單片機原理及其接口技術(shù)第4章-擴展課件

1、4.1 單片機引腳1、基本引腳：最基本引腳，不可閑置不可復(fù)用。電源：Vcc（+5V），GND(+0V)時鐘：XTAL1，XTAL2復(fù)位：RST2、I/O引腳：P0（P0.0P0.7）、P1 （P1.0P1.7）P2 (P2.0P2.7） 、P3 （P3.0P3.7）3、外部信號引腳：P3.4（T0）P3.5（T1）P3.2（ ）P3.3（ ）4、總線引腳：數(shù)據(jù)總線（8位，雙向）： P0（P0.0P0.7）地址總線（16位，單向）： P2 (P2.0P2.7） ，P0（P0.0P0.7）控制總線： PSEN、 EA、ALE RD WR 4.2 單片機I/O口 4.2.1 P1口8051共有4個8

2、位的并行雙向I/O口，可以輸入，可以輸出，分別記作P0、P1、P2、P3，可以按字節(jié)直接尋址。除此之外，還可以按位尋址，4個口合在一起共有32位。在單片機中，口是一個集數(shù)據(jù)輸入緩沖、數(shù)據(jù)輸出鎖存及驅(qū)動等多功能于一體的I/O電路。8051的4個口在電路結(jié)構(gòu)上是基本相同的，它們都有一個鎖存器，一個輸出驅(qū)動器，兩個輸入三態(tài)緩沖器。但它們又各具特點，因此在功能和使用上各口之間有一定的差異。 輸出：數(shù)據(jù)D在寫鎖存器信號CP的作用下經(jīng)內(nèi)部總線進入鎖存器Q，由于T2的漏極對柵極的反相作用，鎖存器從輸出。若D=0 輸出引腳P1.X為0，若D=1輸出引腳為1。常用輸出指令MOV P1，A 或 MOV P1，#d

3、ata引腳P1.X的輸出驅(qū)動部分由場效應(yīng)管T2與內(nèi)部上拉電阻R組成，灌電流1.6mA，拉電流60A。輸出特性與TTL電路兼容。 4.2.1 P1口輸入：引腳輸入數(shù)據(jù)通過三態(tài)緩沖門1，在讀引腳信號作用下進入內(nèi)部總線。為了正確地進行讀操作，輸入前應(yīng)先在相應(yīng)位輸出1，使T2截止。上電復(fù)位或手動復(fù)位后P1口為輸入方式，MOV P1，#0FFH ；使P1為輸入口MOV A，P1 ；輸入數(shù)據(jù)讀改寫指令： 如需得到鎖存器內(nèi)容，可通過三態(tài)緩沖門2在讀鎖存器信號作用下，使鎖存器內(nèi)容進入內(nèi)部總線。8051單片機有不少指令可直接進行端口操作，稱讀-改-寫指令。它的特點是把3個動作：（1）讀鎖存器，（2）調(diào)整，（3）

4、寫回原鎖存器，合為一個指令 ANL P1, A ；讀P1鎖存器，與A，結(jié)果送回P1鎖存器 ORL P1, data ；讀P1鎖存器，或data，結(jié)果送回P1鎖存器4.2.1 P1口例4-1 編寫一個程序完成下面的功能：監(jiān)視P1.2位，直到它變?yōu)楦唠娖健．?dāng)P1.2變?yōu)楦唠娖綍r，把值45H賦給P0口。發(fā)送一個從高到低的脈沖給P1.3。解：用位命令使P1.2 處于輸入模式 SETB P1.2 ；使P1.2 處于輸入模式 MOV A，#45H ；A=45H LOOP： JNB P1.2，LOOP ；監(jiān)視P1.2位是否為1 MOV P0，A SETBP1.3 ；發(fā)送從高到低的脈沖給P1.3 CLR P1

5、.3 4.2.2 P0口1、P0口的位結(jié)構(gòu)P0口是一個三態(tài)雙向口，可作為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口，也可作為通用I/O接口，由場效應(yīng)管T1、T2組成輸出驅(qū)動器。與門、反相器及模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX構(gòu)成輸出控制電路。 2、地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用功能P0口作為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線，控制為1，MUX把反相器的輸出端與T1接通，同時把與門打開，輸出地址或數(shù)據(jù)。ALE為1時送出低8位地址A0A7，ALE為0時送出數(shù)據(jù)D0D7；輸入數(shù)據(jù)從P0口的引腳進入。3、通用I/O接口功能當(dāng)P0口作為通用I/O接口使用時，控制為0，與門輸出為0，使T1截止。此時，輸出級是漏極開路結(jié)構(gòu)。此時為了正常輸出1，必須外接10k上拉電阻。

