件的節(jié)點(diǎn)尋址和通用呼叫尋址兩種, 具體實(shí)現(xiàn)方法是由主器件在發(fā)出啟動(dòng)位S 后緊接著發(fā)送從器件的7位地址碼, 即S

18、+SLA, 在節(jié)點(diǎn)地址尋址中SLA為被尋址的從節(jié)點(diǎn)地址, 當(dāng)SLA為全“0”時(shí), 即為通用呼叫地址。 通用呼叫地址用于尋址接到I2C總線上的每個(gè)器件的地址, 不需要從通用呼叫地址命令中獲取數(shù)據(jù)的器件可以不響應(yīng)通用呼叫地址。單片機(jī)的節(jié)電工作方式單片機(jī)的節(jié)電工作方式 對(duì)于8051單片機(jī)來(lái)說(shuō)，有待機(jī)方式和掉電保護(hù)方式兩種低功耗方式。通過(guò)設(shè)置電源控制寄存器PCON的相關(guān)位可以確定當(dāng)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：通用標(biāo)志位 PD：掉電方式位，PD1為掉電方式 IDL：待機(jī)方式位，IDL1為待機(jī)方式位序 B7 B6 B5B4B3B2B1B0位符號(hào)SMOD