《單片機原理及應用系統(tǒng)設計》課件第6章

6.1系統(tǒng)擴展概述

6.2總線擴展及地址分配

6.3外部存儲器及其訪問

6.4外部程序存儲器擴展

6.5外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展

6.6并行I/O接口的擴展

6.7A/D和D/A轉換接口的擴展

6.8串行總線擴展技術

習題六第六章單片機系統(tǒng)功能的擴展技術單片機系統(tǒng)擴展,一般是以基本的最小系統(tǒng)為基礎的,故首先應熟悉最小系統(tǒng)的結構。所謂最小系統(tǒng),是指一個真正可用的單片機最小配置系統(tǒng)。對于片內(nèi)帶有的程序存儲器的AT89S52單片機,只要在芯片上外接時鐘電路和復位電路就達到真正可用,即為一個最小系統(tǒng),如圖6-1所示。6.1系統(tǒng)擴展概述圖6-1最小系統(tǒng)6.2.1總線擴展

AT89S52單片機有很強的外部擴展能力,大部分常規(guī)集成電路芯片可用于單片機的擴展電路。擴展的內(nèi)容主要有總線、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、I/O口擴展、A/D和D/A擴展、中斷擴展等。但由于受引腳的限制,AT89552單片機P0口是分時復用的地址／數(shù)據(jù)總線,而且與I/O口線復用,為了將地址總線與數(shù)據(jù)總線分離出來,以便同片外的電路正確連接,

需要在單片機外部增加地址鎖存器,構成片外三總線結構,即地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線結構,如圖6-2所示。6.2總線擴展及地址分配圖6-2AT89S52擴展三總線結構

1.常用擴展器件簡介

1)地址鎖存器

地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的8-D鎖存器74LS373,8282或帶清除端的8-D鎖存器74LS273。74LS373地址鎖存器的引腳配置及結構如圖6-3所示。圖6-374LS273地址鎖存器引腳圖及結構圖

2)74LS244和74LS245芯片

74LS244和74LS245常作單片機系統(tǒng)的總線驅動器,也作三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。74LS244為單向驅動器或數(shù)據(jù)緩沖器。74LS244的內(nèi)部結構如圖6-4所示。它由8個三態(tài)門構成,分成兩組,分別由控制端1G和2G控制;74LS245的內(nèi)部結構如圖6-5所示。它由16個三態(tài)門構成,每個方向8個。在控制端G低電平有效時,由DIR控制數(shù)據(jù)的方向。當DIR為“1”時,數(shù)據(jù)從左到右傳送,當DIR為“0”時,數(shù)據(jù)從右到左傳送。74LS245的內(nèi)部結構如圖6-5所示。圖6-474LS244內(nèi)部邏輯與引腳圖圖6-574LS245內(nèi)部邏輯與引腳圖當P2口需要增加驅動能力時,可采用單項驅動器74LS244,其連接如圖6-6(a)所示。圖中兩個控制端1G和2G均接地,相當于8個三態(tài)門均打開,數(shù)據(jù)從P2口到A8~A15

端直通,也就是說,此處采用74LS244主要是為了增加驅動能力而不加任何控制。

當MCS-51單片機的P0口需要增加驅動能力時,必須采用雙向驅動器,可用74LS245,其連接如圖6-6(b)所示。圖6-6總線驅動器的連接圖

3)3-8譯碼器74LS138

3-8譯碼器74LS138為一種常用的地址譯碼器芯片,其引腳圖如圖6-7所示。其中,G1、、為3個控制端,只有當G1為“1”且、均為“0”時,譯碼器才能進

行譯碼輸出。否則譯碼器的8個輸出端全為高阻狀態(tài)。譯碼輸入端與輸出端的譯碼邏輯關系如表6-1所示。圖6-774LS138引腳圖表6-174LS138的譯碼邏輯關系

2.三總線

AT89S52單片機的片外引腳可構成如圖6-8所示的三總線結構,通過擴展的三總線,單片機可以方便地擴展其外部數(shù)據(jù)存儲器,外部程序存儲器及I/O接口,同時外圍芯片也可以通過這三總線進行擴展。

1)地址總線(AB)

2)數(shù)據(jù)總線(DB)

3)控制總線(CB)

圖6-8AT89S52系統(tǒng)擴展及接口結構6.2.2地址分配

1.線選法

根據(jù)圖6-9中片選線的連接方法,地址譯碼如表6-2所示。圖6-9線選法地址譯碼表6-2線選法地址譯碼表

2.地址譯碼選通法

圖6-10所示為采用74LS138作為地址譯碼器的全地址譯碼電路,6264字選需要的地址線為13條,則剩余的3根地址線可作為片選線。譯碼器的8根輸出線分別對應于一個8KB的地址空間。

根據(jù)圖6-10中的片選線的連接方法,全地址譯碼如表6-3所示。圖6-10全地址譯碼電路表6-3全地址譯碼表6.3.1外部程序存儲器及其訪問

1.AT89S52單片機訪問外部程序存儲器所使用的控制信號

2.訪問外部程序存儲器的過程

3.擴展外部程序存儲器的連接方法

AT89S52單片機外部程序存儲器

擴展方法如圖6-11所示。6.3外部存儲器及其訪問圖6-11外部程序存儲器擴展

4.地址鎖存器的作用

5.訪問外部程序存儲器的時序

訪問片外ROM的操作時序分兩種情況:執(zhí)行非MOVX指令的時序;執(zhí)行MOVX指令的時序,如圖6-12所示。圖6-12外部程序存儲器的操作時序6.3.2外部數(shù)據(jù)存儲器及其訪問

1.擴展外部數(shù)據(jù)存儲器的連接方法

AT89S52單片機在芯片內(nèi)已經(jīng)集成了256B的數(shù)據(jù)存儲器,當應用系統(tǒng)的控制要求比較簡單、需要處理的數(shù)據(jù)量不大時,256B的存儲空間基本夠用。但當應用系統(tǒng)的控制功能比較復雜、需要處理的數(shù)據(jù)量較大時,可向外擴展數(shù)據(jù)存儲器,最大可擴展到64KB的存儲空間。

