單片機(jī)原理及應(yīng)用北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院主講教師：林偉國(guó)E-mail:linwg@,cn對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，MCS-51的最小系統(tǒng)就能滿足要求；對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，就需要利用單片機(jī)的擴(kuò)展功能，構(gòu)成功能強(qiáng)，規(guī)模較大的系統(tǒng)。系統(tǒng)擴(kuò)展是指單片機(jī)內(nèi)部各功能部件不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求時(shí)，在片外連接相應(yīng)的外圍芯片以滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求。外部程序存儲(chǔ)器ROM/EPROM的擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展I/O接口的擴(kuò)展中斷系統(tǒng)擴(kuò)展其它特殊功能擴(kuò)展擴(kuò)展內(nèi)容第六章單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展一、MCS-51的總線結(jié)構(gòu)當(dāng)單片機(jī)進(jìn)行外部并行擴(kuò)展時(shí)，其外部連線就成為一般微型機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)形式第一節(jié)概述擴(kuò)展方法并行擴(kuò)展串行擴(kuò)展利用三總線結(jié)構(gòu)利用SPI三線總線和I2C雙總線MCS51總線結(jié)構(gòu)ALE：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)的負(fù)跳變將P0口上的低8位地址送入地址鎖存器PSEN：在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生兩次PSEN信號(hào)，與地址信號(hào)配合，選通相應(yīng)的外部程序存儲(chǔ)單元，讀取指令碼，指令碼從P0口輸入WR、RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀、寫(xiě)選通，低電平有效。由MOVX指令產(chǎn)生EA：訪問(wèn)內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)。EA=1，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)PC超過(guò)片內(nèi)存儲(chǔ)器空間，自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部；EA=0，訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。二、外部串行擴(kuò)展性能（略）控制總線作用簡(jiǎn)述一、外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展單片微機(jī)的內(nèi)外程序存儲(chǔ)器最大可擴(kuò)展至64KB擴(kuò)展芯片可采用EPROM1、擴(kuò)展的基本方法地址線、數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)相連單片機(jī)的PSEN線與擴(kuò)展芯片的MEMR（OE）線相連擴(kuò)展芯片的片選線可接地或與線性選擇線或譯碼輸出線相連ALE與地址鎖存器選通相連EA接地或接+5V第二節(jié)單片機(jī)的外部并行擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展框圖2、鎖存器74HC373：鎖存緩沖器單片機(jī)外部程序存儲(chǔ)器取指操作時(shí)序s1s2s3s4s5s6s1s2s3s4s5s6機(jī)器周期1機(jī)器周期2XTAL1ALEPSENPCHPCHP2PCHPCL指令P0PCL指令PCL指令1、擴(kuò)展概述最大可擴(kuò)展64K字節(jié)，連接方法與程序存儲(chǔ)器連接方法大致相同地址線、數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)相連存儲(chǔ)器讀輸入RD與單片機(jī)讀輸出RD（P3·7）相連存儲(chǔ)器寫(xiě)輸入WR與單片機(jī)寫(xiě)輸出WR（P3·6）相連ALE連接方法同程序存儲(chǔ)器外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展MOVXA,@DPTR和MOVX@DPTR,A操作時(shí)序s1s2s3s4s5s6s1s2s3s4s5s6PCHDPHPCL指令DPL數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出機(jī)器周期1機(jī)器周期2XTAL1ALEPSENP2P0RDP0WRPCL指令DPLMOVXA,@Ri

和MOVX@Ri,A操作時(shí)序s1s2s3s4s5s6s1s2s3s4s5s6PCHDPHPCL指令DPL數(shù)據(jù)輸入PCL指令DPL數(shù)據(jù)輸入機(jī)器周期1機(jī)器周期2XTAL1ALEPSENP2P0RDP0WR靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（6116）常用的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：

6116（2K＊8）；6264（8K＊8）靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的特點(diǎn)：

1）無(wú)需考慮保持?jǐn)?shù)據(jù)而設(shè)置的刷新電路，擴(kuò)展電路簡(jiǎn)單

2）通過(guò)有源電路來(lái)保持存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，消耗較多功率

3）價(jià)格高6116，采用CMOS工藝制作，單一＋5V電源，額定功耗160mw，典型存取時(shí)間為200ns，24線雙列直插式封裝。操作方式

操作方式

CEOEWEIO0－－IO7

寫(xiě)LHLDin

讀 LLHDout

未選中H任意任意高阻

寫(xiě)LLLDin6116引腳及邏輯符號(hào)A7A6A5A4A3A2A1A0IO0IO1IO2GNDACCA8A9WEOEA10CEIO7IO6IO5IO4IO31241213A10A011IO7IO08CEOEWEVCCGND5V擴(kuò)展2K＊8位片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62646264，采用CMOS工藝制作，單一＋5V電源，額定功耗200mw，典型存取時(shí)間為200ns，增加了兩根地址線，28線雙列直插式封裝。

操作方式

CE1CE2OEWEIO0－－IO7

寫(xiě)LHHLDin

寫(xiě)LHLLDin

讀 LHLHDout

未選中H任意任意任意高阻未選中任意L任意任意高阻

輸出禁止LHHH高阻6264引腳A7A6A5A4A3A2A1A0IO0IO1IO2GNDACCA8A9WEOEA10CEIO7IO6IO5IO4IO3A12A013IO7IO08CEOEWEVCCGND5VEEPROM：電擦寫(xiě)可編程只讀存儲(chǔ)器，特點(diǎn)是能在線+5V改寫(xiě)，掉電時(shí)原存信息不丟失。以2817A為例介紹單片機(jī)擴(kuò)展EEPROM為通用存儲(chǔ)器的方法1、外特性容量為2KB外部EEPROM存儲(chǔ)器擴(kuò)展工作方式CEOEWERDY/BUSY輸入/輸出讀001高阻Dout