6、漏極開路結(jié)構(gòu)可以提高輸出負載能力，驅(qū)動8個LSTTL輸入。4.2.2 P0口例4-2 把P0口輸入的數(shù)據(jù)從P1口輸出 MOVA，#0FFH MOVP0，A；令P0口為輸入MOVA，P0；輸入數(shù)據(jù)，讀引腳MOVP1，A；輸出數(shù)據(jù)SJMP$ 4.2.3 P2口P2口也是一準(zhǔn)雙向口，它具有通用I/O接口或高8位地址總線輸出兩種功能，所以其輸出驅(qū)動結(jié)構(gòu)比P1口輸出驅(qū)動結(jié)構(gòu)多了一個輸出模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX和反相器。當(dāng)作為準(zhǔn)雙向通用I/O接口使用時，控制信號使轉(zhuǎn)換開關(guān)切向左側(cè)，鎖存器Q端經(jīng)反相器接T2，其工作原理與P1相同，也具有輸入、輸出、端口操作三種工作方式，負載能力也與P1口相同。當(dāng)控制信號使轉(zhuǎn)換開關(guān)

7、切向右側(cè)，P2口輸出高8位地址A8A15。4.2.4 P3口P3口的輸出驅(qū)動由與非門、T2組成，除三態(tài)緩沖門1、2之外，它比P0、P1、P2口結(jié)構(gòu)多了一個緩沖器3。P3口除了可作為通用準(zhǔn)雙向I/O接口外，每1根線還具有第2功能。當(dāng)P3口作為通用I/O接口時，可以輸入，可以輸出，第2功能輸出線為高電平，使與非門的輸出取決于口鎖存器的狀態(tài)。在這種情況下，P3口仍是1個準(zhǔn)雙向口，它的工作方式、負載能力均與P1、P2口相同。當(dāng)P3口作為第2功能使用時，其鎖存器Q端必須為高電平，否則T2管導(dǎo)通，引腳被箝位在低電平，無法輸入或輸出第2功能信號。當(dāng)Q端為高電平時，P3口的狀態(tài)就取決于第2功能輸出線的狀態(tài)。4

8、.3 存儲器擴展 4.3.1 存儲器芯片三款I(lǐng)ntel公司的存儲器產(chǎn)品，分別是EPROM芯片2764、E2PROM芯片2864和RAM芯片6264。前兩位27表示存儲器類型為EPROM，28表示E2PROM，62表示RAM。后兩位64表示存儲器容量為64kbit=8KB，單一5V供電。各引腳功能如下：4.3.2 8051單片機的存儲器擴展系統(tǒng) 一、片外總線結(jié)構(gòu)P0口地址總線低8位/數(shù)據(jù)總線：分時復(fù)用P2口地址總線高8位控制總線：PSEN片外ROM讀選通ALEEA片內(nèi)外ROM（4KB）選擇RD片外RAM讀選通WR片外RAM寫選通4.3.2 8051單片機的存儲器擴展系統(tǒng) 二、連接方法4.3.2

9、8051單片機的存儲器擴展系統(tǒng) 4.4 I/O擴展 4.4.1 簡單并行擴展簡單的I/O口擴展通常是采用TTL或CMOS電路鎖存器、三態(tài)門等作為擴展芯片，根據(jù)“輸入三態(tài)，輸出鎖存”與總線相連的原則，通過總線來實現(xiàn)擴展的一種方案。它具有電路簡單、成本低、配置靈活的特點。 4.4.2 可編程并行擴展芯片8255 8255可編程并行輸入/輸出接口芯片是Intel公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)外圍接口電路。它采用NMOS工藝制造，用單一5V電源供電，具有40條引腳，采用雙列直插式封裝。它有A、B、C3個端口，共24條I/O線，與外設(shè)相接，可以通過編程的方法來設(shè)定端口輸入或輸出，還可提供與外設(shè)的握手信號。通過8條數(shù)據(jù)線

