单片机并行接口扩展

单片机原理及接口技术,第8章并行接口扩展,本章学习要求：,1.掌握单片机最小应用系统；,2.掌握单片机并行扩展总线；,3.掌握并行扩展的片选编址方法；,4.掌握外部存储器的并行扩展；,5.掌握I/O口的并行扩展。,第八章 并行接口扩展,但在有些应用中，片内的这些硬件电路还不够用，需要在单片机外增加新的电路（芯片），也就是所谓的扩展。,单片机内部的硬件电路已基本上构成具有基本形式的微机系统，可以满足许多控制场合的需要。这些电路包括定时器、中断、串行接口、内部数据存储器、外部程序存储器等。,例如，对于MP3来讲，由于需要存储大量的歌曲，仅仅使用128字节片内数据存储器是不够用的，就需要在外部扩展数据存储器。,本章安排： 8-1 MCS-51单片机最小应用系统 8-2 MCS-51单片机的外部扩展性能 8-3 外部存储器的扩展 8-4 并行I/O口的扩展,8.1 MCS-51单片机最小应用系统,8.1 MCS-51单片机最小应用系统,1. 89S51单片机的内部电路:,4KB片内程序存储器,128字节片内数据存储器,2个定时器,1个全双工异步串行通讯接口,2. 89S51单片机最小系统需要的外部电路:,时钟电路,复位电路,8.1 MCS-51单片机最小应用系统,8.1 MCS-51单片机最小应用系统,3. 关于复位电路,两种复位电路,上电复位,按键复位,复位电路在RESET引脚上产生10mS以上的高电平。,复位电路目的,PC指针指向程序存储器的0000H单元,SFR全部置固定的初始值,SP 07H,P0 FFH,P1 FFH,P2 FFH,P3 FFH,其它 00H,8.1 MCS-51单片机最小应用系统,振荡周期，大小由外接晶体决定。,如外接晶体为12MHz,则振荡频率（fosc）为12MHz,振荡周期约为83.3ns,外接晶体及电容,内部,振荡电路,内部时钟,分频电路,状态周期，由fosc二分频获得。,如focs为12MHz,则状态周期频率为6MHz.,振荡周期约为167ns,ALE,地址锁存信号,由fosc六分频得到。,如focs为12MHz,则ALE脚输出脉冲频率为2MHz.,脉冲周期为500ns,机器周期，由fosc十二分频获得。,如focs为12MHz,则机器周期频率为1MHz.,机器周期为1us,4. 关于时钟电路,8.1 MCS-51单片机最小应用系统,fosc,两个振荡周期构成一个状态周期；,六个状态周期构成一个机器周期。,8.1 MCS-51单片机最小应用系统,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,地址总线(AB-AddressBus),地址总线宽度16bit（A15：0），寻址空间64KByte；,P0口提供低8位地址A7：0;,P2口提供高8位地址A15：8；,数据总线(DB-DataBus),数据总线宽度为8bit ( D7:0 )；,P0口提供8位数据总线；,控制总线(CB-ContolBus),ALE：地址锁存信号，锁存P0口提供的A7：0；,/WR：外部数据存储器写信号；,/RD：外部数据存储器读信号；,/PSEN：外部程序存储器读信号。,8.2.1 MCS-51单片机的外部并行总线,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,写时序,MOV A, #4FH,MOV DPTR, #300DH,MOVX DPTR, A,0DH,30H,4FH,启动写操作,结束写操作,写入时间t,指令-端口-时序,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,读时序,已知300DH单元内数据为3FH,MOV DPTR, #300DH,MOVX A , DPTR,0DH,30H,外部RAM输出,300DH单元数据,停止输出数据,指令-端口-时序,8D锁存器74HC373,8.2.2 地址锁存 (P0口地址数据复用信号的分离),8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,LE,信号为高，输入随输出变化；,LE,信号为低，输出保持不变。