第7章—單片機系統(tǒng)擴展

1、 第7章 單片機的系統(tǒng)擴展7.1 程序存儲器擴展7.2 數(shù)據(jù)存儲器擴展7.3 并行I/O擴展7.4 I2C總線擴展7.5單片機的節(jié)電工作方式第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展擴展使用的三總線擴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、寫、 地址鎖存允許、地址鎖存允許、 外部外部ROM讀選通讀選通）程序存儲器的擴展程序存儲器的擴展 在在8051單片機外部擴展單片機外部擴展8K字節(jié)程序存儲器字節(jié)程序存儲器2764的連接圖的連接圖第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展第7章 單片機的系

2、統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展數(shù)據(jù)存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器擴展在在8051單片機外部擴展一片單片機外部擴展一片8K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器6264的連接圖的連接圖第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展系統(tǒng)擴展選址方法系統(tǒng)擴展選址方法1 1、線選法：、線選法： 利用單片機的一根空閑高位地址線(通常采用P2的某根口線)選中一個外部擴展I/O端口芯片。 優(yōu)點：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：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)，這些都會給系統(tǒng)設計帶來 不便。第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展 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

3、 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 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。第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展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

4、.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 P2.5 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。第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展 2 2、地址譯碼法、地址譯碼法 對于容量較大的存儲器

5、或I/O端口較多的單片機應用系統(tǒng)進行外部擴展，當芯片所需要的片選信號多于可利用的高位地址線時，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。第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展擴擴 展展 器器 件件片內(nèi)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 并行并行I/OI/O端口擴展芯片端口擴

6、展芯片一. 8255可編程并行I/O接口擴展芯片二. 8155可編程并行I/O接口擴展芯片第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展82558255可編程并行可編程并行I/OI/O接口擴展芯片接口擴展芯片（1 1）82558255內(nèi)部結(jié)構及引腳功能內(nèi)部結(jié)構及引腳功能 數(shù)據(jù)總線緩沖器B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組控制讀寫控制邏輯RDWRA0A1RESETCSD7D0I/OPA7PA0I/OPC7PC4I/OPC3PC0I/OPB7PB0第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展（2 2）端口）端口 PA

7、0PA7、PB0PB7、PC0PC7共24條端口線。3個口皆為鎖存/緩沖寄存器，A口、B口有鎖存功能，C口無鎖存功能。A、B、C 3口的工作方式由程序設置。 （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單片機的P0接口， 第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展（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：、寫WRWR、復位、復位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 控制口第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)

8、擴展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口進行位操作第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展（1 1）82558255與單片機連接圖與單片機連接圖 第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展（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

9、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控制口第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展 8155 8155可編程并行可編程并行I/OI/O接口擴展芯片接口擴展芯片（1 1）81558155內(nèi)部結(jié)構及引腳功能內(nèi)部結(jié)構及引腳功能第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展XTIMINTEBBBFINTRBINTEAABFINTRAA口 中 斷 請 求 標 志A口 緩 沖 器 滿 /空 標

10、志允 許 A口 中 斷 標 志B口 中 斷 請 求 標 志B口 緩 沖 器 滿 /空 標 志D7D6D5D4D3D2D1D0允 許 B口 中 斷 標 志定 時 器 中 斷 標 志 ， 計 數(shù) 滿 該 位 置 “ 1” 中 斷 請 求 ， 復 位 后 為 “ 0”空（3 3）81558155的狀態(tài)字格式的狀態(tài)字格式第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展 8155片內(nèi)可編程定時/計數(shù)器由兩個8位寄存器組成，低8位和高6位存放計數(shù)初值，最高2位控制定時器的工作方式 （4 4）81558155的定時器使用的定時器使用M2M1 T13 T12 T11 T10 T9T8D7D6D5D4D3D2D1D0M

11、2M1 T13 T12 T11 T10 T9T8D7D6D5D4D3D2D1D0定時方式計數(shù)初值高6位計數(shù)初值低8位第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展（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定時計數(shù)器的低定時計數(shù)器的低8 8位寄存器

12、位寄存器 1 0 1 1 0 1定時計數(shù)器的高定時計數(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) )第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展81558155接口擴展舉例接口擴展舉例（1 1）82558255與單片機連接圖與單片機連接圖 第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展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,定時計數(shù)器低位地址： 7F04H，定時計數(shù)器高位地址： 7F05H。第7章 單片機的系統(tǒng)擴展

13、單片機的系統(tǒng)擴展 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，不啟動定時計數(shù)器，則命令字為入口，不允許中斷，不啟動定時計數(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 ；寫入命令字；寫入命令字（2 2） 81558155初始化初始化第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展 I2C總線是PHIL

