單片機系統(tǒng)擴展及應用

1、第四章 單片機系統(tǒng)擴展及應用本章內容：1.系統(tǒng)擴展的三種方式：最小系統(tǒng)；總線擴展系統(tǒng)；串行口擴展系統(tǒng)。2.總線擴展系統(tǒng)中的 MOVX 指令分析；3.常用的外圍模塊與單片機的接口及編程。2本 章 目 錄4.1 單片機的系統(tǒng)擴展4.1.1 外部程序存儲器ROM的擴展4.1.2 數(shù)據(jù)存儲器RAM的擴展4.1.3 使用串行口擴展I/O端口4.2 專用并行輸入、輸出接口芯片的擴展電路4.3 MCS-51與A/D轉換器的接口4.4 MCS-51與A/D轉換器的接口4.5 動態(tài)數(shù)碼顯示及鍵盤掃描電路4.6 單片機的監(jiān)控電路 - 看門狗電路34.1 單片機的系統(tǒng)擴展單片機與外圍器件進行連接以實現(xiàn)特定的功能，我

2、們將此稱之為系統(tǒng)擴展；從硬件的角度可將擴展分為：1.最小擴展系統(tǒng)；2.三總線結構的總線擴展系統(tǒng)；3.串行口擴展系統(tǒng)。不同的擴展方式具有不同的特點和適用場合。4（一）最小擴展系統(tǒng)外圍器件直接與單片機的I/O端口連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。特點：1.硬件連接簡單。適用于外部器件較少的場合。2.軟件編程時，數(shù)據(jù)信息使用與端口相關的MOV指令即可實現(xiàn)交換；控制信號可使用相關的“位操作”指令實現(xiàn)。5由8個按鍵、8個LED燈構成的最小I/O系統(tǒng)MCS-51 P0.7P0.0P1.7P1.0K0K7LED0LED7LED6 系統(tǒng)功能：將P1口的8個按鍵值輸入，取反后經P0口輸出； 指令如下：MOV P1,#0FFH

3、MOV A ,P1 CPL A MOV P0 ,A 【分析】第1、3條指令的作用。6思考題：設計一個4路搶答器并編程MCS-51 P0.3。P0.0P1.4 P1.3P1.2P1.3/INT0 P1.0K0K2K1K3LED0 LED3與門K4參考電路7設 計 要 求1.原始狀態(tài)LED0LED3熄滅；2.當K0K3有按鍵操作時，對應位置的LED點亮并延時一段時間；3.當K4按下時LED熄滅，程序回到原始狀態(tài)；4.采用中斷方式編程。8（二）總線結構的擴展系統(tǒng)當系統(tǒng)采用外部 RAM、ROM 或：ADC、DAC器件時，采用總線結構是一種減少引線、控制方便的擴展方法；特點：1.硬件，P0口作“數(shù)據(jù)/低

4、8位地址”復用總線； P2口作“高8位地址”總線； P3.7 作 /RD、P3.6 作 /WR “控制” 線；n軟件，使用專用的MOVX（或MOVC）指令實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，利用該指令自動產生的/RD、/WR（/psen）等信號對外圍器件進行讀寫控制。1.本章著重介紹、分析總線結構的系統(tǒng)應用與編程。9外8K RAM擴展系統(tǒng)P2.5 P2.4: : P2.0P0.7: : : P0.0ALE/RD/WRCEA12 : :A8A7 O7 : : : : : : A0 O0/OE /WED7 Q7 D0 Q0CPCP 6264 8K RAMMCS-51/CE = P2.5(A12)三態(tài)輸出的數(shù)據(jù)口由/OE

5、控制10兩種方法的特點和應用場合 最小系統(tǒng)常用于功能比較簡單的“專用系統(tǒng)”的設計。如電子搶答器、循環(huán)彩燈顯示器等。電路結構簡單； 總線擴展系統(tǒng)常用于系統(tǒng)使用外部存儲器、A/D轉換器等外部器件。這些器件的特點是：所使用引腳較多（數(shù)據(jù)線、地址線和讀寫及片選控制線等），如果直接采用普通的連接方式會出現(xiàn)單片機的引腳不夠用的情況。 在實驗室所使用的單片機實驗系統(tǒng)就是采用總線擴展的方式結構設計：不但外部RAM、ROM具有其地址，其它的外接的ADC、DAC等專用芯片都以存儲單元的形式分配器物理地址。這種結構設計是使系統(tǒng)具有很好的擴展能力。11（三）串行口擴展系統(tǒng) 采用同步串口接口進行系統(tǒng)擴展具有結構簡單、可

6、靠性高的特點，因此是現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)設計的方向和發(fā)展的主流； 采用具有串行接口的專用外圍芯片與單片機進行連接。此類芯片具有引腳少、封裝簡單、成本低廉等突出的優(yōu)點，已成為接口器件的主流產品。 采用串行接口的芯片有：RAM、E2PROM、ADC、DAC、LCD驅動器、溫度傳感器、日歷芯片等等；12目前流行的串行接口標準1.USART同步串行接口；2.SPI同步串行接口；3.I2C總線接口；4.CAN總線接口；5.1-Wire總線接口；6.USB串行接口等。13 MCS-51單片機雖然只有USART同步串行接口，但也可以采用軟件模擬的方法模仿SPI等串行接口進行編程； 現(xiàn)在許多新型號的單片機（包括與5

7、1兼容的芯片）都具有對應多種串行接口，使單片機的性能得以提高，系統(tǒng)設計更為靈活。 串行接口作系統(tǒng)內部的擴展，已經成為當前系統(tǒng)硬件設計的主流。 本節(jié)只著重介紹USART同步串行接口作系統(tǒng)擴展的方法，其它接口只作簡單描述。返回本章目錄144.1.1 外部程序存儲器ROM的擴展采用“總線方式”的系統(tǒng)擴展1.單片機的P0、P2口作為外電路的數(shù)據(jù)、地址總線：P0口做為低8位地址和數(shù)據(jù)復用總線； P2口做為高8位地址總線。2.單片機的/Psen 作為數(shù)據(jù)選通信號與外ROM的數(shù)據(jù)輸 出三態(tài)控制/OE端連接（參照訪問外存儲器的時序）；3.使用一個8位的數(shù)據(jù)鎖存器來鎖定P0口的低八位地址信號，使用單片機的ALE