,什么是,D,锁发器,?,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,外部总线写时序,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,8.2.3 扩展并行接口的片选方法（寻址方式）,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,6264,8Kbyte,A12:0,6264,8Kbyte,A12:0,6264,8Kbyte,A12:0,6264,8Kbyte,A12:0,/WR,/RD,A15:0,D7:0,/CS,/CS,/CS,/CS,I,II,III,IV,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,一 线选法寻址,直接将未使用的高位地址线连到芯片的片选信号上。,该方法具有电路简单的特点，仅适合简单系统的扩展。,A15,/CS-I,A14,/CS-II,A13,/CS-III,A12:0,芯片,寻址空间,片选地址,0,1,1,x,I,6000H-7FFFH,6000H,1,0,1,x,II,A000H-BFFFH,A000H,1,1,0,x,III,C000H-DFFFH,C000H,在编排片选地址时,将未参与片选的地址线赋0。,选择芯片,选择单元,二 译码法,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,将未使用的高位地址进行译码，以其译码输出作为扩展芯片的片选信号片的片选信号上。,该方法是最常用的寻址方法，能有效地利用存储空间，适用于大容量、多芯片系统的扩展。,译码器？,3-8译码器,74HC138,74HC138真值表：,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,8.2 MCS-51单片机的外部扩展性能,CBA 芯片 片选地址寻址空间,111 /CS-IV E000H,(E000H-FFFF),110 /CS-III C000H,(C000H-DFFF),101 /CS-II A000H,(A000H-BFFF),100 /CS-I 8000H,(8000H-9FFF),/CS-I,/CS-II,/CS-III,/CS-IV,8.3 外部存储器的扩展,8.3.1 存储器分类,静态随机存储器,SRAM，可写可读，掉电数据丢失,6116, 6264, 62256,动态随机存储器,DRAM，可写可读，需要动态刷新，掉电数据丢失,掩膜只读存储器,ROM，数据由半导体工厂写入, 定制,一次可编程只读存储器,OTP，只允许写入一次,可擦除可编程只读存储器,EPROM，可写入，需要紫外线擦除,2716，2732，2764，27256,电可擦除可编程只读存储器,EEPROM，可写入，可擦除,2816, 2817,2864,闪存,FLASH ROM，可写入，可擦除,AT29C010, SST39F080，SST39F016,8.3 外部存储器的扩展,随机存储器RAM,Random Access Memory,只读存储器ROM,Read Only Memory,静态随机存储器SRAM,Static RAM,动态随机存储器DRAM,Dynamic RAM,EPROM,Erasable Programmable ROM,EEROM,Electrically Erasable Programmable ROM,闪速存储器,Flash ROM,表: 存储器常用术语,8.3 外部存储器的扩展,8.3.2 外部数据存储器的扩展,一. SRAM芯片6264,只要保持芯片通电,存储的内容就永久保持,断电，存储的内容丢失,存储容量,8KByte,13,根地址线，,A12,：,0,寻址空间,0000H-1FFFH,8,位数据线，,D7,：,0,4,根控制线,/CS1,：片选信号,1,CS2:,片选信号,2,/WE,：写信号,/OE,：读信号,二. 