單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)課件

第六章單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)6-1

單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的基本概念6-2

程序存儲器擴(kuò)展技術(shù)6-3

數(shù)據(jù)存儲擴(kuò)展6-4

輸入/輸出口擴(kuò)展6-1MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的基本概念

單片機(jī)在一塊芯片上集成了計(jì)算機(jī)的主要硬件資源。因此，在智能儀器儀表，小型檢測及控制系統(tǒng)中，往往直接采用單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)而不再擴(kuò)展外圍芯片。但是，在許多情況下，例如構(gòu)造一個機(jī)電測控系統(tǒng)時(shí)，考慮到傳感器接口，伺服控制接口以及人機(jī)對話接口等需要，最小應(yīng)用系統(tǒng)不能滿足系統(tǒng)功能要求，必須在片外擴(kuò)展相應(yīng)的外圍芯片，這就是單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展。

單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展一般包括程序存儲器(ROM或EPROM)擴(kuò)展、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)擴(kuò)展、輸入/輸出口(I/O)擴(kuò)展、定時(shí)/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展、中斷系統(tǒng)擴(kuò)展等。6-1-1MCS-51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)

介紹兩種類型芯片構(gòu)成的最小應(yīng)用系統(tǒng)。1．8051/8751最小應(yīng)用系統(tǒng)8051/8751是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，用這種芯片構(gòu)成的最小應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。8051/8751最小應(yīng)用系統(tǒng):

6-1-2

MCS-51單片機(jī)的外部擴(kuò)展性能

1.MCS-51單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu)單片機(jī)都是通過片外引腳進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展的。為了滿足系統(tǒng)擴(kuò)展的要求，MSC-51系列單片機(jī)片外引腳可以構(gòu)成如圖6-3所示的三總線結(jié)構(gòu),即地址總線(AB),數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB)。所有外部芯片都通過這三組總線進(jìn)行擴(kuò)展。

2．MSC-51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力

為配置外圍設(shè)備而擴(kuò)展的I/O口與片外數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，系統(tǒng)不再提供另外的地址線。當(dāng)系統(tǒng)要大量配置外圍設(shè)備以及要擴(kuò)展較多的I/O口時(shí)，將占去大量的RAM地址。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)存儲擴(kuò)展容量或擴(kuò)展I/O口地址超過單片機(jī)地址總線范圍時(shí)，可采用換體法解決。如圖所示。

6-2

程序存儲器擴(kuò)展技術(shù)6-2-1EPROM：可擦除PROM

用戶可以多次編程。編程加寫脈沖后，某些存儲單元的PN結(jié)表面形成浮動?xùn)牛钃跬?，?shí)現(xiàn)信息寫入。用紫外線照射可驅(qū)散浮動?xùn)?，原有信息全部擦除，便可再次改寫。作為MCS-51單片機(jī)的外部程序存儲器，其典型產(chǎn)品有2716（2K*8）、2732（4K*8）、2764（8K*8）…27512（64K*8）等。圖6-2-1給出了雙列直插式封裝的EPROM芯片的管腳配置圖。圖中Ai(i=0,1,2,…,15)為地址線,O0～O7

為數(shù)據(jù)線，為片選線，為數(shù)據(jù)輸出選通線，Vpp為編程電源，Vcc為主電源，PGM為編程脈沖輸入。介紹兩種不同的程序存儲器擴(kuò)展電路：EPROM、EEPROM。

2764AEPROM擴(kuò)展電路

2764A是一種8K×8位EPROM，單一+5V供電，工作電流為75mA，維持電流為35mA，讀出最大時(shí)間為250ns，28腳雙列直插封裝。其擴(kuò)展電路示于圖6-6。若要同時(shí)擴(kuò)展兩片2764A，只需將P2.5經(jīng)一非門接至第二片2764A的片選端，其它引腳與第一片2764A同名引腳相連即可。

2764EPROM擴(kuò)展電路P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0A12A11A10A9A8EAP0.7D7Q7A7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0D6D5D4D3D2D1D0Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0A6A5A4A3A2A1A0ALEPSENOEO7O6O5O4O3O2O1O080312764A74LS373+5VVccPGMVppGNDCE6-2-2EEPROM擴(kuò)展電路EEPROM是一種電擦除可編程只讀存儲器，其主要特點(diǎn)是能在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行在線修改，并能在斷電的情況下保持修改的結(jié)果。因而在智能化儀器儀表、控制裝置等領(lǐng)域得到普遍采用。常用的EEPROM芯片主要有Intel2817A、2864A等。1.