8、信號作鎖存器的鎖存控制。4.將單片機的引腳/EA接低電平（選擇外部ROM）。15具有三態(tài)功能的具有三態(tài)功能的8D鎖存器鎖存器/L：三態(tài)控制。 低電平：允許數(shù)據(jù)輸出，三態(tài)門通； 高電平：三態(tài)門關閉，輸出高阻。G：數(shù)據(jù)鎖存控制。 高電平時，輸出隨輸入變化； 低電平時，Q端將被所存（低電平鎖存）。 D7 Q7 ? ? ? ?D0 Q0 G /L數(shù)據(jù) 輸入端數(shù)據(jù) 輸出端74LS37316 MCS-51與1片32K ROM的連接（地址線全譯碼）CEA14 : :A8A7 O7 : : : : : : A0 O0OE 27256 32K ROMMCS-51/CE = P2.7(A15)返回前一次完整的地址

9、信號三態(tài)輸出的數(shù)據(jù)口由/OE控制D7 Q7 74LS373D0 Q0 G /L G /L P2.7: : : P2.0P0.7: : : P0.0ALE/EA Psen17訪問外部程序存儲器ROM的時序: A15-A8(PC)A7-A0OPA7-A0常數(shù)ROM輸出控制 /Psen地址總線（高八位）P2口地址/數(shù)據(jù)（低8位）P0 口S1S2S6S5S4S374LS373的鎖存信號 ALE A15-A8 (DPTR+A)MOVC A,A+DPTRA B轉電路圖返回前一次（參考講義76頁）18片外存儲器訪問時序說明 P0、P2口作地址和數(shù)據(jù)總線。其中P0口作為地址和數(shù)據(jù)復用總線，前半部（A段）作地址

10、總線，后半部（B段）作為數(shù)據(jù)總線。 外部程序存儲器ROM的操作步驟如下： 1，必須為ROM其提供完整的（15位）地址信息； 2，ROM芯片的/CE 端=0，選中該芯片； 3，在滿足上述條件的基礎上，當ROM的/OE=0時（B時間段），存儲器輸出數(shù)據(jù)的三態(tài)門打開，并將與輸入地址相對應的存儲單元中的指令（數(shù)據(jù)）向外輸出，單片機通過P0口將指令送至CPU 內部。 74LS373鎖存器:將A時間段P0口輸出的低位地址進行保存，使ROM在B時間段仍然可以得到完整的地址信號。轉電路圖轉時序圖19外部ROM的狀態(tài)與地址線A15的關系表ROM引腳/CEA14A8A7A0地址范圍ROM工作狀態(tài)單片機引腳A15P

11、2口A14-8P0口A7-0000000000111111100000000111111110000H7FFFH選中110000000111111100000000111111118000HFFFFH未選中注意：1，ROM地址線與存儲器的容量之間的關系； 2，ROM的/OE 與單片機的/psen 連接； 3，ROM的/CE信號是存儲器的片選； 4，由于采用地址線全譯碼，所以每一個地址對應唯 一的存儲單元20 MCS-51與2片32K ROM的連接（地址線全譯碼）A15P2口口MCS - 51 P0口口ALE/EA Psen/CE2A14A8A7A0/OE2O0O7/CE1A14A8A7A0/O

12、E1O0O774LS37321由兩片32K的ROM構成64K存儲陣列與A15的關系表A15/CEA14A8P2口A7A0P0口地址范圍ROM1工作狀態(tài)ROM2工作狀態(tài)000000000111111100000000111111110000H7FFFH選中/CE=A15未選中110000000111111100000000111111118000H FFFFH未選中選中/CE=/A1522 MCS-51與多個 ROM的連接（地址線全譯碼） 若需要對2片以上的芯片擴展，可以通過譯碼電路實現(xiàn)。P2.7P2.6P2.5P2.4P2.0P0口口ALEPsen/CE0A12A8A7 8K8A0/OE1O0

13、O774LS373C y7BA y 0 /CE1A12A8A78K8A0/OE1O0O7/CE7A12A8A78K8A0/OE1O0O7MCS5174LS1382374LS138 3-8線譯碼器 A、B、C：選擇輸入。作為與輸出對應的二進制編碼輸入； G1、/G2A、G2B：使能輸入，作為片選控制輸入； y7y0：譯碼器輸出，低電平有效。74LS138G1/G2A/G2BCBAy0y1y2y3y4y5y6y7C B Ay7 y6 y5 y4 y3 y2 y1 y00 0 01 1 1 1 1 1 1 00 0 11 1 1 1 1 1 0 10 1 01 1 1 1 1 0 1 10 1 11

14、 1 1 1 0 1 1 11 0 01 1 1 0 1 1 1 11 0 11 1 0 1 1 1 1 11 1 01 0 1 1 1 1 1 11 1 10 1 1 1 1 1 1 124采用74LS138譯碼器實現(xiàn)ROM擴展示意表P2.7P2.5138輸入片選/CEi138 輸出選中 ROMP2.4P0.0有效地址范圍0 0 0Y0=0第1片0000H1FFFH0000H1FFFH0 0 1Y1=0第2片0000H1FFFH2000H3FFFH0 1 0Y2=0第3片0000H1FFFH4000H5FFFH0 1 1Y3=0第4片0000H1FFFH6000H7FFFH1 0 0Y4=0

15、第5片0000H1FFFH8000H9FFFH1 0 1Y5=0第6片0000H1FFFHA000HBFFFH1 1 0Y6=0第7片0000H1FFFHC000HDFFFH1 1 1Y7=0第8片0000H1FFFHE000HFFFFH返回25采用不完全譯碼的簡易ROM擴展電路（一）P2.7P2.5P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0口口ALEPsenMCS51/CEA12A11A10A9A8A7 8K8A0/OE1O0O774LS37326部分譯碼造成的地址重疊（一）部分譯碼造成的地址重疊（一）P2.7P2.5P2.4P2.0P0.7P0.0有效地址范圍0 0 000000