扩展6264的电路连接,8.3 外部存储器的扩展,8.3 外部存储器的扩展,线选法,C000H-DFFFH,A000H-BFFFH,8.3 外部存储器的扩展,片选地址:,Y0:0000H,Y1:2000H,Y2:4000H,Y3:6000H,Y4:8000H,Y5:A000H,Y6:C000H,Y7:E000H,译码法,0000H-1FFFH,2000H-3FFFH,8.3.3 外部程序存储器的扩展,8.3 外部存储器的扩展,一. EPROM芯片27256,15,根地址线，,A14,：,0,寻址空间,0000H-7FFFH,8,位数据线，,D7,：,0,2,根控制线,/CE,：片选信号,/OE,：读信号,需要专用编程器烧写程序,;,程序擦除需要专用紫外线灯照射,;,掉电数据不会丢失,;,单片机只能对,EPROM,进行读操作,;,存储容量,32KByte.,二. 扩展27256的电路连接,8.3 外部存储器的扩展,8.3 外部存储器的扩展,8.3.4 存储器小结,8.4 并行I/O口的扩展,为什么要扩展I/O口？,如何扩展I/O口：外部I/O口与外部数据存储器统一编址。,8.4 并行I/O口的扩展,对于功能复用引脚，一旦用作第二功能，该引脚就不能再用做第一功能。,8.4 并行I/O口的扩展,使用8D锁存器74HC373扩展8位输出接口;,使用8位三态缓冲器74HC244扩展8位输入接口.,8.4.1 简单并行I/O口扩展,8.4 并行I/O口的扩展,口地址,口地址,8.4 并行I/O口的扩展,74HC02引脚图、逻辑图、真值表,74HC32引脚图、逻辑图、真值表,8.4 并行I/O口的扩展,8.4 并行I/O口的扩展,8.4.2 可编程I/O口的扩展,常用可编程外围扩展芯片：,型号,名称,说明,8155,可编程RAM/IO扩展接口,22个I/O口, 256B的SRAM，,14位定时器/计数器,8255,可编程外围并行接口,24个I/O口,8251,可编程串行通讯接口,扩展异步串行接口,8253,可编程定时/计数器,扩展定时器,8279,可编程键盘/显示接口,扩展键盘和显示接口,1. 8155内部结构与引脚,8.4 并行I/O口的扩展,AD7AD0：地址数据线（地址数据复用）,/CE：片选信号，低电平选中,/WR：写信号，低电平有效,/RD：读信号，低电平有效,ALE：地址锁存信号,IO/M：IO接口与SRAM选择信号,1选择IO接口，0选择SRAM,PA7PA0：端口A,PB7PB0：端口B,PC5PC0：端口C,RESET：复位信号,VCC：电源+5V,VSS：地,8.4 并行I/O口的扩展,8.4 并行I/O口的扩展,2. 8155与MCS-51单片机的连接,8.4 并行I/O口的扩展,3. 8155芯片内SRAM的使用,(前提为片选按照前页的电路连接),256,字节片内,SRAM,端口地址：,/CE,脚接,/Y5,高,3,位参与译码的地址为,101,；,IO/M,接,A8,，应该为低电平；,因此,片选地址为,101x_xxx0_xxxx_xxxxB, A000H,；,前提为片选按照前页的电路连接。,可寻址空间,256,字节：,101x_xxx0_0000_0000B101x_xxx0_1111_1111B,A000HA0FFH,前提为片选按照前页的电路连接。,例,5.1,将立即数,32H,存入,8155,中,SRAM,的第,5FH,单元中。,MOV DPTR,，,-,；,字节地址？,MOV A,，,#32H,MOVX DPTR,，,A,8.4 并行I/O口的扩展,4. 8155芯片内IO口的使用,（前提为电路按照前页的电路连接）,端口地址,/CE,接,/Y5,，因此高,3,位参与译码的地址为,101,；,IO/M,接,A8,，应该为高电平；,因此片选地址为,101x_xxx1_xxxx_xxxxB, A100H,，,可寻址空间,256,字节：,A100HA1FFH,实际使用空间,A100HA105H,，,分别对应,6,个寄存器如下表所示。