AT89S52單片機的外部數(shù)據(jù)存儲器擴展方法如圖6-13所示。圖6-13外部數(shù)據(jù)存儲器擴展

2.訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的時序

圖6-14所示為訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的讀時序。圖6-14外部數(shù)據(jù)存儲器讀操作的時序使用MOVX@DPTR,A指令對外部數(shù)據(jù)存儲器進行寫操作的時序如圖6-15所示。

圖6-15外部數(shù)據(jù)存儲器寫操作的時序6.4.1常用EPROM芯片

2764A是一種8K×8位的紫外線擦除電可編程的只讀存儲器,單一＋5V電源供電,工作電流為75mA,維持電流為35mA,讀出時間最長為250ns。28腳雙列直插式封裝的引腳配置和引腳含義如圖6-16所示。6.4外部程序存儲器擴展圖6-162764A和27128A芯片引腳圖

2764A和27128A工作方式與控制線所加電壓的關系,如表6-4所示。表6-42764A和27128A工作方式選擇6.4.2典型EPROM擴展電路實現(xiàn)

隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展,大容量存儲器芯片的產(chǎn)量劇增,售價不斷降低,其性能價格比明顯增高。所以,在設計單片機系統(tǒng)時,應優(yōu)先采用大容量存儲芯片。這樣,不僅可以使電路板的體積減小,成本降低,還可以降低系統(tǒng)功耗和減少控制邏輯電路,從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

AT89S52外擴16KBEPROM27128的電路圖如圖6-17所示。圖6-17AT89S52與27128的連線圖訪問ROM/EPROM的指令為MOVCA,@A+PC或MOVCA,@A+DPTR。如讀取EPROM地址為1000H單元內(nèi)容的程序為:

MOV DPTR,#1000H

MOVC A@A+DPTR6.5.1RAM(SRAM)的擴展

1.靜態(tài)RAM的引腳及工作方式

常用的靜態(tài)RAM芯片有6116、6264、62128、62256等。引腳排列如圖6-18所示。靜態(tài)RAM有讀出、寫入和維持3種工作方式,工作方式選擇如表6-5所示。6.5外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展圖6-18常用靜態(tài)RAM芯片引腳圖表6-5靜態(tài)RAM的工作方式選擇

2.外部靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器的擴展電路

圖6-19給出了用線選法擴展AT89S52外部數(shù)據(jù)存儲器的電路。圖6-19線選法擴展三片6264電路圖圖6-20為用地址譯碼法擴展AT89S52外部數(shù)據(jù)存儲器的電路圖。圖6-20地址譯碼器法擴展外部數(shù)據(jù)存儲器電路圖

(1)向RAM的5000H單元寫數(shù)據(jù)DATA:

MOV A,#DATA

MOV DPTR,#5000H

MOVX @DPTR,A

(2)從7FFFH單元讀數(shù)據(jù):

MOV DPTR,#7FFFH

MOVX A,@DATR6.5.2并行E2PROM的擴展

程序調(diào)試時,用E2PROM代替EPROM,既可以方便地修改程序,也能保存調(diào)試好的程序。與RAM芯片相比,E2PROM的寫操作速度較慢。另外,它的擦寫有壽命限制,雖然有1萬次之多,但也不宜用在數(shù)據(jù)頻繁更新的場合。常用的并行E2PROM芯片有2816/2816A、2817/2817A、2864A等,其引腳如圖6-21所示。

2817A與AT89S52的連接電路如圖6-22所示。圖6-21常用EEPROM引腳圖圖6-222817A與AT89S52的連接電路圖

【例6-1】根據(jù)圖6-22中2817A與AT78S52的連接電路,編寫2817A進行寫操作的子程序,要寫入的數(shù)據(jù)取自源數(shù)據(jù)區(qū)。

子程序的入口參數(shù)如下:

R0:寫入的字節(jié)數(shù)計數(shù)器。

R1:2817A的低8位地址寄存器。

R2:2817A的高8位地址寄存器。

R3:源數(shù)據(jù)區(qū)首地址的低8位寄存器。

R4:源數(shù)據(jù)區(qū)首地址的高8位寄存器。程序清單如下：

WR1:

MOV

DP0L,R3

MOV

DP0H,R4

;將源數(shù)據(jù)區(qū)16位地址傳輸?shù)紻PTR0中

MOVX

A,@DPTR;取數(shù)據(jù)

INC

DPTR ;源數(shù)據(jù)地址指針加1

MOVR3,DP0L

MOVR4,DP0H ;將新的源數(shù)據(jù)區(qū)地址保存在R3,R4中

MOVDP0L,R1

MOVDP0H,R2 ;將2817A地址傳輸?shù)紻PTR0中

MOVX@DPTR,A ;將A的內(nèi)容寫入DPTR0中

WAIT:JNBP1.0,WAIT;一個字節(jié)未寫完等待

INCDPTR ;2817A地址加1

MOVR1,DP0L

MOVR2,DP0H ;將2817A的地址保存在R1，R2中

DJNZR0，WR1 ;未完成，循環(huán)

RET6.6.1簡單I/O接口的擴展

圖6-23中,P0口為雙向數(shù)據(jù)線,它既能從74LS244輸入數(shù)據(jù),又能將數(shù)據(jù)傳送給74LS373輸出。6.6并行I/O接口的擴展圖6-23簡單I/O接口擴展舉例圖6-23電路的功能是按下任意鍵,對應的LED發(fā)光。程序如下:

LOOP: MOV

DPTR,#0FEFFH

;擴展I/O接口地址送DPTR

MOVX

A,@DPTR;通過244讀入數(shù)據(jù)，檢測鍵的狀態(tài)