16、/1111100H/FFH0000H1FFFH0 0 100000/1111100H/FFH2000H3FFFH0 1 000000/1111100H/FFH4000H5FFFH0 1 100000/1111100H/FFH6000H7FFFH1 0 000000/1111100H/FFH8000H9FFFH1 0 100000/1111100H/FFHA000HBFFFH1 1 000000/1111100H/FFHC000HDFFFH1 1 100000/1111100H/FFHE000HFFFFH造成了相互重疊的8個地址存儲區(qū)域27P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1

17、P2.0P0口口ALEPsenMCS51/CEA12A11A10A9A8A7 8K8A0/OE1O0O774LS373采用不完全譯碼的簡易ROM擴展電路（二）28部分譯碼造成的地址重疊（二）P2.7 P2.6P2.5P2.4 P2.0P0.7 P0.0有效地址范圍0 0000000/1111100H/FFH0000H1FFFH0 0100000/1111100H/FFH2000H3FFFH0 1000000/1111100H/FFH4000H5FFFH0 1100000/1111100H/FFH6000H7FFFH1 0000000/1111100H/FFH8000H9FFFH1 010000

18、0/1111100H/FFHA000HBFFFH1 1000000/1111100H/FFHC000HDFFFH1 1100000/1111100H/FFHE000HFFFFH藍色為無用地址（/CE=1），黃色為重疊存儲區(qū)域29部分譯碼擴展電路的特點 結構簡單； 由于高位地址的“空余位” 沒有與存儲器的地址信號連接，所以其狀態(tài)對存儲器不起任何作用，因此造成地址重疊。 重疊地址的數(shù)量與“空余位”地址線的條數(shù)有關： 重疊地址數(shù) = 2n ；其中n為空余地址線數(shù)。 對于使用ROM空間小于64K時，可以考慮使用部分譯碼的方式，以簡化電路的設計、降低電路成本。 編程時稍加注意：只使用低地址的存儲空間，避

19、免使用其它的重疊空間（盡管不影響效果，但容易找程混亂）。這樣地址重迭不會帶來使用上的錯誤。返回本章目錄304.1.2 數(shù)據(jù)存儲器RAM的擴展 數(shù)據(jù)、地址總線同ROM擴展，使用P0、P2口完成； 控制信號與ROM擴展不同：單片機輸出/RD、/WR作為外部RAM的讀、寫控制信號。 使用MOVX指令訪問外RAM數(shù)據(jù)；時序中將產生對應的/RD或/WR信號。此信號作為對RAM的讀寫控制而直接與RAM對應的引腳相連。 當系統(tǒng)外接其它模塊（A/D、D/A等）時，可以采用與RAM統(tǒng)一地址編址，使用MOVX指令對其訪問。31 只能通過間址的尋址方式訪問外部；1，當使用 MOVX Ri ,A指令時，系統(tǒng)僅使用P0

20、口輸出地信號（P2口不用）訪問范圍00HFFH（256B）。 如果系統(tǒng)使用256B以內的RAM或僅使用A/D、D/A等模塊時可采用Ri間址，以減化電路節(jié)省口線；2，當使用 MOVX DPTR，A 指令時，P0口輸出DPTR提供的低八位地址信號，P2口輸出DPTR提供的高八位地址信號。3，不論哪種情況，P0口都是地址/數(shù)據(jù)復用總線，因此 仍要使用74LS373來鎖存P0口的地位地址信號。使用MOVX指令訪問外部RAM時的特點32 設外部RAM2000H單元中有一個數(shù)x,且DPTR中已存有該數(shù)地址2000H.則CPU 執(zhí)行外部ROM中的指令: movx a,dptr ;將外RAM的x送AS1S2S

21、6S5S4S3S1S2S6S5S4S3ALEPsenA15-A8(PC)A15-A8（DPH）A7-A0指令A7- A0數(shù)據(jù)RDP2口P0口選中外部RAM讀外部數(shù)據(jù)存儲器RAM的指令時序33MCS-51與8K RAM的連接P2.5 P2.4: : P2.0P0.7: : : P0.0ALE/RD/WRCEA12 : :A8A7 O7 : : : : : : A0 O0/OE /WED7 Q7 D0 Q0CPCP 6264 8K RAMMCS-51/CE = P2.5(A12)三態(tài)輸出的數(shù)據(jù)口由/OE控制34小小 結：結： 1，外部存儲器使用P0、P2口作為地址、數(shù)據(jù)總線； 2， P0口為數(shù)據(jù)、

22、地址復用總線，須用74LS373來鎖存P0口的低八位地址信號。 3， 靠MOVC指令的/Psen信號來選通外ROM； 靠MOVX指令產生/RD或/WR控制外RAM的讀寫。 4，存儲器的容量M與其地址線條數(shù)n的關系：M=2n 5，當使用兩片存儲器時，可用一個反向器擴展； 當使用2片以上的存儲器時，就要使用譯碼器。譯碼器 的輸入與高位地址相連接，輸出端與各ROM的/CE連接。 6，若16位地址線沒全部參與譯碼時，會發(fā)生地址重疊。35思 考 題： 使用6264（8KRAM）芯片和2764（8KROM）芯片組成16K RAM和16KROM的外存儲陣列（邏輯圖）。 采用74LS138和74LS373實現(xiàn)

23、譯碼和鎖存功能。 根據(jù)設計的結果，寫出RAM和ROM的地址范圍。返回本章目錄364.1.3 使用串行口擴展I/O端口1.MCS-51單片機的UART方式0串行擴展2.SPI總線擴展系統(tǒng)3.I2C總線擴展系統(tǒng)4.單總線（1-Wire bus）接口擴展系統(tǒng)返回本章目錄37關于串口擴展系統(tǒng) 現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的方向； 具有結構簡單、可靠性高、擴展方便和維護容易的優(yōu)點； 現(xiàn)代新型單片機（包括與MCS-51兼容的芯片）都已具備了各種串行的接口，使系統(tǒng)設計更為簡單和靈活。38（一） UART方式0串行擴展在MCS-51單片機串行口的4種工作模式中模式0 （同步移位模式）可以用來實現(xiàn)系統(tǒng)并行I/O端口的擴展