2817AEEPROM擴(kuò)展2817A存儲容量為2K×8位，采用單一+5V電源供電，最大工作電流為150mA，維持電流55mA，讀出時(shí)間最大為250ns。由于片內(nèi)設(shè)有編程可需的高壓脈沖產(chǎn)生電路，因而無需外加編程脈沖即可工作。2817A為28腳雙列直插封裝,管腳配置如圖6-8。圖中A0~A10為地址線,O0～O7

為數(shù)據(jù)線，為片選線，為輸出使能，為寫入使能，RDY/為狀態(tài)指示2817A管腳配置圖6-9給出了2817A與8031單片機(jī)的硬件連接圖。圖中，采用了將外部數(shù)據(jù)存儲器空間與程序存儲器空間合并的方法，即將信號與信號相“與”，其輸出作為單一的公共存儲器讀選通信號。這樣，8031即可對2817A進(jìn)行讀寫了。圖中8031采用查詢方式對2817A的寫操作進(jìn)行管理。2817AEEPROM擴(kuò)展電路常用靜態(tài)RAM芯片管腳配置

6264靜態(tài)RAM擴(kuò)展

6264是8K×8位靜態(tài)隨機(jī)存儲器芯片，CMOS工藝制造，單一+5V供電，額定功耗200MW，典型存取時(shí)間200ns，28腳雙列直插式封裝。與6116相比，地址線增加兩根，為A0~A12，且有兩個片選端和CE2。表6-1給出了6264的操作方式。

I/O0~I/O7(11~13,15~19)高阻高阻高阻DoutDinDin

管腳（20）CE2（26）（22）（27）未選中（掉電）1XXX選中（掉電）X0XX輸出禁止0111讀0101

寫0110

寫0100方式6264靜態(tài)RAM擴(kuò)展電路

2.用串行口擴(kuò)展I/O口

圖6-22和圖6-23分別給出了利用串行口擴(kuò)展2個8位并行輸入口（使用74LS165）和擴(kuò)展2個8位并行輸出口（使用74LS165）的接口電路。

利用串行口擴(kuò)展并行輸入口利用串行口擴(kuò)展并行輸出口

根據(jù)該擴(kuò)展電路(圖6-22)，以兩個8位并行口讀入20H組字節(jié)數(shù)據(jù)，并把它們轉(zhuǎn)存到內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)區(qū)（設(shè)首址為30H）的程序清單如下：PIOIN：MOVR7，#20H；讀入字節(jié)組數(shù)MOVR0#30H；設(shè)置內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)區(qū)首址SETBF0；設(shè)置讀入字節(jié)奇偶標(biāo)志，第1個8位數(shù)為偶RCV0：CLRP1.0；165置入數(shù)據(jù)SETBP1.0；允許165串行移位RCVI：MOVSCON，#00010000B；串行口設(shè)定為方式0，允許接收并啟動接收過程STP：JNBRI，STP；等待接收一個8位數(shù)CLRRI；清RI標(biāo)志，以備下次接收MOVA，SBUF；讀入數(shù)據(jù)MOV@R0,A；數(shù)據(jù)送存INCR0；指向數(shù)據(jù)區(qū)下一個地址CPLF0；指向第奇數(shù)個8位數(shù)JNBF0，RCV1；如未讀完奇數(shù)個8位數(shù)轉(zhuǎn)RCV1DJNZR7，RCV0；20H組數(shù)未讀完重新進(jìn)行置入……；對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理6-4-2可編程I/O口擴(kuò)展

