《片机的并行扩展》PPT课件.ppt

5-2 程序存储器的扩展,5-3 数据存储器的扩展,5-4 简单IO口的扩展,第5章 单片机的并行扩展,5-5 扩展可编程IO口8255A,5-6 小结,5-1 并行三总线的产生,5-1 并行三总线的产生,外扩展是构建单片机系统的重要内容, 有两类外扩展： 存储器扩展和I/O扩展； 有两种外扩展方法： 并行扩展和串行扩展。,单片机芯片内具有CPU、ROM、RAM、定时器/ 计数器及I / O口。但在实际应用中、大多数情况 下仅靠片内资源是不够的。 资源性扩展： 包括存储器扩展和IO扩展。 如何扩展? 扩展功能如何实现? 扩展部件如何连接?,5-1-1 片外三总线结构,图1 单片机并行扩展系统结构图,图2、89C51扩展的三总线结构,1.地址总线：,地址总线（Address Bus，AB用于传送 单片机送出的地址信号， 以便进行存储器单元和I/O端口的选择。 地址总线是单向的，只能由单片机向外发送信息。 地址总线的数目决定了可直接访问的存储单元的数目。,2.数据总线：,数据总线（Data Bus，DB）用于单片机与存储器或I/O端口之间 的数据传送。一般数据总线的位数与CPU的字长一致，MCS-51 单片机的数据总线是8位的。数据总线是双向的，可以进行两个 方向的数据传送。,3.控制总线：,控制总线（Control Bus，CB）是单片机发出的以控制片外ROM、RAM和I/O口读/写操作的一组控制线。,5-1-2 系统扩展的实现,1. 以P0口作低8位地址及8位数据的复用总线,复用，即一段时间内作两种或两种以上用途。,在这里指P0口在每个CPU的机器周期的前半个周期输出低8位 地址，由地址锁存器锁存，然后由地址锁存器代替P0口输出低8 位地址。后半个机器周期进行8位数据的输入输出。,2. 以P2口作为高8位的地址总线,P0口的低8位地址加上P2的高8位地址就可以形成16位的 地址总线，达到64KB的寻址能力。,但实际应用中，往往不需要扩展那么多地址，扩展多少 用多少根线，P2口高位剩余的口线仍可作一般I/O口来使用。,3. 控制信号线,ALE：地址锁存信号，用以实现对低8位地址的锁存。,PSEN：片外程序存储器读选通信号。,EA：程序存储器选择信号。为低电平时，访问外部程序存储器； 为高电平时，访问内外程序存储器（CPU复位先访问内部0号地 址单元，然后根据PC指针的值访问内或外部程序存储器）。,WR：片外数据存储器写选通信号。,RD：片外数据存储器读选通信号。,5-2 程序存储器的扩展,1. 存储器与微型机三总线的连接,(1) 存储器数据线D0n连接CPU数据总线DB0n (2) 存储器地址线A0N连接CPU地址总线低位AB0N。 (3) 存储器片选线CS连接CPU地址总线高位ABN+1。(4) 存储器读写线OE、WE(R/ W) 连接CPU读写控制线RD、WR。,5-2-1 存储器的连接,图3、微机与存储器连接,2. 存储器与单片机的连接,单片机采用复用总线结构： 数据与地址分时共用一组 总线。当地址出现时需要 锁存器锁存地址。,图4、单片机与存储器连接,图5、单片机访问存储器时序,地址锁存器：74LS373、8282,74LS373和Intel的8282具有相同的锁存功能,图6、 74LS373、8282的引脚,5-2-2 扩展存储器概念,1. 地址线的译码,1）线选法,直接以系统的地址线作为存储器芯片的片选信号，为此只需 把用到的地址线与存储器芯片的片选端直接相连即可。,2）译码法,使用地址译码器对系统的片外地址进行译码，以其译码输 出作为存储器芯片的片选信号。 译码法又分为完全译码和部分译码两种。,2. 扩展存储器所需芯片数目的确定,若所选存储器芯片字长与单片机字长一致，则只需扩展容量。,芯片数目=系统扩展容量/存储器芯片容量,若所选存储器芯片字长与单片机字长不一致，则不仅需扩展 容量，还需字扩展。,芯片数目=系统扩展容量/存储器芯片容量 系统字长/存储器芯片字长,5-2-4 存储器扩展的编址技术,所谓存储器编址，就是使用系统提供的地址线，通过适当的连接，最终达到一个编址唯一地对应存储器中一个存储单元的目的。,1.存储器编址分两个层次,(1) 存储芯片的选择； (2) 芯片内部存储单元的选择。,2. 存储器映像,(1) 线选法,(2) 译码法：,对系统剩余的高位地址进行译码，以其译码输出作为片选信号。 