寫(xiě)0100Din

維持1XX高阻高阻字節(jié)擦除字節(jié)寫(xiě)入前自動(dòng)擦除2、接口電路地址線、數(shù)據(jù)線及片選線的連接與RAM和EPEOM相同因?yàn)镋EPROM即可隨機(jī)讀寫(xiě)，又不會(huì)因掉電而丟失信息，所以即可作為程序存儲(chǔ)器又可作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用下圖為8031單片機(jī)擴(kuò)展2817AEEPROM作為通用存儲(chǔ)器的電路圖RDY/BUSY:寫(xiě)入1字節(jié)時(shí)間為16ms左右，在寫(xiě)入期間為低電平，P1·0輸入低電平；寫(xiě)入結(jié)束，RDY/BUSY呈高阻狀態(tài)，P1·0由3K電阻及+5V電壓上拉至高電平。3、程序舉例將2817A的0700H~07FFH（256個(gè)）單元依次寫(xiě)入數(shù)據(jù)00H~FFH的子程序段ORG0100HMOVDPL,#00HMOVDPH,#07HMOVA,#00HMOVX@DPTR,AJNBP1.0,$INCDPTRINCAJNZLOOPRETSTART:LOOP:;置首地址；P1·0為1，表示已寫(xiě)完；為0，正在寫(xiě)，等待；寫(xiě)入最大值為FFH，加1為00H，傳送結(jié)束二、通過(guò)并行總線擴(kuò)展I/O口完成輸入/輸出口功能的擴(kuò)展，可以利用簡(jiǎn)單的TTL電路或CMOS電路，也可以使用可編程接口芯片。如：可編程并行接口（8155、8255）可編程通用同步/異步通信接口（8251）可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器（8253）等使用接口芯片優(yōu)點(diǎn)：與80C51信號(hào)體制一致，利用擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的并行總線進(jìn)行訪問(wèn)，使用MOVX指令，接口非常方便。P0.0~P0.774HC373ALED7~D0A1A02P2.7CS80C518255ARDWRRDWR8255A各口地址：A：8000HB：8001HC：8002H控制字寄存器：

8003H設(shè)未用地址線為01、80C51與8255接口電路初始化程序舉例

A組設(shè)置成方式2，B組為方式1，B口作為輸出口，控制字為C4H MOVDPTR，#8003H MOVA，#0C4H MOVX@DPTR,A2、擴(kuò)展簡(jiǎn)單的輸入/輸出口擴(kuò)展8個(gè)輸出口的電路如P163圖6-22所示使用MOVX@Ri,A時(shí)，口地址為00H~07H

使用MOVX@DPTR,A時(shí)，口地址為

0000H~0007H第三節(jié)單片機(jī)的外部串行擴(kuò)展80C51系列單片機(jī)的串行總線包括：

SPI三線總線和I2C公用雙總線一、

I2C公用雙總線結(jié)構(gòu)在器件之間使用兩根信號(hào)線（SDA和SCL）以串行的方法進(jìn)行信息傳送，并允許若干兼容器件共享的雙線總線，稱為I2C總線I2C總線系統(tǒng)示意圖有I2C接口的主機(jī)有I2C接口的從機(jī)有I2C接口的從機(jī)

I2C總線SCLSDASDA稱為串行數(shù)據(jù)線，用于傳輸雙向數(shù)據(jù)SCL稱為串行時(shí)鐘線，用于傳輸時(shí)鐘信號(hào)，來(lái)同步串行數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)Vcc掛接在I2C總線上的器件，根據(jù)其功能可以分為兩種：主控器件和從控器件主控器件：控制總線存取，產(chǎn)生串行時(shí)鐘（SCL）信號(hào)，并產(chǎn)生啟動(dòng)傳送及結(jié)束傳送的條件，總線必須由一個(gè)主控器件控制。主控器件一般稱為主器件。從控器件：在總線上被主控器件尋址的器件，它們根據(jù)主控器件的命令來(lái)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。一般稱為從器件。數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：只有當(dāng)總線不忙時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸才能開(kāi)始；數(shù)據(jù)傳送期間，無(wú)論何時(shí)串行時(shí)鐘線為高，串行數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定；當(dāng)串行時(shí)鐘線為高時(shí)，串行數(shù)據(jù)線的改變將被認(rèn)為是傳送的開(kāi)始或停止。定義如下總線條件1、總線不忙串行時(shí)鐘線（SCL）和串行數(shù)據(jù)線（SDA）保持高電平2、開(kāi)始數(shù)據(jù)傳送在SCL=1時(shí)，SDA上發(fā)生一個(gè)由高電平到低電平的變化決定起始條件，或稱起始信號(hào)（START）?？偩€上所有命令都在起始條件后進(jìn)行。3、停止數(shù)據(jù)傳送在SCL=1情況下，SDA上發(fā)生一個(gè)由低電平到高電平的過(guò)程，稱為停止條件，或稱停止信號(hào)（STOP）。

總線上所有操作必須在停止條件以前結(jié)