,AD7AD0,寄存器,口地址,A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0,x x x x x 0 0 0,命令寄存器,A100H：101x_xxx1_xxxx_x000,x x x x x 0 0 1,A口（PA7PA0）,A101H：101x_xxx1_xxxx_x001,x x x x x 0 1 0,B口（PB7PB0）,A102H：101x_xxx1_xxxx_x010,x x x x x 0 1 1,C口（PC5PC0）,A103H：101x_xxx1_xxxx_x011,x x x x x 1 0 0,定时器低8位,-,x x x x x 1 0 1,定时器高6位,-,如何确定口地址？,8.4 并行I/O口的扩展,命令寄存器定义：,TM2,TM1,IEB,IEA,C2,C1,B,A,D7,D0,A,：定义,PA,口方向，,0,定义,PA,口输入，,1,定义,PA,口输出；,B,：定义,PB,口方向，,0,定义,PB,口输入，,1,定义,PB,口输出；,C2C1,：定义,PC,口方向，,00,定义,PC,口输入，,11,定义,PC,口输出，,01,和,10,定义,PC,口为其它功能。,8.4 并行I/O口的扩展,A,口寄存器与引脚对应关系,PA7,PA6,PA5,PA4,PA3,PA2,PA1,PA0,D7,D0,B,口寄存器与引脚对应关系,PB7,PB6,PB5,PB4,PB3,PB2,PB1,PB0,D7,D0,C,口寄存器与引脚对应关系,-,-,PC5,PC4,PC3,PC2,PC1,PC0,D7,D0,8.4 并行I/O口的扩展,例5.2 假定选择8155的PA口为输出口，PB口为输入口，PC口为输出口，电路连接如下图所示。（1）写出命令寄存器、PA口、PB口、PC口的口地址；（2）写出命令寄存器的命令字及初始化子程序；（3）编写子程序，将立即数53H输出到PA口，立即数2CH输出到PC口，将PB口的状态读入并存放到外部数据存储器的E000H单元中。,（2）命令字为0000_1101B , PA口输出, PB口输入，PC口输出,;子程序1：8155初始化程序,;占用资源：A,INIT8155: MOV DPTR, #0F000H ;指针指向8155命令寄存器,MOV A, #0DH ; 命令字,MOVXDPTR, A ;初始化命令寄存器,RET,8.4 并行I/O口的扩展,（1）F000H，F001H，F002H，F003H,命令寄存器：1111_xxxx_xxxx_x000B,PA口：1111_xxxx_xxxx_x001B,PB口：1111_xxxx_xxxx_x010B,PC口：1111_xxxx_xxxx_x011B,（3）,8155OPR:,MOV DPTR，#F001H ；指针指向PA口,MOV A，#53H,MOVX DPTR,A ；将53H输出到PA口,MOV DPTR，#F003H ；指针指向PC口,MOV A，#2CH,MOVX DPTR，A ；将2CH写入PC口,DEC DPL ；指针指向PB口,MOVX A，DPTR ；将PB口状态读入A中,MOV DPTR，#E000H ；指向E000H单元,MOVX DPTR，A ；数据保存,RET,8.4 并行I/O口的扩展,本章小节,1、明确最小应用系统组成；,2、外部并行总线组成、读写时序、地址锁存、片选方式。,3、外部数据存储器的扩展、外部程序存储器的扩展。,4、并行I/O口的扩展。,作业,设计一个以,AT89S51,单片机为中心的系统,要求用,1,片,6264,扩展,8K,字节的外部数据存储器,用,1,片,8155,扩展,16,个输出口,6,个输入口。,（,1,）试画出电路连接图；,（,2,）写出,6264,的片选地址和寻址空间；,（,3,）编写子程序，将内部数据存储器的,30H-5FH,单元内的数据保存到,6264,的低,48,个地址单元中；,（,4,）写出,8155,命令寄存器、,PA,口、,PB,口、,PC,口的口地址，以及命令字。,（,5,）编写,8155,的初始化子程序。,作业,2 假定选择8155的PA口为输出口，PB口为输出口，PC口为输入口，电路连接如下图所示。（1）写出命令寄存器、PA口、PB口、PC口的口地址；（2）写出命令寄存器的命令字及初始化子程序；（3）编写子程序，将8155内部 SRAM的第10和第11个地址单元的数据分别输出到PA口和PB口，PC口的状态读入并保存到8155内部 SRAM的第100个地址单元中 。,