高效率地利用存储空间，适用于大容量多芯片扩展。,常用的译码芯片有：74LS139（双2-4译码器）、 74LS138(3-8译码器)和74LS154(4-16译码器)等。,3. 74LS138（38译码器）,3-8 地址译码器：74LS138的Y0、Y1、Y2分别连接三片存储器的片选端CE1、CE2、CE3各片存储器芯片分配地址： ：0000H1FFFH； ：2000H3FFFH； ：4000H5FFFH。,ABi： 15141312 111098 7 6 5 4 3 2 1 015141312 11109 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ： 0000 0000 0000 0000 0001 1111 1111 1111 ： 0010 0000 0000 0000 0011 1111 1111 1111 ： 0100 0000 0000 0000 0101 1111 1111 1111,5-2-5 EEPROM的扩展,常用EPROM芯片：Intel 2716 (2KB=2K8位)、2732 (4KB)、 2764 (8KB)、27128(16KB)、 27256(32KB)、27512(64KB),EEPROM是电可擦除PROM，既可全片擦除也可字节擦除， 可在线擦除信息，又能失电保存信息,扩展程序存储器2716电路,5-2-6 8031单片机外接EEPROM,EEPROM 既能作为程序存储器又能作数据存储器。,片外存储器读信号= PSEN RD,5-3 数据存储器的扩展,数据存储器即随机存取存储器（RAM），用于存放可随时修改 的数据信息。单片机使用的主要是静态RAM。,MCS-51系列单片机片外数据存储器的空间可达64KB， 而片内数据存储器的空间只有128B或256B。,5-3-1 数据存储器芯片,1. 常用静态RAM芯片,常见的静态RAM芯片有6264（8K8位）、62256（32K8位）、 628128（128K8位）等。,2. 静态RAM(SRAM)芯片引脚功能,3. EEPROM芯片,常用的EEPROM有2816、2864A等,5-3-2 访问片外RAM的操作时序,1）读片外RAM操作时序,2） 写片外RAM操作时序,5-3-3 89C51扩展2KB RAM,5-3-4 多片存储器芯片的扩展,1） 线选法寻址,用线选法外扩3片6264,2）译码法寻址,用译码法扩展4片8K8位存储器芯片连线,5-4 简单I/O口的扩展,二、I/O接口的功能 1、速度协调： 锁存数据、传送联络信号。 2、数据格式转换： 并-串转换、A/D、D/A转换。 3、电平转换： 电平幅值或正/负逻辑转换。 4、输入三态缓冲隔离： 多个设备信号通过接口三态门隔离干扰信号。 5、输出锁存驱动：驱动多个逻辑部件或大功率执行部件。,一、 扩展I/O口原因： 1、单片机本身接口功能有限； 2、控制应用中的复杂接口要求：速度差异大、 设备种类繁多、数据信号形式多种多样。因此，I/O设备必须通过I/O接口电路与计算机连接。,5-4-1 I/O口的直接输入输出,1.有关I/O口基础知识,1） 接口与接口电路,“接口” （Interface），具有界面、相互联系等含义，通过接口能 使两个被连接的器件协同工作。单片机接口，则是研究单片机 与外部设备之间的连接问题。,单片机与外部设备之间接口界面的硬件电路称为接口电路,2） 口或端口,把接口电路中这些已编址并能进行读或（和） 写操作的寄存器称为端口或简称口(Port）。,3） I/O接口的特点, 异步性, 实时性, 与设备无关性,4） 并行接口与串行接口,按数据传输方式的不同，接口有并行与串行之分， 即并行接口与串行接口。,5）I/O口的编址方式,在MCS-51单片机系统中， I/O口地址采用统一编址方式。,所谓统一编址方式，就是把I/O接口中的寄存器与外扩展的 数据存储器中的存储单元同等对待，合在一起使用同一个 64 KB的外扩展地址空间。,一、I/O接口信号及编址技术,（1）数据信息： 微型机与外设交换的数据， 经接口数据缓冲器传送。 （2）状态信息： 反映外设工作状态的信号。 （3）控制信息： 设定I/O电路工作方式的信号。,数据总线传递三种信息，用不同I/O地址区别： 输入/输出数据缓冲器共用一个I/O地址：数据端口。 