MOVX

@DPTR,A;向373輸出數(shù)據(jù),驅動LED

SJMP

LOOP;循環(huán)6.6.2可編程8155的并行I/O擴展

1.8155的組成結構及引腳

8155的組成結構及40腳雙列直插式封裝引腳如圖6-24所示。圖6-248155的組成結構框圖及其芯片的引腳

2.8155的RAM和I/O接口地址編碼

AT89S52單片機應用系統(tǒng)中8155的RAM和I/O接口按外部數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。

當IO/

=0時,單片機對8155RAM進行讀／寫,RAM低8位地址為00H～FFH;

當IO/

=1時,單片機對8155中的I/O接口進行讀／寫。8155內(nèi)部I/O及定時器的低8位地址如表6-6所示。表6-68155I/O接口地址編碼及功能表其中,命令寄存器和狀態(tài)寄存器共用一個地址,所以又稱為命令／狀態(tài)寄存器,由讀／寫指令來區(qū)分是寫命令寄存器還是讀狀態(tài)寄存器。

如:

HOVX A,@DPTR ;讀狀態(tài)寄存器

HOVX @DPTR,A ;寫命令寄存器

3.8155的I/O接口工作方式及選擇

1)命令寄存器

8155可編程接口芯片只有一個控制字。將一個8位控制字寫入命令寄存器,就可以確定PA口、PB口、PC口和定時器的工作方式及功能,如圖6-25所示。圖6-258155命令寄存器的工作方式控制字格式

2)I/O接口的工作方式

·基本輸入/輸出:

當8155被編程為ALT1、ALT2時,A口、B口、C口均工作于基本輸入/輸出方式。其區(qū)別是,當編程為ALT1時,C口為輸入;當編程為ALT2時,C口為輸出。

·選通輸入/輸出:

當8155被編程為ALT3時,A口定義為選通I/O,B口定義為基本I/O;當8155被編程為ALT4時,A口、B口均定義為選通I/O方式。

ALT4的邏輯組態(tài)如圖6-26所示。圖6-268155的A口、B口均為選通輸入/輸出時的邏輯結構

3)狀態(tài)寄存器及I/O接口的狀態(tài)字

8155有一個狀態(tài)寄存器,狀態(tài)字的格式如圖6-27所示。狀態(tài)寄存器由7位鎖存器組成,每位是一個狀態(tài)。該寄存器是只讀寄存器。在對8155讀操作時,能從1/0地址×××××000B讀出。它鎖存I/O口和定時器的當前工作狀態(tài),供CPU查詢。圖6-278155狀態(tài)寄存器格式

4)PA寄存器及A口

可以按照命令寄存器的內(nèi)容確定是輸入還是輸出寄存器,也可按照命令使這個口既可在基本方式下工作,又可以在聯(lián)絡線的選通方式下工作。

5)PB寄存器及B口

與PA寄存器的功能相同。

6)PC寄存器及C口

PC寄存器僅有6位,由命令寄存器的第二位和第三位確定。這6位可以為基本輸入口、輸出口或作為PA和PB接口的控制信號。當PC作為控制口時,PC0~PC2位分配給PA口,PC3~PCS位分配給PB口。

4.8155的定時／計數(shù)器

1)定時器方式選擇

在8155中還設置有一個14位的定時／計數(shù)器,可用來定時或對外部事件計數(shù),CPU可通過程序選擇計數(shù)長度和計數(shù)方式。計數(shù)長度和計數(shù)方式由輸入到計數(shù)寄存器的計數(shù)控制字來確定,計數(shù)寄存器的格式如圖6-28所示。圖6-288155定時器格式其中,T0～T13為計數(shù)長度,可表示的長度范圍為2H～3FFFH。TH的最高兩位M2、M1用來設置定時器的輸出方式。8155定時器方式及相應的輸出波形如圖6-29所示。圖6-298155定時器方式及輸出波形

2)定時器編程

對定時器進行編程時,首先將計數(shù)常數(shù)及定時器方式送入計數(shù)寄存器TL及TH;然后寫啟動定時器命令到命令寄存器。

任何時候都可以設置定時器的長度和工作方式,然后必須將啟動命令寫入命令寄存器。即使定時／計數(shù)器已經(jīng)計數(shù),在寫入啟動命令后仍可改變定時器的工作方式。

5.AT89S52單片機擴展8155的接口應用

1)AT89S52與8155的基本連接方法

AT89S52單片機擴展8155后,直接為系統(tǒng)增加了256B片外RAM,22位I/O口線及一個14位定時器。具體電路如圖6-30所示。圖6-30AT89S52與8155的連接方法由于8155芯片內(nèi)部有地址鎖存器,因此單片機P0口輸出的低8位地址不需另加鎖存器,可直接與8155的AD0～AD7相連,這樣單片機P0口既作低8位地址總線,又作數(shù)據(jù)總線,

地址用ALE信號鎖存到8155中。高8位地址由CE和IO/M的地址控制線決定,所以圖中連接狀態(tài)下的地址如表6-7所示。表6-78155中RAM和I/O口地址分派表

【例6-2】對于圖6-30的電路,編寫程序向8155中RAM的6EH單元送入立即數(shù)17H。

解其匯編語言程序清單如下(只有通過累加器A才能把數(shù)據(jù)送到外部RAM中):

HOV

A,#17H ;立即數(shù)17送入累加器A

MOV

DPTR,#E6EH ;指向8155的6EH單元

MOVX

@DPTR,A ;把立即數(shù)17H送入8155的

；6EH單元

【例6-3】編寫程序,將8155設置為I/O接口和定時器工作方式,A口定義為基本輸入方式,B口定義為基本輸出方式,定時器作為方波發(fā)生器。對輸入脈沖進行24分頻(8155中定時器最高計數(shù)頻率為4MHz)。

解

8155的操作程序如下:

MOV DPTR,#7F04H ;指向定時器低8位

HOV A,#18H ;計數(shù)常數(shù)0018H=24

HOVX @DPTR,A ;裝入計數(shù)常數(shù)低8位

INC DPTR ;指向定時器高8位

MOV A,#40H ;設置定時器方式為連續(xù)方波輸出

MOVX @DPTR,A ;裝入定時器高8位

MOVX DPTR,#7F00H ;指向命鉀狀態(tài)寄存器

MOV A,#CZH ;命令控制字設定為A口基本輸入方式,

；B口基

;本輸出方式;并啟動定時器

MOVE ＠DPTR,A ;命令字送命令寄存器,啟動計數(shù)

2)利用8155芯片擴展鍵盤／顯示器接口

(1)硬件電路。

圖6-31是用8155實現(xiàn)的AT89S52單片機與4X8鍵盤、8位LED顯示器(8位8段共陰極)的接口電路。圖6-318155實現(xiàn)鍵盤／顯示器原理框圖

(2)軟件設計。

軟件包括動態(tài)顯示子程序和鍵盤掃描子程序。具體介紹如下:

①動態(tài)顯示子程序對圖6-31中的8位LED顯示器,在AT89S52內(nèi)部RAM中設置了8個顯示緩沖單元,分別用于存放顯示的8位數(shù)據(jù)。動態(tài)顯示程序的流程圖如圖6-32所示。程序清單如下:

DIS: MOV A,#00000011b ;初始化8155PA、PB口為輸出; ;PC口為輸入

MOV DPTR,#7F00H ;8155命令口地址送DPTR

MOVX @DPTR,A ;寫命令

MOV R0,#70H;70H～77H單元存8個顯示數(shù)據(jù)

MOV R3,#7FH;第一位LED的位選碼7FH

MOV A,R3

AGAIN: MOV DPTR,#7F01H ;指向PA口

MOVX @DPTR,A ;位選碼送PA口

MOVA, @R0 ;取顯示數(shù)據(jù)

MOV DPTR,#DSEG ;取段選碼表首址

MOVC A,@A+DPTR ;取段選碼 MOV DPTR#7F02H ;指向PB口

MOVX @DPTR,A ;段選碼送PB口

ACALL DL1MS ;延時1ms

INC R0 ;指向下一顯示數(shù)據(jù)單元

HOV A,R3

JNB ACC.0,OUT ;8位顯示完,轉OUT

RR A ;未完,調(diào)整為下一位位選碼

MOV R3,A

AJMP AGAIN ;繼續(xù)顯示下一位

OUT: RET ;子程序返回

DSEG: DB 3FH,06H,SBH,4FH,66H,6DH

;顯示0,1,2,3,4,5

DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH

;顯示6,7,8,9,A,B

DB 39H,SEH,79H,71H ;顯示C,D,E,F

DL1ms: MOV R7,#01H ;延時1ms子程序

DLI: DJNZ R6,DL1

DJNZ R7,DLO

RET圖6-32動態(tài)顯示子程序流程圖②鍵盤掃描子程序。

在掃描鍵盤的過程中應兼顧顯示器的顯示,鍵盤掃描子程序框圖如圖6-33所示。圖6-33鍵盤掃描子程序框圖程序清單如下:

KEYSUB: MOV A,#00000011B;