24、。MCS-51 RXDTXD移位寄存器移位寄存器同步移位脈沖由MCS-51的串口與兩個8位移位寄存器（74LS164）構成的16位并行輸出口數(shù)據(jù)線39使用UART方式0的特點：1.串行口的RXD作數(shù)據(jù)線、TXD引腳作同步移位脈沖線；2.擴展端口與單片機之間的連線少（2 3條）；3.需要使用外部的“并入串出” 或“串入并出” 移位寄存器實現(xiàn)“并行/串行”和“串行/并行”轉換；4.擴展I/O端口數(shù)量理論上不受限制（N*8位）；5.與并行口相比，串口擴展的數(shù)據(jù)交換時間較長，只適用于對速度沒有太高要求的場合。40串行口0模式特點：1.同步移位方式。8位數(shù)據(jù)移位，低位在先；2.波特率固定為fosc/12

25、；3.數(shù)據(jù)由RXD（P3.0）出入，同步移位脈沖由TXD發(fā)出。與串行口模式0相關的寄存器1.SBUF。用來裝載接收或待傳送數(shù)據(jù)的緩沖器；2.SCON。設定工作模式,存放相關標志的串口控制寄存器。設定串口模式：00000000B 模式0 時發(fā)送機的控制字； 00010000B 模式0 時接收機的控制字?！咀⒁狻? 在接收或發(fā)送前必須將對應的標志RI或TI清零！ 只要REN=1便開始啟動接收。SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI41使用使用2 2片片74LS16574LS165構成的構成的1616位輸入擴展口位輸入擴展口MCS-51P3.0P3.1P1.0 H G F E D C B AQ

26、H 74LS165 SIN S/ L CLK H G F E D C B AQH 74LS165 SIN S/ L CLK RXDTXD16位并行I/O端口 74LS165: AH:8位并行數(shù)據(jù)輸入端；并入串出移位寄存器 SIN: 串行數(shù)據(jù)輸入端； QH: 串行數(shù)據(jù)輸出端； S/ L: =0時鎖存并行數(shù)據(jù)，=1時允許串行移位。42編程舉例：讀入20個字節(jié)的數(shù)據(jù)并送入內部RAM單元MOV R7,#14H;字節(jié)數(shù)20送計數(shù)器R7MOV R0,#20H;內部數(shù)據(jù)區(qū)指針R0賦初值SETB F0;設置“讀入字節(jié)數(shù)奇偶數(shù)”標志RCV0: CLR P1.0;并行置入數(shù)據(jù)SETB P1.0;允許串行移位RCV

27、1: MOV SCON,#00010000B;設定模式0并啟動接收(REN=1)LOOP: JNB RI,$;等待接收結束CLR RI; 清RI準備下一次接收MOV A,SBUF;將接收的數(shù)據(jù)送AMOV R0,A;數(shù)據(jù)送內存INC R0;修改數(shù)據(jù)區(qū)指針R0CPL F0;標志取反JB F0,RCV2;接收偶次后重新置入數(shù)據(jù)DEC R7;接收奇次時要再接收一幀SJMP RCV1; 轉RCV1接收第二幀數(shù)據(jù)RCV2: DJNZ R7,RCV0;是否完成20個字節(jié)的輸入【注意】：F0的作用和程序根據(jù)F0的狀態(tài)轉移到RCV1、RCV0的區(qū)別。43數(shù)據(jù)塊指針R0、計數(shù)器R7賦初值設定串口命令啟動接收MOV

28、 A,SBUF修改數(shù)據(jù)指針從P1.0輸出負脈沖鎖定并行數(shù)據(jù)RI=1?NYCLR RI標志F0原始置一R7-1R7YCPL F0F0=1?R7-1R7R7=0?NYN結束CC程序流程圖44思考題：思考題：編一個在下面的電路中讀入20個字節(jié)的數(shù)據(jù)的程序MCS-51P3.0P3.1P1.0 H G F E D C B AQH 74LS165 SIN S/ L CLK RXDTXD45使用2片74LS164構成的16位輸出擴展口MCS-51P3.0P3.1P1.0 QA QHA,B 74LS164 /CLR CLK QA QHA,B 74LS164 /CLR CLK RXDTXD 共陽極LED數(shù)碼管

29、. g f e d c b a 共陽極LED數(shù)碼管 . g f e d c b a+5V46編程：利用靜態(tài)數(shù)碼管顯示電路，顯示RAM中的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)存RAM的20H開始的單元，以BCD碼的形式存儲； 顯示前必須利用查表程序將BCD碼轉換為共陽極的字符碼。顯示字型dp ,g,f,e,d,c,b, a字符碼01 1 0 0 0 0 0 0 C0H11 1 1 1 1 0 0 1F9H21 0 1 0 0 1 0 0A4H31 0 1 1 0 0 0 0B0H41 0 0 1 1 0 0 199H51 0 0 1 0 0 1 092H61 0 0 0 0 0 1 082H71 1 1 1 1 0 0

30、0F8H81 0 0 0 0 0 0 080Habcdefgdp+VCCabcdefgdp47ORG 2000HDISP:MOV R7,02H;設置顯示位數(shù)MOV R0,#20H;設置數(shù)據(jù)區(qū)指針MOV SCON,#00H;設串行口為模式0MOV DPTR, # TABLE ;設置字符表指針DISP0: MOV A , R0;取數(shù)據(jù)到AMOVC A,A+DPTR;從表中取與A對應的字符到AMOV SBUF,A;字符向外傳送LOOP: JNB TI,$;等待傳送結束CLR TI;清除標志TIINC R0;指向下一個數(shù)據(jù)DJNZ R7,DISP0;未完時轉DISP0繼續(xù)RETTABLE: DB 0C