状态/控制寄存器共用一个I/O地址：控制/状态端口。,CPU与I/O之间接口信号:(每个I/O接口分配有对应的I/O地址）,二、I/O编址方式：,需要编址的子系统：存储器和接口电路。 1、存储器地址方式：统一编址 I/O接口共用存储器的地址空间，每个I/O端口视为一个存储单元。 2、专用I/O地址方式：独立编址 有专用I/O控制信号和I/O指令。I/O接口独立编址，不占用存储器的地址空间。如的Z80。 MCS-51、96为存储器地址方式（统一编址）。 MCS-51单片机有片内I/O接口和扩展I/O接口。 片内I/O接口寄存器在SFR中，使用片内数据存储器空间，扩展I/O接口使用片外数据存储器地址空间： 输出指令：输入指令： 片内寻址：MOV P1，A MOV A，P1 片外寻址：MOVX DPTR，AMOVX A，DPTR MOVX R0，AMOVX A，R0,三、 I/O控制方式,（二）查询方式： （有条件传送方式） 先查询I/O设备当前状态， 若准备就绪，则交换数据， 否则循环查询状态。 1.硬件查询电路： 设置状态锁存和数据锁存电路。,（一）无条件传送（同步程序传送）方式： 已知I/O设备准备就绪，可直接进行数据传送。 适用：1、具有常驻的或变化缓慢的数据信号的设备。 如：指示灯、数码管等； 2、工作速度快，足以和单片机同步工作的设备。 如：DAC等。,2.软件查询程序：,INPUT：MOV DPTR，#SATUS ；状态口地址 WAIT：MOVX A，DPTR JBACC.6，WAIT MOV DPTR，#DATA ；数据口地址 MOVX A，DPTR,查询方式只适用： 单道作业、规模比较小的单片机系统。,先输入状态，决定是否进行数据传送。,（三）中断方式（程序中断方式）： 大多数时间计算机与外设并行工作，计算机不必因等待而浪费资源。当外设准备就绪，向CPU发出中断请求信号。CPU暂停当前程序，执行I/O操作。当I/O操作结束，CPU仍继续被中断的工作。,（四）直接存储器访问方式： (DMADirect Memory Access) 用于计算机与高速外设进行大批量数据交换，由DMA控制器接管总线控制权，RAM与外设之间直接数据传输，不需CPU的介入。,四、 单片机并行接口,并行I/O接口： 用于微型机与外部设备之间并行传送数据。,五、 MCS-51的并行接口 4个8位双向并行I/O接口： P0.0 P0.7、P1.0 P1.7、P2.0 P2.7、P3.0P3.7。 均为多功能I/O接口，CPU按当前操作自动进行功能切换。,片内接口寄存器在SFR中的映象地址：1、I/O数据锁存器： P0、P1、P2、P3、SBUF。2、I/O控制/状态寄存器： IE、IP、TCON、TMOD 、SCON、PCON。,3.读-修改-写： 修改输出锁存器的内容。锁存器中的数据通过 上三态门进入内部总线，修改后再写入到锁存 器中。 读-修改-写指令：并行口为目的操作数的指令： 如：ANL P1，A,1.输出锁存：输出将使数据写入输出锁存器。 输出指令：MOVP1，A ；按字节操作 MOVP1.0，C ；按位操作 2.输入三态：输入从I/O引脚上输入信号，读信号打开，引脚 信号通过下三态门进入内部总线。为保证可靠 输入，先写入“1”。 MOVP1，#0FFH；使输出驱动器截止 MOVA，P1；输入 P0P3的复位状态均为FFH，自动处于输入状态。,（一）并行接口的三种操作：,（二）并行口的使用：,（三）接口负载能力： P0驱动8个TTL电路，P1，P2，P3可驱动4个TTL电路。,3. P2口：双向I/O接口或高8位地址总线AB815。 对读写片外存储器后，引脚仍恢复输出锁存器的内容。 可用于读写片外数据存储器： MOV P2，#20H MOV R0，#00 MOVX A，R0,4. P3口：双向并行接口和第二功能： 串行接口引脚：TXD、RXD 中断输入引脚：INT0、INT1 定时器输入引脚：T0、T1 读写控制线：RD、WR,1. P0口：并行双向接口或系统总线DB07/AB07。 P1、P2和P3为准双向口。,2.P1口：称为用户I/O接口。对片内EPROM编程时，用作 EPROM低8位地址信号线。,四、 应用举例：,1.无条件传送方式：（见P166） 指示灯立即反映开关状态。