;8155初始化PA口，PB口輸出，PC口輸入

MOV DPTR,#7F00H ;控制字地址送入DPTR

MOVX @DPTR,A ;向8155輸出控制字

BEGIN: ACALL DIS ;調(diào)顯示子程序

ACALL CLEAR ;清0顯示器，即熄滅

ACALL CCSCAN

;全列置零掃描，判有無按鍵按下

JNZ INK1 ;有鍵按下，轉INK1

AJMP BECIN

INK1: ACALL DIS ;調(diào)顯示子程序，延時8~9ms ACALLDLIns

ACALL DLIns ;共延時約10ms去料

ACALL CLEAR ;熄滅顯示器

ACALL CCSCAN

;全列置零掃描，判是否確有按鍵按下

JNZ INK2 ;確有鍵按下，轉INK2

AJMP BEGIN ;抖動引起，轉回BEGIN

INK2： MOV R2，#0FEH ;掃描第一列，置第一列為0

MOV R4,#00H ;列號送R4

COLUM: MOV DPTR,#7F01H ;指向PA口 MOV A,R2 ;掃描碼送A

MOVX @DPTR,A ;輸出掃描碼

INC DPTR

INC DPTR ;指向PC口

MOVX A,@DPTR ;讀入PC口

JB ACC.0,LONE

;第一行無按鍵按下，轉LONE

MOV A,#00H ;第一行有按鍵按下，行碼送A

AJMP KCODE ;轉KCODE，定按鍵的鍵號

LONE: JB ACC.1,LTWO

;第二行無按鍵按下，轉LTWO

MOV A,#08H ;第二行有按鍵按下，行碼送A

AJMP KCODE

LTWO: JB ACC.2,LTHR

;第三行無按鍵按下，轉LTHR

MOV A,#10H ;第三行有按鍵，行碼送A

AJMP KCODE

LTHR： JB ACC.3，NEXT

;第四行無按鍵按下，轉掃描下一列

KCODE: ADD A,R4 ;行首鍵號加列號得鍵號

PUSH A ；鍵號入棧保護

KON: ACALL DIS ;調(diào)顯示，等待按鍵釋放

ACALL CLEAR ;熄滅顯示

ACALL CCSCAN ;判按鍵是否仍按下

JNZ KON ;鍵未釋放，繼續(xù)等待

POP A ;恢復鍵號到A中 RET ;返回

NEXT: INC R4 ;列號加1

MOV A，R2 ；列掃描碼送A

JNB ACC.7，KERR

；全8列掃描完，無按鍵，為干擾，轉KERR

RL A ;高速為下一列掃描碼

MOV R2,A ;保存掃描碼

AJMP COCDM ;繼續(xù)掃描下一列

KERR: AJMP BEGIN ;繼續(xù)等待鍵輸入

CCSCAN

MOV[DW]DPTR,#7F01H

;指向PA口

MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A ;PA口輸出全零

INC DPTR INC DPTR ;指向PC口

MOVX A,@DPTR ;讀PC口

CPL A

ANL A,#0FH ;屏蔽高4位

RET

CLEAR: MOV DPTR,#7F02H ;指向PB口

MOV A,#00H ;段選碼為00H

MOVX @DPTR,A ;PB口輸出全0

RET ;返回6.6.38255A可編程并行I/O接口擴展

8255A的引腳及內(nèi)部結構如圖6-34所示。

1.8255A的引腳說明

2.內(nèi)部結構

1)端口A、B、C

2)工作方式控制電路

3)數(shù)據(jù)總線緩沖器

4)讀／寫控制邏輯電路

各端口的工作狀態(tài)如表6-8所示。圖6-348255A的引腳圖及內(nèi)部結構框圖表6-88255A端口的操作狀態(tài)

3.8255A的工作方式

8255A有三種基本工作方式:方式0為基本輸入/輸出;方式1為選通輸入/輸出;方式2為雙向傳送。如圖6-35所示,它們由CPU向控制端口輸出的控制字來選擇。

1)工作方式0

2)工作方式1

3)工作方式2

各引腳的功能如表6-9所示。圖6-358255A的工作方式示意圖表6-98255A的C口各聯(lián)絡控制信號線功能

4.8255A的控制字

8255A共有兩個控制字,用來選擇工作方式或對C口進行控制。

1)方式控制字

8255A的三個端口工作在什么方式,是輸入還是輸出,這些都是由工作方式控制字來設定的。方式控制字的格式如圖6-36所示。圖6-368255A方式控制字格式

【例6-4】設A口地址為FF7CH;B口地址為FF7DH;C口地址為FF7EH;控制字地址為FF7FH。要求8255A工作在方式0,A口作為輸入,B口、C口作為輸出。編寫相應程序。

解

8255A相應的控制字為10010000B=90H。

初始化程序如下:

MOV A,#90H

;方式0,A口輸入，B口、C口輸出

MOV DPTR,#0FF7FH

;控制寄存器地址送DPTR

MOVX @DPTR，A ；方式控制字送控制寄存器若讀A口數(shù)據(jù):

MOV DPTR,#0FF7CH ;A口地址送DPTR

MOVX A,@DPTR ;從A口讀數(shù)據(jù)

若把DATA1數(shù)據(jù)寫入B口:

MOV DPTR,#0FF7DH ;送B口地址到DPTR

MOV A,#DATA1 ;將DATA1送累加器A

MOVX @DPTR,A ;將DATA1送B口輸出

2)端口C置位／復位控制字

由于C口常作為聯(lián)絡控制位使用,應使C口各位用置位／復位控制字單獨設置,以實現(xiàn)用戶要求的控制功能,格式如圖6-37所示。圖6-37端口C按位置位／復位控制字

【例6-5】設控制字地址為FF7FH,分別置位和復位C口的第5位,即PC4。編寫相應程序。

解置位PC4的控制字為00001001B=9H。

置位程序如下:

MOV

DPTR,#0FF7FH ;送控制字地址到DPTR

MOV

A，#9H ；將控制字送累加器A

MOVX

@DPTR,A ;將控制字送控制寄存器

;執(zhí)行PC4=1復位PC4的控制字為00001000B=8H。

復位程序如下:

MOV

DPTR,#0FF7FH ;送控制字地址到DPTR

MOV

A,#8H ;將控制字送累加器A

MOVX

@DPTR,A ;將控制字送控制寄存器

;執(zhí)行PC4=0

【例6-6】圖6-38中,8255A的片選線與Q7連接,打印機與AT89S52采用查詢方式交換數(shù)據(jù)。打印機的狀態(tài)信號BUSY輸入給PC7,打印機忙時BUSY=1。打印機的數(shù)據(jù)輸

入采用選通控制,當上出現(xiàn)下降沿時數(shù)據(jù)被寫入,要求編寫向打印機輸出80個數(shù)據(jù)的程序。圖6-38AT89S52通過擴展8255A與微型打印機接口

解

8255A的A、B、C和控制寄存器的口地址分別為7CH、7DH、7EH和7FH。8255A采用方式0,由PC0模擬產(chǎn)生信號。因PC7輸入,PC0輸出,則方式選擇控制字為10001110B=8EH。自內(nèi)部RAM20H單元開始向打印機輸出80個數(shù)據(jù)的程序如下:

MOV R0,#7FH ;R0指向控制口

MOV A,#8EH ;方式控制字為8EH

MOVX @R0,A ;送方式控制字

MOV R1,#20H ;送內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)塊首地址

MOV R2,#50H ;置數(shù)據(jù)塊長度LP: MOV R0,#7EH ;R0指向C口

LP1: MOVX A,@R0 ;讀PC7即BUSY狀態(tài)

JB ACC.7,LP1 ;BUSY=1,查詢等待打印機

MOV R0,#7CH ;指向A口

MOV A,@R1 ;取RAM數(shù)據(jù)

MOVX @R0,A ;數(shù)據(jù)輸出到8255A口鎖存

INC R1 ;RAM地址加1

MOV R0,#7FH ;指向控制口

MOV A,#00H ;PC0復位控制字

MOVX @R0,A ;PC0=0,產(chǎn)生的下降沿

MOV A,#01H ;PC0置位控制字

MOVX @R0,A ;PC0=1,產(chǎn)生的上升沿

DJNZ R2,LP ;未完，則重復

1.分辨率

分辨率是指A/D轉換器能夠分辨出來的輸出模擬電壓的最小變化量,反映了對輸入模擬信號的最小變化的分辨能力,由下式計算:

其中,n為A/D轉換器的位數(shù)。6.7A/D和D/A轉換接口的擴展

2.量化誤差

量化誤差是指由A/D轉換器有限的分辨率而引起的誤差。量化誤差有兩種表示方法：一種是絕對量化誤差;另一種是相對量化誤差。

絕對量化誤差

相對量化誤差

6.7.18位并行A/D轉換器ADC0809的擴展

1.ADC0809的結構原理

ADC0809是美國國家半導體公司生產(chǎn)的8位ADC,采用逐次逼近的方法完成A/D轉換。

ADC0809的內(nèi)部結構如圖6-39所示。圖6-39ADC0809的內(nèi)部結構框圖

2.ADC0809的引腳及功能

ADC0809是28腳雙列直插式封裝,引腳如圖6-40所示。各引腳功能說明如下所示。

ADDA~ADDC的輸入與被選通的通道的關系如表6-10所示。圖6-40ADC0809引腳圖表6-10ADDA~ADDC的輸入與被選通的通道的關系

3.ADC0809與AT89S52接口

1)查詢方式

圖6-41為ADC0809與AT89S52單片機的接口電路。圖6-41ADC0809與AT89S52的接口下面的程序是采用查詢方法,分別對8路模擬信號輪流采樣一次,并依次把結果存儲到內(nèi)部RAM中的采樣轉換程序:

MAIN: MOV R1,#DATA ;數(shù)據(jù)區(qū)地址指針指向首單元

MOV DPTR,#7FF8H ;送通道0地址

MOV R7,#08H ;通道數(shù)計數(shù)器

LOOP: MOVX @DPTR,A

;啟動A/D轉換，P2.7=0且=0

LOOP1:

NOP

JNB P3.3,LOOP1 ;查詢轉換結束信號EOC

MOVX

A，@DPTR ;讀取轉換結果,P2.7=0且=0

MOV @R1,A ;存轉換結果

INC DPTR ;指向下一通道

INC R1 ;修改數(shù)據(jù)區(qū)指針

DJNZ R7,LOOP ;8個通道全采樣完否

2)中斷方式

ADC0809與AT89S52的中斷方式接口電路只需要將圖6-41中ADC0809的腳經(jīng)過一個非門再接到AT89S52的腳即可。采用中斷方式可大大節(jié)省CPU的時間。當轉換結束時,EOC發(fā)出一個正脈沖,經(jīng)非門后向單片機申請中斷,單片機響應中斷請求,由外部中斷1的中斷服務程序讀A/D轉換結果,并啟動ADC0809的下一次轉換。外中斷1采用下降沿觸發(fā)方式。初始化程序如下:

INT1: SETB

IT1 ;外中斷1初始化

SETB

EA

SETB

EX1

MOV

DPTR,#7FF8H ;啟動ADC0809對通道IN0轉換 MOV

A,#00H ;A中可以是任意數(shù)值

MOVX

@DPTR,A

中斷服務程序清單如下:

PINT1: MOV DPTR,#7FF8H ;讀取A/D轉換結果，送緩沖單元30H

MOVX A,@DPTR

MOV 30H,A

MOV A,#00H ;啟動A/D轉換

MOVX @DPTR,A

RETI6.7.212位并行A/D轉換器AD574的擴展

1.AD574的特點

2.AD574的引腳及功能

28腳雙列直插式封裝的引腳如圖6-42所示。其引腳功能說明如下所示。

1)模擬量輸入引腳

2)數(shù)字量輸出引腳

3)控制引腳圖6-42AD574引腳圖利用該接口電路完成一次A/D轉換,并把轉換結果高8位存入R2中,低8位存入R3中，其工作程序如下:

MIAN：MOV R0,#7CH ;選擇AD574,并令A0=0

MOVX @R0,A ;啟動A/D轉換，全12位

LOOP:NOP

JB P3.2,LOOP ;查詢轉換是否結束

MOVX A,@R0 ;讀取高8位

MOV R2,A ;存入R2中

MOV R0,#7DH ;令A0=1

MOVX A,@R0 ;讀取低4位，尾隨4個0

MOV R3,A ;存入R3中

6.7.38位并行D/A轉換器DAC0832的擴展

1.DAC0832的結構原理

1)DAC0832的特性

2)DAC0832的引腳及邏輯結構

DAC0832的引腳如圖6-43所示。其邏輯結構如圖6-44

所示,由8位鎖存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉換器構成。圖6-43DAC0832芯片的引腳圖6-44DAC0832的邏輯結構框圖

2.AT89S52與D/A轉換器接口

1)直通工作方式應用

2)單緩沖方式應用

圖6-45為具有一路模擬量輸出的應用系統(tǒng)。圖6-45DAC0832單緩沖器方式應用

【例6-7】根據(jù)圖6-44所示電路,編寫產(chǎn)生鋸齒波和方波程序。

解產(chǎn)生鋸齒波程序清單如下:

START:

MOV DPTR,#7FFFH ;設置D/A口地址

MOV A,#00H ;輸入數(shù)字量初值00H到A

LOOP:HOVX@DPTR,A ;輸出對應于A內(nèi)容的模擬量

INC A ;修改A的內(nèi)容

AJMPLOOP ;返回循環(huán)產(chǎn)生方波程序清單:

START: MOV DPTR,#7FFFH ;設置D/A口地址

LOOP: MOV A,#EFH ;給A送最大值

MOVX @DPTR,A ;D/A輸出相應模擬量

ACALL delay ;延時(略)

MOV A,#00H ;給A送最小值

MOVX @DPTR,A ;D/A輸出相應模擬量

ACALL delay ;延時(略)

AJMP LOOP ;返回循環(huán)

3)雙緩沖方式應用

在圖6-46中,每一路模擬量輸出需一片DAC0832。圖6-46DAC0832雙緩沖方式接口電路

【例6-8】根據(jù)圖6-46,編寫程序實現(xiàn)兩路D/A同步轉換輸出。

解程序清單如下:

MOV DDPTR,#0DFFH ;指向DAC0832(1)

MOV A,#DATAI;DATAI送入DAC0832(1)中鎖存

MOVX @DPTR,A

MOV DRTP,#0BFFFH ;指向DAC0832(2)