31、0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H;0,1, 2,3,4的字符碼DB 92H,82H,0F8H,80H,98H;5,6,7,8,9的字符碼END返回48設定串行口工作模式取數(shù)據(jù)到AMOV A,R0查表：MOVC A,A+DPTR發(fā)送數(shù)據(jù)MOV SBUF,A初始化：計數(shù)器R7賦初值02H數(shù)據(jù)指針R0賦20HDPTR賦表頭地址CCTI=1?清標志：CLR TI修改指針 INC R0R7-1R7R7=0?NYNY返回程序流程圖（查尋法）49采用中斷的方式實現(xiàn)串行口的操作設定串行口工作模式開串行口中斷取數(shù)據(jù)到AMOV A,R0查表發(fā)送數(shù)據(jù)MOV SBUF,A初始化：R7=02H，R0=20HD

32、PTR賦表頭地址等待中斷中斷服務程序返回清除標志修改指針R7-1R7R7=0?N關閉串口中斷Y取數(shù)據(jù)到A查表、發(fā)送數(shù)據(jù)50程序清單（中斷方式） ORG 0000H LJMP START ORG 0023H LJMP CHUAN ORG 2000HSTART: MOV R7,02H;設置顯示位數(shù) MOV R0,#20H;設置數(shù)據(jù)區(qū)指針 MOV SCON,#00H;設串行口為模式0 SETB EA SETB ES;開串口中斷 MOV DPTR, # TABLE;設置字符表指針DISP0: MOV A , R0;取數(shù)據(jù)到A MOVC A,A+DPTR;從表中取與A對應的字符碼到A MOV SBUF,

33、A;字符向外傳送 SJMP $;等待中斷51 ORG 2500HCHUAN: CLR TI;清除標志TI INC R0;修改數(shù)據(jù)指針 DJNZ R7,DISP1;未完時轉DISP1繼續(xù) CLR ES;完成時關閉串口中斷 SJMP DISP0;轉返回DISP1: MOV A,R0;未完時，取下一個數(shù)據(jù) MOVC A,A+DPTR;查表 MOV SBUF,A;發(fā)送DISP0: RETITABLE DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H;0,1, 2,3,4的字符碼 DB 92H,82H,0F8H,80H,98H ;5,6,7,8,9的字符碼 END52程序在ROM中的位置LJMP S

34、TARTLJMP CHUANMOV R7,02HCLR TIRETIC0HF9H0000H0023H2000H2500HTABLE上電入口ES中斷矢量入口主程序串口服務程序字符表53思考題：1.TI=1時，單片機是如何實現(xiàn)中斷調用的？2.在主程序的什么位置上產生中斷調用的？3.中斷返回時，返回到主程序的什么位置？4.如果想把主程序、中斷服務程序和字符表三者緊密相連（節(jié)省程序空間），程序應如何修改？5.將查表指令改為 MOVC A,A+PC 時，程序應如何修改？54 ORG 2000HSTART: MOV R7,02H;設置顯示位數(shù) MOV R0,#20H;設置數(shù)據(jù)區(qū)指針 MOV SCON,#0

35、0H;設串行口為模式0 SETB EA SETB ES;開串口中斷DISP0: MOV A , R0;取數(shù)據(jù)到A ADD A ,#data;調整 data=2+2 MOVC A,A+PC;從表中取字符碼到A MOV SBUF,A;字符向外傳送 SJMP $;等待中斷TABLE DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H;0,1, 2,3,4的字符碼 DB 92H,82H,0F8H,80H,98H ;5,6,7,8,9的字符碼 END返回本節(jié)55（二）SPI總線擴展系統(tǒng)SCKMOSI /CSMISO SCKMOSI /CSMISO SCKMOSI /CSMISO SCKMOSI /CS

36、MISO SCK：同步移位脈沖。MOSI：主機輸出、從機輸入。MISO：主機輸入從機輸出。 SCK MOSI MISO I/O I/O I/O I/O56SPI總線工作原理 美國MOTOROLA公司推出的一種同步串行接口。 SPI使用4條信號線： 同步時鐘線SCK； 主機輸入/從機接收線； 主機輸出/從機輸入線；從機片選線/CS（低電平）。 SPI總線為“單主機系統(tǒng)”，主機為單片機，從機為外圍芯片。主機通過/CS線來指定、尋找從機進行數(shù)據(jù)交換。 如果外圍器件是單一功能的輸入或輸出，則連接可簡化為2線系統(tǒng)。 MCS-51單片機雖然沒有SPI接口，但完全可以通過軟件模擬SPI的時序完成SPI操作，

37、但必須注意兩點：先傳送D7位；同步脈沖的有效邊緣以外圍器件要求為準。返回本節(jié)57（三）I2C總線擴展系統(tǒng)SDA SCL鍵盤接口SDA SCLLED驅動SDA SCL打印機接口SDA SCLADC模塊單片機SDA SCL存儲器SDA SCLE2PROMSDA SCLSCLSDAV cc58I2C總線工作原理 I2C總線采用兩線制：數(shù)據(jù)線SDA、時鐘線SCL。 I2C總線為同步總線，數(shù)據(jù)的傳送與時鐘信號完全同步。 I2C總線采用主從方式，由主控器尋址從器件，啟動總線，產生時鐘脈沖。 所有與SDA、SCL總線相連的器件（單片機和外圍器件）都應當具備I2C總線接口。 I2C總線接口器件在出廠時按照芯片

38、的型號都具有唯一的8位地址（4位內部硬件地址、3位引腳定義的外部地址和1位方向地址）。返回本節(jié)59（四）單總線接口擴展系統(tǒng) DS1820為美國DALLAS公司生產的溫度計集成電路DQDS1820DQDS1820DQDS1820DQDS1820I/OMCUDS1820V ccDQGND60單總線接口工作原理 單總線（1-Wire bus）是美國DALLAS公司推出的外圍串口擴展總線。 總線使用一根數(shù)據(jù)線DQ（輸入/輸出），總線上所有的器件都掛在DQ上。 DALLAS公司生產的所有該總線的器件在其內部都有一個64位的ROM，廠家在出廠時使用激光燒寫編碼（十進制的產片序列號）作為每一個器件唯一的地址