,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H MAIN：MOV A，#0FFH MOV P1，A ；熄发光二极管 MOV A，P1 ；输入开关状态 SWAP A MOV P1，A ；开关状态输出 SJMP MAIN,例：用4个发光二极管对应显示4个开关的开合状态。 如P1.0合则P1.4亮，其余依此类推。,2.中断传送方式： （见P167）,先设好开关状态，然后发出中断请求信号，改变指示灯亮灭状态。,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP IOINT ORG 0100H MAIN：SETB IT0 ；脉冲边沿触发 SETB EX0 ；外部中断0允许 SETB EA ；总中断允许 HERE：SJMP HERE ；等待中断 ORG 0500H IOINT：MOV A，#0FFH ；中断程序 MOV P1，A ；熄发光二极管 MOV A，P1 ；输入开关状态 SWAP A MOV P1，A ；开关状态输出 RETI ；中断返回,5-4-2 简单I/O口的扩展方法,1. I/O口扩展概述,1）单片机扩展方法,（1）总线扩展方法,（2）串行口扩展方法,2） I/O扩展常用芯片,（1）TTL/CMOS锁存器/缓冲器芯片: 如74LS377、74LS374、 74LS373、74LS273、74LS244、74LS245等;,（2）通用可编程I/O接口芯片: 如8255、8155、8729等;,（3）可编程阵列: 如GAL16V8、GAL20V8等。,2. 扩展简单并行接口,1） 扩展并行输出口,（1）用74LS377扩展并行输出口,（2）用74LS374扩展并行输出口,2） 扩展并行输入口,3）合并输入输出口,5-5扩展可编程I/O口8255A,5-5-1 8255A可编程外围并行接口的结构,1. 8255A的内部结构,（1）3个8位并行I/O 接口PA、PB和PC,（2）2组控制：A组： PA和PC47 B组：PB和PC03,2. 8255A的引脚功能,数据线（8条）：D0D7,并行I/O总线（24条）,地址线：CS：片选线； A1、A0：口选线,读写控制线：RD、WR,复位线：RESET,3. 8255A方式控制字和状态字,8255A有两个控制字：方式控制字和C口置位/复位控制字。,方式选择控制字,(2) C口置位/复位控制字,4. 8255A的3种工作方式,方式0（基本I/O方式）,A口、B口、C口设置为方 式0：是基本输入/输出 方式。,PC口分成两部分：上半口 （PC4PC7）、下半口 （PC0PC3），两部分可 分别设置传送方向,方式1（选通I/O方式）,方式1下A口、B口用于数据 输入/输出，C口作为数据传 送联络信号。,（1）方式1输入,（2）方式1输出,方式2（双向数据传送方式）,工作方式2下外设在单一的8位总线上既能发送数据， 也能接收数据（双向总线I/O），其输入和输出都锁存。,方式2下的输入输出操作时序,（1）输入操作,选通信号将数据锁存到 8255A的输入锁存器中， 从而使输入缓冲器满， 信号IBFA成为高电平（ 有效），通知外设A口 已收到数据,（2）输出操作,CPU响应中断，当用输出指令向8255A的A端口中写入一个数据时，会发出写脉冲信号WR,5-5-2 8255A应用实例,89C51单片机8255A能够简单地连接而不需其他电路,【例5-1】按照图5-31对8255A初始化编程。要求：,（1）A、B、C口均为基本I/O输出方式。,（2）A口与上C口为基本I/O输出方式，B口与下C口 为基本I/O输入方式。,（3）A口为应答I/O输入方式，B口为应答I/O输出方式。,解：（1）A、B、C口均为基本I/O输出方式。,define COM8255 XBYTE0 xE003 *定义 8255A控制寄存器地址* void init8255（void） COM8255=0 x80; /*工作方式选择字送入 8255A控制寄存器， 设置A、B、C口为基本I/O输出方式* ,（2）A口与上C口为基本I/O输出方式，B口与 下C口为基本IO输入方式。,define COM8255 0 xE003*定义8255A控制寄存器地址* void init8255（void） XBYTECOM8255=0 x83； *工作方式选择字送入8255A控制寄存器 ，A口与上C 口为基本I/O输出方式， B口与下C口为基本I/O输入方式* ,（3）A口为应答I/O输入方式，B口为应答I/O输出方式。