10、可方便地與各種微機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相接，所以得到了廣泛的應(yīng)用。8255有3個端口A、B、C和一個內(nèi)部控制字寄存器，共4個端口；因此芯片自帶2位的字選地址線A1和A0。由控制寄存器的內(nèi)容設(shè)置A、B、C口的使用方法。4.4 I/O擴展 4.4.2 可編程并行擴展芯片8255 地址總線 A1 A0 CS數(shù)據(jù)總線 D0D7控制總線 RD WRI/O接口 PA、PB、PC4.4.2 可編程并行擴展芯片8255 8255端口功能表8255端口選擇表8255的C口置位/復(fù)位控制字4.4.2 可編程并行擴展芯片8255 解：1、工作方式控制字為 D0=1：C口低半部輸入； D1=0：B口輸出； D2=0：B口方

11、式0； D3=0：C口高半部輸出； D4=1：A口輸入； D6D5=00：A口方式0； D7=1：工作方式控制字標(biāo)志。 因此工作方式控制字為10010001B即91H。2、初始化程序為： MOV DPTR，03FFH ；指向8255A ；控制口 MOV A，91H MOVX DPTR，A ；送控制字 8255工作方式控制字例4-1 對8255各口作如下設(shè)置：A口方式0輸入，B口方式0輸出，C口高位部分為輸出、低位部分為輸入。設(shè)控制寄存器的地址為03FFH。4.5 非總線型擴展 4.5.1 總線型單片機的非總線擴展 在新一代單片機中，無論是總線型單片機，還是非總線型單片機，為了簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高

12、系統(tǒng)的可靠性，都推出了芯片間的串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，設(shè)置了芯片間的串行傳輸接口或串行總線。特別是非總線類單片機，在沒有并行擴展總線的情況下，利用串行外圍接口可以擴展一些必要的外部器件。在非總線擴展系統(tǒng)中，P0P3口都作為通用I/O。P0口需外接上拉電阻。單片機與外部存儲器及I/O芯片的數(shù)據(jù)傳送，不使用MOVX指令，而使用帶進位的A循環(huán)移位指令、P0P3對應(yīng)位的位操作指令實現(xiàn)。4.5.2 非總線型單片機AT89C2051是一種帶2KB閃速可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS的8位微控制器。 2051它只有20個引腳，該器件具有以下一些標(biāo)準(zhǔn)特性：2KB的閃速存儲器，128B的RAM，15根I

13、/O線，2個16位定時/計數(shù)器，5個兩級中斷源結(jié)構(gòu)一個全雙工串行口，一個精確的模擬比較器，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。每個引腳最大電流20mA，可以直接驅(qū)動LED。具有低功耗的閑置和掉電模式。4.5.3 串行擴展總線與串行擴展接口 目前單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的串行擴展總線和接口主要有I2C總線、串行外圍接口SPI、Microwire、1-Wire和串行口的移位寄存方式。串行擴展總線和串行擴展接口的區(qū)別在于外圍器件的選通方式。串行擴展總線上所有的外圍器件都有自己的地址編號，單片機通過軟件來選通某個外圍器件，串行接口上所擴展的外圍器件要求單片機有相應(yīng)的I/O口線來選通。一、I2C總線 I2C總線（In

14、ter Integrated Circuit BUS）是Philips公司推出的串行擴展總線，為二線制，總線上擴展的外圍器件及外設(shè)接口通過總線尋址。I2C總線由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL構(gòu)成。SDA/SCL總線上掛接單片機、外圍器件和外設(shè)接口。所有掛接在I2C總線上的器件和接口電路都應(yīng)具有I2C總線接口，而且所有的SDA/SCL同名端相連。 AT2401/02/04/08/16/32/64是ATMEL公司推出的帶I2C接口的E2PROM器件。 P1.6、P1.7提供串行時鐘SCL和串行數(shù)據(jù)SDA。地址線A0A1A2接地，表示系統(tǒng)只有一個擴展芯片。SCL，SDA為漏極開路端，需接上拉電阻到電源。 4.5.3 串行擴展總線與串行擴展接口 二、單總線單總線（1-Wire）是Dallas公司推出的外圍串行擴展總線。單總線只有一根數(shù)據(jù)輸入輸出線DQ，總線上所有的器件都掛接在DQ線上。單總線構(gòu)成的分布式溫度監(jiān)測