39、，以確保掛在總線上可以唯一確定并訪問。 DQ為漏極開路結構，故外部必須使用上拉電阻。 單總線器件具有低功耗特征，并具有電源存儲電路，可以從DQ線上獲取芯片的工作電源（當然也可以單獨使用電源供電）。61參 考 資 料 AT89系列單片機原理與接口技術338474頁 -北京航空航天大學出版社 王幸之等（48元） PIC單片機實用教程 提高篇-北京航空航天大學出版社 李學海 （34元）返回本章目錄624.2專用并行輸入、輸出接口芯片的擴展電路 intel公司為8088、8086微機系統(tǒng)設計的專用并行I/O口擴展芯片8155、8255等同樣可以用于單片機的并行端口擴展。4.2.1,使用 8155擴 展

40、I/O 端口4.2.2,使用 8255擴展I/O 端口返回本章目錄634.2.1:使用8155擴展I/O端口1. 8155的簡介2. 8155的構成：3. CPU 對8155的控制4. 8155的工作方式5. 8155內部定時器的使用6. 8155應用與編程舉例繼續(xù)64（一）8155的簡介 美國Intel公司為8086系列微機開發(fā)出的系列通用可編程I/O接口芯片。 8155不僅可以提供三個并行的I/O端口，在其內部還集成有256個字節(jié)的RAM存儲空間、一個14位的定時/計數(shù)器，因此非常適合與MCS-51單片機連接實現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴展。 由于8155的特殊性，這里將主要介紹其結構和使用、編程方法。

41、返回本節(jié)目錄65（二）8155的構成： 1，雙向數(shù)據(jù)總線緩沖器：傳送CPU與RAM之間的數(shù)據(jù)。 2，地址鎖存器：用于鎖存CPU送來得RAM或端口地址。 3，地址譯碼(a)和讀寫控制(b)： a,接收地址鎖存器的低三位地址，確定命令/狀態(tài)存存器、 定時/計數(shù)器和A、B、C口中的某個工作。 b,讀寫控制用于接收/RD或/WR上的信息實現(xiàn)CPU與8155 之間的信息控制 4，256個字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)存儲器。 5，I/O寄存器：A,B和C雙向通用I/O端口。 6，命令寄存器：用來存放CPU送來得命令字。 7，定時/計數(shù)器：二進制的14位減一計數(shù)器，可做分頻器。6681558155的內部結構簡圖的內部結

42、構簡圖I/O寄存器A口口256字節(jié)RAM雙向數(shù)據(jù)緩沖器地址鎖存器定時計數(shù)器（14位）讀/寫控制器地址譯碼I/O寄存器B口口I/O寄存器C口口狀態(tài)命令寄存器AD7-AD0/CEIO/MALE/RD/WRRESTT / INT / OUT6781558155引腳說明引腳說明 AD7-AD0:數(shù)據(jù)/地址總線。與MCS-51的P0口連接，分 時傳送地址和數(shù)據(jù)信息，是連接兩者的通道。 I/O口線：PA7-0、PB7-0和PC5-0為8155的A、B和C口。 其中A、B口為8為的通用I/O口； C口：在“通用I/O模式”下作I/O口； 在“選通I/O模式”下作命令/狀態(tài)口。 REST、/CE和IO/M :

43、復位、片選和I/O端口/RAM選擇線。 /RD、/WR: 讀寫控制線。 ALE:8155的地址鎖存信號。ALE=1時，信號進入地址鎖 存器，ALE=0時，鎖存器處于“封鎖”狀態(tài)，將ALE=1 時的地址鎖存到地址鎖存器中。 T/IN、T/OUT: 計數(shù)器的脈沖輸入線和輸出線，輸出波形 與工作方式有關。 返回本節(jié)目錄68（三）CPU 對8155的控制 8155的A、B和C口的數(shù)據(jù)傳送是由CPU發(fā)出的命令字控制的。 （1）8155內部的7個寄存器地址/CEIO/MA7-A3A2A1A0所選端口01XXXXX000命令 / 狀態(tài)寄存器01XXXXX001A口01XXXXX010B口01XXXXX011

44、C口01XXXXX100計數(shù)器低8位01XXXXX101計數(shù)器高8位00XXXXXXXXRAM單元69（2 2）81558155的命令字的命令字 PB、PA:A、B口工作方式：0 輸入；1 輸出。 PC2、 PC1: C口工作方式：00 ALT1（輸入） 01 ALT2（輸出） 10 ALT3（選通方式） 11 ALT4（選通方式） IEB IEA: A、B口中斷允許位：0 禁止中斷；1 允許中斷。 TM2 TM1:計數(shù)器工作方式：00 無操作；01 停止計數(shù)； 10 計滿后停止；11開始計數(shù)。TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA上一次70（3 3）81558155的狀態(tài)字的狀態(tài)字表征

45、表征81558155的狀態(tài)的狀態(tài) Ingra： A中斷請求標志。 0 無中斷；1 有中斷。 ABF： A口緩沖器狀態(tài)。 0 空； 1 滿。 Intel： A口中斷允許位。 0 禁止； 1 允許。 Nitro： B中斷請求標志。 0 無中斷；1 有中斷。 BBF： B口緩沖器狀態(tài)。 0 空； 1 滿。 Intec： B口中斷允許位。 0 禁止； 1 允許。 TIMER: 定時器中斷。0 讀狀態(tài)字后或硬件復位后。 1 有定時器中斷時。XTIMERINTEbBBFINTRbINTEaABFIngra狀態(tài)字存在于8155的狀態(tài)寄存器中，其地址與命令口地址一樣都是000B，可以用 MOVX A, Ri