,uchar xdata COM8255 _at_ 0 xE003; *定义8255A控制寄存器地址* void init8255（void） COM8255=0 xb4； *工作方式选择字送入8255A控制寄存器， 设置A 口为应答I/O输入方式 （PAPC4PC7）， B口为应答I/O输出方式（PBPC0PC3）* ,【例5-2】如图5-32所示8255A与89C51的连接图， 用8255A端口C的PC3引脚向外输出连续的正弦波 信号，频率为500Hz。程序运行仿真如图5-33所示。,分析：可用两种方法，即软件延时方式和 定时器1工作方式1中断实现延时。,（1）软件延时方式实现。将C口设置为基本I/O输出方式， 先从PC3引脚输出高电平，间隔1ms后向PC3输出低电平， 再间隔1ms后向PC3输出高电平，周而复始，则可实现从 PC3输出频率为500Hz正方波。,（2）定时器1工作方式1中断实现，可提高CPU的工作效率。 将C口设置为基本I/O输出方式，12MHz晶振，定时器初值 设为64536即可，每次中断PC3引脚翻转，周而复始，则可 实现从PC3输出频率为500Hz正方波的目的。,解：（1）软件延时方式程序如下。,#include #include / 绝对地址定义 bit bitFF;/*位计数器*/ #define PA8255 XBYTE0 xE000 /*定义8255A A口地址* #define PB8255 XBYTE0 xE001 /*定义8255A B口地址* #define PC8255 XBYTE0 xE002 /*定义8255A C口地址* #define COM8255 XBYTE0 xE003 /*定义8255A 控制寄存器地址* void init8255(void) /*初始化8255*/ COM8255=0 x80； void delay(unsigned char i) /*延时 ims函数，参考前面的程序* unsigned char j,k; for(k=0;ki;k+) for(j=0;j255;j+); ,void main(void) init8255(); while (1) COM8255=0 x07;/*PC3置1* delay(2); /*延时1ms* COM8255=0 x06; /PC3清0* delay(2); /*延时 lms* ,（2）定时器1作方式1中断实现,#include #include / 绝对地址定义 bit bitFF;/*位计数器*/ #define PA8255 XBYTE0 xE000 /*定义8255A A口地址* #define PB8255 XBYTE0 xE001 /*定义8255A B口地址* #define PC8255 XBYTE0 xE002 /*定义8255A C口地址* #define COM8255 XBYTE0 xE003 /*定义8255A 控制寄存器地址* void init8255(void) /*初始化8255*/ COM8255=0 x80;,void main(void) init8255();/*初始化8255* TMOD=0 x10;/*设置定时器 l为工作方式1* TH1=0 xFC;TL1=0 x18;/*定时器1每1000计数脉冲发生1次中断， 12MHzJI晶振，定时时间1000us* TCON=0 x40;/*内部脉冲计数* IE=0 x88; /*打开定时器中断* while(1);,void timerlint(void) interrupt 3 /定时器T1中断函数*/ EA=0;/*关总中断* TR1=0;/*停计数* TH1=0 xFC; TL1=0 x18;/*重置计数初值* TR1=1;/*启动计数* if(bitFF) COM8255=0 x07;/*PC3置1* else COM8255=0 x06;/*PC3清0* bitFF=bitFF;/ *位取反*/ EA=1;/*开总中断* ,1、单片机外部编址技术 2、IO口和存储器扩展的方法 3、程序存储器扩展 4、数据存储器扩展 5、IO扩展 6、并行接口芯片8255A,小 结,