14、IPS公司開發(fā)的一種簡單、雙向二線制同步串行總線, 它只需要兩根線(串行時鐘線和串行數(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: 總線只有兩根線總線只有兩根線: :串行時鐘線和串行數(shù)據(jù)線串行時鐘線和串行數(shù)據(jù)線; ; 每個連到總線上的器件都可由軟件以唯一的地址尋址,并建立簡單的主/從關系, 主器件既可作為發(fā)送器, 也可作為接收器; 它是一個真正的多主總線它是一個真正的多主總線, , 帶有競爭檢測和仲裁電路帶有競爭檢測和仲裁電路, , 可使多可使多主機任意同時發(fā)送而不破壞總線上的數(shù)據(jù)主機任意同時發(fā)送而不破壞總線上的數(shù)據(jù); ; 同步時鐘允許器件通過總線以不同的波特率進行通信; 同步

15、時鐘可以作為停止和重新啟動串行口發(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總線進行系統(tǒng)擴展總線進行系統(tǒng)擴展 第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展 I2C總線接口的電氣結(jié)構如圖所示, 組成I2C總線的串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時鐘線SCL 必須經(jīng)過上拉電阻Rp接到正電源上, 連接到總線上的器件的輸出級必須為“開漏”或“開集” 的形式,以便完成“線與”功能。SDA和SCL都為雙向I/O口線, 總線空閑時皆為高電平。 總線上數(shù)據(jù)傳送最高速率可達100Kbit/s。I2CI2C總線的電氣結(jié)構總線的電氣結(jié)構 第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴

16、展 I2C總線可以構成多主數(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)送時鐘、啟動位、數(shù)據(jù)工作方式, 從器件則接收時鐘及數(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)傳送時的啟動、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)程中啟動和停止條件規(guī)定如下: 啟動條件: 在SCL為高電平時, SDA出現(xiàn)一個下降沿則啟動I2C總線。 停止條件: 在SCL為高電平時, SDA出現(xiàn)一個上升沿則停止使用I2C總線。 第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展 在啟動和停止條件之間可轉(zhuǎn)送的數(shù)據(jù)不受限制,但每個字節(jié)必須為8位，先傳送最高位, 在每個字節(jié)之后

17、必須跟一個響應位。主器件收發(fā)每個字節(jié)后產(chǎn)生一個時鐘應答脈沖, 在這期間, 發(fā)送器必須保證 SDA為高, 由接收器將SDA拉低, 稱為應答信號(ACK)。主器件為接收器時, 在接收了最后一個字節(jié)之后不發(fā)應答信號, 也稱為非應答信號(NOT ACK)。I2CI2C總線的數(shù)據(jù)傳輸總線的數(shù)據(jù)傳輸 第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展 總線中每個器件都有自己唯一確定的地址, 啟動條件后主機發(fā)送的第一個字節(jié)就是被讀寫的從器件地址, 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?？偩€上每個器件在啟動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)生應答, 并

18、根據(jù)讀寫位決定在數(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)出啟動信號(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), 即這個字節(jié)為SLA+W。被尋址的從器件在收到這個字節(jié)后, 返回一個應答信號(A), 在確定主從握手應答正常后, 主器件向從器件發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù), 從器件每收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)后都要返回一個應答信號, 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)出啟動信號(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), 即這個字節(jié)為SLA+R。在發(fā)送完這個字節(jié)后, P1.6(SCL)繼續(xù)輸出時鐘, 通過P1.7(

19、SDA)接收從器件發(fā)來的串行數(shù)據(jù)。 主器件每接收到一個字節(jié)后都要發(fā)送一個應答信號(A)。當全部數(shù)據(jù)都發(fā)送或接收完畢后, 主器件應發(fā)出停止信號(P)。 第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展 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 可通過地址總線來選擇所需要器件的地址。I2C總線只有一根數(shù)據(jù)線和一根時鐘線, 沒有專門的地址線, 而是利用數(shù)據(jù)傳送中的頭幾個字節(jié)來傳送地址信息。I2C總線的尋址方式有主器件的節(jié)點尋址和通用呼叫尋址兩種, 具體實現(xiàn)方法是由主器件在發(fā)出啟動位S 后緊接著發(fā)送從器件的7位地址碼, 即S+SLA, 在節(jié)點地址尋址中SLA為被尋址的

20、從節(jié)點地址, 當SLA為全“0”時, 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)的器件可以不響應通用呼叫地址。第7章 單片機的系統(tǒng)擴展單片機的系統(tǒng)擴展單片機的節(jié)電工作方式單片機的節(jié)電工作方式 對于8051單片機來說，有待機方式和掉電保護方式兩種低功耗方式。通過設置電源控制寄存器PCON的相關位可以確定當前的低功耗方式。PCON寄存器格式如下： 其中SMOD：波特率倍增位 GF0，GF1：通用標志位 PD：掉電方式位，PD1為掉電方式 IDL：待機方式位，IDL1為待機方式位序 B7 B6 B5B4B3B2B1B0位符號SMOD /GF1