46、指令來讀取8155的狀態(tài)。狀態(tài)字寄存器與命令寄存器是靠輸入、輸出來自動區(qū)分的。返回本節(jié)目錄71（四）8155的工作方式 （1）存儲方式：若IO/M=0、CE=0時，8155處于存儲器 模式，此時單片機通過AD7-AD0與8155 的RAM單元進行讀寫數(shù)據(jù)。 （2）I/O方式：若IO/M=1,CE=0時，8155處于I/O狀態(tài)。 a,通用I/O方式：A,B,C都是通用的數(shù)據(jù)端口； b,選通I/O方式：A,B為通用I/O方式，C口作 為A,B口的聯(lián)絡控制線。 選通方式是一種較為特殊的數(shù)據(jù)傳輸方式，它不同于一般并行口的I/O操作。它主要用于高速CPU與低速外設之間的數(shù)據(jù)交換。這里只作基本介紹。72C

47、口在四種工作方式下的各位定義口在四種工作方式下的各位定義C口通用I/O方式選通I/O方式ALT1ALT2ALT3ALT4PC0輸入輸出A INTR（A口中斷）A INTR（A口中斷）PC1輸入輸出ABF （A口緩沖器滿） ABF （A口緩沖器滿）PC2輸入輸出ASTB（A口選通）ASTB（A口選通）PC3輸入輸出輸出B INTR（B口中斷）PC4輸入輸出輸出BBF （B口緩沖器滿）PC5輸入輸出輸出BSTB（B口選通）73選通選通I/O數(shù)據(jù)輸入操作數(shù)據(jù)輸入操作當外設準備好數(shù)據(jù)并送PA口時，發(fā)出低電平的選通信號ASTB;8155接收到ASTB后：1，將PA上的數(shù)據(jù)裝入A口寄存器2，使A口數(shù)據(jù)滿A

48、BF置位以通知外設數(shù)據(jù)已收到。8155在ASTB的上升沿使PC0的A INTR標志置位，以通知單片機數(shù)據(jù)已收到。CPU響應中斷執(zhí)行服務程序，當執(zhí)行到從A口讀取輸入的數(shù)據(jù)（MOVX）時，/RD的上升沿將PC0的INTEA清零并使PC1的ABF變低,通知外設輸入下一個數(shù)據(jù)。 P0INT0 PAPD0-7/RD PC1 PC2 PC0D7- 0 C口為ALT3模式PC0:A口中斷A INTR標志輸出,送單片機；PC1:A口緩沖器滿ABF標志輸出，送外設。PC2:A口選通輸入ASTB，ASTBABFMCS-51 8155 外設A INTR74選通選通I/O數(shù)據(jù)輸出操作數(shù)據(jù)輸出操作CPU執(zhí)行MOVX指令

49、將數(shù)據(jù)送PA口，8155收到數(shù)據(jù)后ABF變高通知外設數(shù)據(jù)已到達PA口。外設接收到ABF的高電平后： 1，從D7-0上接收數(shù)據(jù)； 2，使ASTB變低，通知8155外 設已接收到數(shù)據(jù)。當8155監(jiān)測到ASTB回到高電平時，使PC0D的A INTR變?yōu)楦唠娖?，向單片機申請中斷。單片機在中斷服務程序中巴下一個數(shù)據(jù)送到A口，進行下一個數(shù)據(jù)的輸出。 P0INT0 PAPD0-7 PC1 PC2 PC0D7- 0 ASTBABFMCS-51 8155 外設C口為ALT3模式，控制字：00011001BPC0:A口中斷A INTR標志輸出,送單片機；PC1:A口緩沖器滿ABF標志輸出，送外設。PC2:A口選通

50、輸入ASTB，A INTR返回本節(jié)目錄75（五）8155內部定時器的使用 嚴格的將，8155的定時器應當稱為計數(shù)器，因為定時器的計數(shù)脈沖來自外部的T/IN引腳的輸入脈沖,所以8155的定時器非常適合做1/n的分頻器(如圖）。 定時器共有4中工作方式,由計數(shù)器高8位中的最高兩位M2、M1來確定。不同的工作方式對應著不同的T/OUT波形。8155 T/INT/OUT由8155作1/5分頻器MCS-51控制字7681558155內部定時器的內部定時器的4 4種工作方式種工作方式1，M1M2=00時:定時器在計數(shù)的后半周期在T/OUT線上輸出低電平，如果計數(shù)初值為奇數(shù)，則高電平持續(xù)時間比低電平多一個計

51、數(shù)脈沖；2， M2M1=01時:同上一方式，差別為當計數(shù)器“減1”到 “全0”時，自動裝入計數(shù)初值，所以在T/OUT上為連續(xù)波形；3， M2M1=10時:當計數(shù)器“減1”到 “全0”時，在T/OUT線上輸出一個單脈沖；4， M2M1=11時:當計數(shù)器“減1”到 “全0”時，在T/OUT線上輸出一個單脈沖，且自動重裝計數(shù)初值，所以在T/OUT線上輸出連續(xù)的波形?？刂谱?781558155定時器工作方式與定時器工作方式與T/OUTT/OUT波形波形M2M1T13T12T11T10T9T8T7T6T5T4T3T2T1T0計數(shù)器高8位（101B）計數(shù)器低8位（100B）1個計數(shù)周期T T/INM2M1

52、=00時 T/OUTM2M1=01時 T/OUTM2M1=10時 T/OUTM2M1=11時 T/OUT思考題：哪種工作方式可以使8155完成1/n分頻器的功能？ 這種分頻器與普通數(shù)字電路中的“計數(shù)器分頻”有何不同 ？（返回）785，8155應用與編程舉例 充分利用8155的內部資源可以簡化單片機系統(tǒng)的設計。 無論是8155或其它外圍電路與MCS-51的連接可分為兩種方式：最小化連接； 按照外部RAM地址統(tǒng)一編址。 前者適用于較小的系統(tǒng)，后者用于較復雜的系統(tǒng)。這里采用前者，目的是使大家掌握8155最基本的編程方法。 8155在I/O工作方式中我們選擇“通用I/O方式”為例。返回本節(jié)目錄7981