MOV A,#DATA2;DATA2送入DAC0832(2)中鎖存

MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#7FFFH;給0832(l)和(2)提供WR信號

MOVX @DPTR,A;同時完成D/A轉換輸出6.8.1SPI和I2C串行總線接口

1.SPI串行總線接口

(1)串行時鐘線SCK。

(2)低電平有效的從機選擇線。

(3)主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI。

(4)主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線MISO。

在大多數(shù)應用場合,SPI總線的典型應用系統(tǒng)是單主系統(tǒng),即由1個微控制器和1個或幾個從I/O設備所構成的各種系統(tǒng),典型的結構如圖6-47所示。6.8串行總線擴展技術圖6-47SPI總線結構框圖SPI總線的典型時序圖如圖6-48所示。圖6-48SPI數(shù)據(jù)傳送格式

2.I2C總線接口

1)I2C總線

I2C總線的器件接口如圖6-49所示,接口設有數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳SDA和時鐘輸入/輸出引腳SCL。圖6-49I2C總線接口原理圖單主機結構的

I2C總線結構圖如圖6-50所示。圖6-50單主結構I2C總線結構圖

2)I2C總線的基本時序

在I2C總線上,每一位數(shù)據(jù)位的傳送都與時鐘脈沖相對應。在數(shù)據(jù)傳送時,SDA線上的數(shù)據(jù)在時鐘的高電平期間必須保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)只有在SCL線的時鐘信號是低電平時才能改變,如圖6-51所示。圖6-51I2C數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定根據(jù)I2C總協(xié)議的規(guī)定,當SCL線處于高電平時,SDA線從高電平向低電平切換表示起始條件;當SCL線處于高電平時,SDA線由低電平向高電平切換表示停止條件。數(shù)據(jù)傳送的起始信號和終止信號如圖6-52所示。

圖6-52數(shù)據(jù)傳送的起始信號和終止信號利用I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時,傳送的字節(jié)數(shù)是沒有限制的,但是每一個字節(jié)必須保證是8位長度,先送高位后送低位。每傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)以后都必須跟隨一個應答位。應答信號時序如圖6-53所示。

圖6-53應答信號時序

3)I2C總線典型信號模擬子程序

(1)啟動信號子程序START。

在SCL高電平期間,SDA發(fā)生負跳變,其子程序如下:

START: SETB SDA

SETB SCL

NOP

NOP

CLR SDA;發(fā)出啟動信號

NOP

NOP

CLR SCL

RET

(2)終止信號子程序STOP。

在SCL高電平期間,SDA發(fā)生正跳變,其子程序如下:

STOP: CLR SDA

SETB SCL

NOP

NOP

SETB SDA;發(fā)出停止信號

NOP

NOP

CLR SCL

RET

(3)發(fā)送應答位子程序ACK。

在SDA低電平期間SCL發(fā)生一個正脈沖,其子程序如下: ACK: CLR SDA

SETB SCL

NOP

CLR SCL

SETB SDA

RET

(4)發(fā)送非應答位子程序NACK。

在SDA高電平期間,SCL發(fā)生一個正脈沖,其子程序如下:

NACK: SETB SDB

SETB SCL

NOP

NOP

CLR SCL

CLRSDA

RET

(5)檢查應答位子程序CHECK。

在檢查應答位子程序中,設置了標志位F0,當檢查到正常應答位時,F0=0,否則,F1=1。

CHECK子程序如下:

CHECK: SETB SDB

SETB SCL

CLR F0

MOV C,SDA

JNC CHECK0

;檢查SDA狀態(tài),正常應答轉CHECK0 SETB F0 ;無正常應答,F0=1

CHECK0: CLR SCL

NOP

RET

(6)寫一個字節(jié)數(shù)據(jù)子程序WRBYT。

該子程序完成發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)操作,其子程序如下:

WRBYT:

MOV

R7,#08H ;8位數(shù)據(jù)長度發(fā)送R7

WRB1:RLC

A;發(fā)送數(shù)據(jù)左移,使發(fā)送位進入CY

MOV

SDA,C

SETB

SCL

NOP

NOP

CLR

SCL

CLR

SDA

DJNZ

R7,WRB1

RET

(7)讀一個字節(jié)子程序RDBYTE。

該子程序完成接收1字節(jié)數(shù)據(jù)操作,其子程序如下:

RDBYTE:

MOV R7,#08H;8位數(shù)據(jù)長度送R7

RDB1:

SETB SDA

SETB SCL

MOV C,SDA

RLC A

CLR SCL

DJNZ R7,RDB1

RET6.8.2鍵盤/顯示器串行擴展技術

1.LED顯示接口設計

在單片機應用系統(tǒng)中,常用的顯示器件之一是七段LED數(shù)碼管。七段LED數(shù)碼管分共陰極和共陽極兩種,其引腳排列及內(nèi)部結構如圖6-54所示。LED數(shù)碼管通過點亮特定的字段來顯示數(shù)字或符號。共陰和共陽七段LED數(shù)碼管的顯示字符與對應的顯示段碼如表6-11所示,共陽七段數(shù)碼管的段碼剛好是共陰數(shù)碼管段碼的反碼。圖6-54七段LED數(shù)碼管的引腳排列及內(nèi)部結構表6-11共陰極七段LED數(shù)碼管和共陽極七段LED數(shù)碼管的字形段碼表這里介紹一種由移位寄存器74HC164構成的串行LED顯示接口電路,其原理圖如圖6-55所示。

上述LED顯示電路具有以下特點:

(1)通過調(diào)節(jié)LM317的輸出電壓來調(diào)節(jié)數(shù)碼管的亮度,省去了大量的限流電阻。

(2)采用3線制串行接口,硬件連接簡單,占用單片機較少的I/O口線。

(3)顯示位數(shù)可任意擴展。圖6-55LED顯示電路原理圖位地址00H作為小數(shù)點顯示選擇位,當00H=0時,不顯示小數(shù)點,00H=1時,顯示小數(shù)點。顯示程序設計如下:

LEDCLK EQUP1.5

LEDDATA EQUP1.6

LEDCS EQUP1.7

LEDDISP: SETB LEDCS;關LED顯示

CLR 00H;不顯示小數(shù)點

MOV A,40H

CALL DOUT;調(diào)用傳用1字節(jié)段碼子程序

MOV A,41H

CALL DOUT

MOV A,42H CALL DOUT

MOV A,43H

CALL DOUT

MOV A,44H

CALL DOUT

MOV A,45H

CALL DOUT

CLR LEDCS ;開LED顯示

RET

DOUT: MOV DPTR,#TAB

MOVC A,@A+DPTR ;取顯示段碼

JNB 00H,NDOT

CLR ACC.7 ;清段碼最高位,顯示小數(shù)點NDOT: MOV R7,#08H

CYC: RRC A

MOV LEDDATA,C

CLR LEDCLK

NOP

SETB LEDCLK

DJNZ R7,CYC

RET

TAB: DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,

DB92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH

2.非編碼式鍵盤設計

圖6-56所示的是具有5個按鍵的非編碼式鍵盤接口電路。圖6-56非編碼式鍵盤原理圖在設計非編碼式鍵盤接口程序時,需要解決以下三個問題:

(1)按鍵識別。

(2)消抖處理。

(3)串鍵保護。具體設計程序時,為了能定時地讀取鍵值,一般將鍵盤程序放在定時器中斷服務程序中。

根據(jù)上述思路,鍵盤程序設計如下:

TIMERO:PUSH

A

PUSH

PSW

MOV

THO,#0D0H ;設置定時間時間為10ms

MOV

THO,#0F0H

SETB

P1.0 ;準備讀引腳

SETB

P1.1

SETB

P1.2

SETB

P1.3

SETB

P1.4 MOV A,P1 ;讀P1.0~P1.4引腳電平

ANL A,#1FH

CJNE A,46#,K0 ;與上次鍵值相同？

SJMP K5

K0: MOV 46H,A ;保存鍵值

CJNE A,#1EH,K1 ;K1鍵閉合？

ACALL SUBK1 ;執(zhí)行K1鍵命令程序

SJMP K5

K1: CJNE A,#1DH,K2 ;K2鍵閉合？

ACALL SUBK2 ;執(zhí)行k2鍵命令程序

SJMP K5K2: CJINE A,#1BH,K3 ;K3鍵閉合？

ACALL SUBK3 ;執(zhí)行K3鍵命令程序

SJMP

K3: CJNE A,#17H,K4 ;K4鍵閉合？

ACALL SUBK4 ;執(zhí)行K4鍵命令程序

SJMP K5

K4: CJINE A,#0FH,K5 ;K3鍵閉合？

ACALL SUBK5 ;執(zhí)行K5鍵命令程序

K5: POP A

POP PSW

RETI6.8.3E2PROM串行擴展技術

AT24C04的芯片引腳排列及引腳功能如圖6-57所示。

AT24C04與AT89S52單片機的接口十分簡單,其原理如圖6-58所示。

AT24C04從機地址的構成如圖6-59所示。圖6-57AT24C04系列器件的引腳及功能圖6-58AT24C04與AT89S52單片機的硬件接口圖6-59AT24C04從機地址構成單字節(jié)讀操作時序如圖6-60所示,其操作時序由以下幾個過程構成:主機發(fā)出起始信號(START)表明一次數(shù)據(jù)傳送的開始,接著主機發(fā)送從機地址(寫)和片內(nèi)存儲空間地址。主機再次發(fā)送起始信號,接著發(fā)送從機地址(讀),然后讀取從機數(shù)據(jù),最后進入結束周期。當AT24C04接收數(shù)據(jù)以后,都應發(fā)出應答信號ACK。圖6-60單字節(jié)讀操作時序單字節(jié)寫操作時序如圖6-61所示。寫字節(jié)操作時序同樣由起始信號開始,然后連續(xù)發(fā)送從機地址、片內(nèi)存儲空間地址和數(shù)據(jù)字節(jié)。最后進入結束總線周期。圖6-61單字節(jié)寫字節(jié)操作時序下面給出單片機從AT24C04中連續(xù)寫４個字節(jié)和連續(xù)讀4個字節(jié)子程序。

(1)連續(xù)寫4字節(jié)數(shù)據(jù)子程序。

設AT24C04片內(nèi)存儲空間地址存放在AT89S52單片機內(nèi)部的30H單元,寫入AT24C04的數(shù)據(jù)存放在31H~34H單元。R1存放數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址,R6為字節(jié)寄存器。SDAEQUP3.4

SCLEQUP3.5

WRITE4:LCALLSTART ;啟動I2C總線

MOVA,#0AOH ;從機地址(寫)送A中

LCALLWRBYTE ;發(fā)送從機地址

LCALLCHECK ;檢查應答位

JBF0,WTRITE4

MOVA,30H;

LCALL

CHECK

JB

F0,WRITE4

MOV

R1,#31H ;數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址送R1

MOV

R6,#04 ;設置字節(jié)數(shù)WRITE40:

MOV A,@R1

LCALL WRBYTE

LCALL CHECK

JB F0,WRITE4

INC R1

DJNZ R6,WRITE40 ;判斷4個字節(jié)是否讀完

LCALL STOP ;發(fā)送停止信號

RET

(2)連續(xù)讀4字節(jié)數(shù)據(jù)子程序。

設AT24C04片內(nèi)存儲空間地址存放在AT89S52單片機內(nèi)部的30H單元,從AT24C04讀取的數(shù)據(jù)存放在31H~34H單元。R1存放數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址,R6為循環(huán)計數(shù)器。

SDA EQUP3.4

SCL EQUP3.5

READ4: LCALL START ;啟動I2C總線

MOV A,#0A