8155的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能

在8155內(nèi)部具有：—256字節(jié)的靜態(tài)RAM，存取時(shí)間為400ns；—有三個通用的輸入/輸出口。其中A口和B口是8位口，C口是6位口。C口可做狀態(tài)口，這時(shí)，A口和B口能在應(yīng)答式的輸入/輸出方式下工作；—有一個14位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器；—內(nèi)部有地址鎖存器及多路轉(zhuǎn)換的地址和數(shù)據(jù)總線；—單一+5V電源，40腳雙列直插式封裝。8155的結(jié)構(gòu)框圖

3.8155的工作方式與基本操作

8155可作為I/O口、片外256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器及定時(shí)器使用。（1）作片外256字節(jié)RAM使用。此時(shí)8155的IO/腳應(yīng)置為低電平，其RAM地址的高8位由片選線決定，低8位為00H~0FFH。與應(yīng)用系統(tǒng)中其它數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。使用的讀/寫操作指令為MOVX。命令控制字的格式如圖所示:3.8155的工作方式與基本操作

8155可作為I/O口、片外256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器及定時(shí)器使用。（2）作擴(kuò)展I/O口使用。此時(shí)8155的IO/腳必須置為高電平，PA、PB、PC口的口地址的低8位分別為01H、02H、03H（設(shè)地址無關(guān)位為0）。I/O口的工作方式的選擇完全依靠對8155命令寄存器設(shè)定的命令控制字來實(shí)現(xiàn)。而I/O口狀態(tài)的查詢可通過對8155狀態(tài)寄存器的操作來完成。命令/狀態(tài)寄存器共用一個口地址，寫入為命令，讀出為狀態(tài)。命令控制字的格式如圖所示:方式位ALT1ALT2ALT3ALT4PC0輸入方式輸出方式AINTR（PA口中斷）AINTR(PA口中斷)PC1ABFPA口緩沖器滿）ABF(PA口緩沖器滿)PC2（PA口選通）(PA口選通)PC3輸出方式BINTR(PB口中斷)PC4BBF(PB口緩沖器滿)PC5(PB口選通)備注PA口、PB口為基本I/O口PA口、PB口為基本I/O口PA口為選通輸入方式PB口為基本I/O口PA、PB口為選通輸入/輸出方式C口工作方式如表:狀態(tài)字格式如圖所示:（3）作定時(shí)器使用

8155的定時(shí)器由兩個8位寄存器組成。實(shí)際上是一個14位的減法計(jì)數(shù)器，另兩位用于確定輸出方式。其低位字節(jié)的I/O地址為×××××100B，高位字節(jié)的I/O地址為×××××101B，其格式如圖6-27所示。

8155定時(shí)器格式及輸出方式定時(shí)器的操作分兩步:第一步由寫入命令寄存器的控制字確定定時(shí)器的啟動、停止或裝入常數(shù)（見命令控制字）。第二步由寫入到定時(shí)器的兩個寄存器的內(nèi)容確定計(jì)數(shù)長度和輸出方式。按圖中連接狀態(tài)的地址編碼為：RAM地址：7E00H~7EFFHI/O口地址：命令/狀態(tài)口7F00HPA口7F01HPB口7F02HPC口7F03H定時(shí)器低8位7F04H定時(shí)器高8位7F05H例如，設(shè)8155PA口為基本輸入口，PB口為基本輸出口，PC口為輸出口，定時(shí)器作方波發(fā)生器，對輸入脈沖進(jìn)行24分頻。要求從PA口讀入數(shù)據(jù)存入8155的5FH單元，PA口數(shù)據(jù)取反后從PB口輸出，屏蔽高兩位后再從PC口輸出。則8155的操作如下：

MOVDPTR，#7F04H；指向定時(shí)器低8位MOVA，#18H；計(jì)數(shù)常數(shù)18H=24MOVX@DPTR，A；裝入低8位計(jì)數(shù)常數(shù)INCDPTR；指向定時(shí)器高8位MOVA，#01000000B；設(shè)定時(shí)器輸出為連續(xù)方波（M2M1=01）MOVX@DPTR，A；定時(shí)器高8位裝入MOVDPTR，#7F00H；指令命令/狀態(tài)口MOVA，#11