53、558155與與MCS-51MCS-51的最小化連接的最小化連接P2.7P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0ALE/RD/WR/CEIO/M PAAD7AD6AD5 PBAD4AD3AD2 AD1 PCAD0 ALE T/OUT/RD/WR T/INMCS-51 8155P2.7-P2.0P0.7-P0.0地址選擇01111110000000007E00HRAM256存儲單元01111110111111117EFFH01111111000000007F00H命令寄存器01111111000000017F01HPA口01111111000000107F02HP

54、B口01111111000000117F03HPC口01111111000001007F04H計數(shù)器低8位01111111000001017F05H計數(shù)器高8位最小系統(tǒng)對8155內部各寄存器的地址分配80設定：PA口輸入,PB口輸出,輸入脈沖進行16分頻。ORG 1000HSTRAT: MOV DPTR,#7F04H;指向定時器低8位MOV A,#10H;計數(shù)初值16MOVX DPTR,A;裝入初值INC DPTR;指向定時器高8位MOV A,#40H;設定為連續(xù)方波MOVX DPTR,A;裝入定時器高8位MOV DPTR,#7F00H;指向命令口MOV A, # 0C2H;控制字：（A輸入B

55、輸出啟動定時器）MOVX DPTR,A;裝入控制字并啟動定時器INPUT: MOV DPTR,# 7F01H;指向PA口MOVX A,DPTR;從PA口輸入數(shù)據(jù)OUT:MOV DPTR,# 7F02H;指向PB口MOVX DPTR,A;從PB口輸出數(shù)據(jù)END【思考題】：如何將PA口輸入的數(shù)據(jù)存到8155內部RAM的某一單元？控制字81MOVX DPTR,A或MOVX A,DPTR的時序S1S2S6S5S4S3S1S2S6S5S4S3ALEPsenA15-A8(PC)A15-A8（DPH）A7-A0指令（DPL）數(shù)據(jù)RDP2口P0口選中外部RAM第一個階段：取 MOVX 指令第二階段：執(zhí)行MOV

56、X（從外部讀取數(shù)據(jù)）返回上一次824.2.2 使用8255擴展I/O端口1.8255的內部結構和引腳功能2.8255的工作模式3.8255的控制字和狀態(tài)字4.8255A應用舉例繼續(xù)831，8255的內部結構和引腳功能（一）：內部結構由四部分組成1，A口、B口和C口； 2，A、B組控制器； 3，雙向數(shù)據(jù)緩沖器； 4，讀寫控制器。結構圖848255的內部結構圖A口C口高四位B口C口低四位A組控制器B組控制器數(shù)據(jù)緩沖器讀寫控制邏輯PA7-0PB7-0PC7-4PC3-0D7-D0/RD/WRA0A1RESET/CS返回前一次C口85 A口：8位數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存，輸入緩沖/鎖存的I/O端口。 B、C

57、口：8位數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存，輸入緩沖的I/O端口。 A組控制器、B組控制器：接收CPU發(fā)送的控制字并確定8255的工作模式。其中：A 組控制器： 控制A口和C口的高4位； B 組控制器： 控制B口和C口的低4位。結構圖86 數(shù)據(jù)緩沖器：傳送CPU與8255之間的8位數(shù)據(jù)和控制字。 讀寫控制邏輯：接收CPU送來的讀（/RD）,寫（/WR）和片選（/CS）等信號，用于對8255的讀寫控制。結構圖8740腳DIP封裝，按照功能劃分為：1.數(shù)據(jù)總線2.控制總線3.并行I/O總線4.電源線結構圖（二）引腳功能881.數(shù)據(jù)總線（D7D0）：CPU與8255之間的接口，是接收CPU的命令或與CPU進行數(shù)據(jù)交

58、換的雙向傳輸總線。 內部與數(shù)據(jù)緩沖器連接，外部應與單片機的P0口連接。2.控制總線： RESET： 復位線，輸入信號、高電平有效； /CS： 輸入的片選信號，低電平有效； /RD、/WR：輸入的讀寫命令線，低電平有效； A0、A1： A、B、C口和控制寄存器的地址線。結構圖898255內部寄存器的地址定義A1、A0寄 存 器0 0A口寄存器0 1B口寄存器1 0C口寄存器1 1控制寄存器結構圖903.并行I/O總線（24條）：PA7PA0：A口。雙向I/O總線，可設定為輸入、輸出或雙向方式；PB7PB0：B口。雙向I/O總線，可設定為輸入或輸出方式；PC7PC0：C口。雙向I/O總線，具有兩種

59、模式：傳送I/O的數(shù)據(jù)模式（模式0）；作為A、B口的控制/狀態(tài)信息口（模式1，2）。4.電源線：Vcc 和 GND91（三）8255與89C51的“總線連接”結構示意圖89C51 P0 ALECP 8255 PAPC/CE A1 PBA0 D7D08674LS3738使用MOVX 指令訪問8255。數(shù)據(jù)、命令都是通過P0口在指令的第二個機器周期進行傳送。譯碼器C0HC3H928255控制信號功能、地址表（設/CS=C0H）/CS=C0C3H（1100 0000）A1 A0/RD/WR端口地址端口功能00 001C0HA口讀A口00 010C0H寫A口00 101C1HB口讀B口00 110C1

60、H寫B(tài)口01 001C2HC口讀C口01 010C2H寫C口01 110C3H控制口寫控制字1X XXXXX未選中返回本節(jié)目錄轉8255框圖返回上一次932，8255的工作模式8255A有三種工作模式：1.模式0。通用I/O模式（A、B和C口都具備）；2.模式1。選通I/O模式（A、B口做I/O、C作A、B口聯(lián)絡線）；3.模式2。選通I/O模式（A口為雙向I/O、C作A口控制線）用戶可以通過“8255A方式控制字”來設定所需的工作模式。轉控制字94模式0：通用I/O模式 A、B和從C口都具備的I/O功能。根據(jù)實際硬件連接需要，通過控制字設定A、B和C口的各自I/O方向即可； 用于快速的“同步傳