1、第八章單片機系統(tǒng)擴展原理及接口技術，系統(tǒng)擴展原理程序存儲器擴展數(shù)據存儲器擴展I/O端口擴展D/A轉換接口擴展A/D轉換接口擴展鍵盤接口顯示接口擴展時系統(tǒng)可靠性及低功耗，8.1系統(tǒng)擴展原理，擴展方法：并行擴展法串行擴展法，8.1.1外部并行擴展原理，圖81 80c 51系列單片機三總線結構，(1)地址總線(AB) P0端口：低8位地址A0A7， 必須使用鎖存來鎖存鎖存信號Ale3360的下降沿，以輸出數(shù)據鎖存P2端口：高8位地址A8A15。 (2)數(shù)據總線P0端口(db): D0D7表示。P0端口是一個三態(tài)雙向端口。(3)控制總線ALE:數(shù)據鎖存PSEN:讀取片外程序存儲器中的數(shù)據。選擇片內或片

2、外程序存儲器。片外數(shù)據存儲器和輸入輸出端口的讀寫控制。圖82地址鎖存器，8.1.1.1。并行擴展模式下的尋址技術芯片選擇：找到擴展存儲單元或輸入輸出端口所在的芯片字選擇：通過解碼芯片本身的地址線來確定唯一的存儲單元或輸入輸出端口。常用的芯片選擇方法有選線法、地址解碼法、可編程器件PAL/GAL和I/O端口的應用(2)解碼法：用一個特殊的解碼芯片對備用的高位地址線進行解碼，解碼器的輸出作為“芯片選擇”控制線。可編程陣列邏輯器件PAL(可編程陣列邏輯)通用陣列邏輯GAL(良好加密)輸入輸出端口線：備用輸入輸出線作為解碼線，低位地址線A0A10實現(xiàn)片內尋址。上部地址線A11A13實現(xiàn)芯片選擇(只允許

3、A11A13中的一個處于低電平，另外兩個必須處于高電平，否則會出現(xiàn)錯誤)。無關位A14和A15可以任意取，一般取“1”。上部地址線直接連接到存儲芯片的芯片選擇端。線選擇法三個存儲芯片的地址分配表。選線法的特點是：優(yōu)點：接線簡單，不需要專門設計邏輯電路；缺點：芯片間地址不連續(xù)，存儲空間不能充分利用；每個存儲單元的地址不是唯一的，圖84 64K全地址解碼電路，#0隨機存取存儲器地址：0000H1FFFH，總計8KB(A15=0，A14=0，A13=0) #1芯片地址：2000H3FFFH，總計8KB(A15=0，A14=0，A13=1) #2 A13=0) #3芯片地址：6000H7FFFH，總計

4、8KB (A15=0，A14=1，A132 # 2764: 2000h-3ff FH 1 # 62643360 0000h-1ff FH 2 # 62643360 4000h-5ff FH，8.1.1.280c51系列單片機的系統(tǒng)并行擴展能力，可擴展程序存儲器的最大容量為64KB，地址為0000HFFFFH?？蓴U展數(shù)據存儲器的最大容量為64KB，地址為0000HFFFFH。片外數(shù)據存儲的輸入輸出端口擴展和統(tǒng)一尋址。外部串行總線主要包括串行接口總線和I2C總線。SPI是一種同步外設接口，允許微控制器以串行模式與各種外設通信。通常有四條線路：串行時鐘SCLK，串行數(shù)據MISO MOSI從機選擇SS

5、。串行端口模式0意味著完整的串行接口系統(tǒng)具有以下特征：全雙工三線同步傳輸；主機和從機的工作模式；可編程主機位傳輸頻率、時鐘極性和相位；發(fā)送完整中斷標志；寫沖突保護標志。8.1.2外部串行擴展原理，8.1.2(英特爾IC BUS)通用雙總線結構，兩條信號線(SDA和SCL)用于信息傳輸，允許多個兼容設備共享SDA:串行數(shù)據線并傳輸雙向數(shù)據。SCL:串行時鐘線，傳輸時鐘信號并同步串行數(shù)據線上的數(shù)據。8.2擴展程序存儲器，8.2.1擴展程序存儲器時的總線功能和操作時序，圖87片外程序存儲器取操作時序圖，8.2.2擴展片外程序存儲器，常用程序存儲器芯片，例如：擴展16KB片外程序存儲器，硬件連接，EA

6、=1，程序存儲器先為4KB片內，即0000H0FFFH。當PC值超過片內程序存儲器的容量時，它會自動轉到片外，因此片外27C128的地址是1000h3ffffh (12k)，總共是16KB。如果EA=0，則片外地址為00003FFFH，8.3數(shù)據存儲器的擴展，各種存儲器性能的比較，以及存儲器的固有非易失性高密度低功率晶體管單元的在線可重寫閃速靜態(tài)隨機存取存儲器。常用并行數(shù)據存儲器芯片：6116、6264、62128、62256、62512、8.3.1片外并行數(shù)據存儲器1的擴展。片外并行數(shù)據存儲器擴展時的總線功能和讀寫操作時序80C51有四條讀寫片外數(shù)據存儲器的指令，如圖810“MOVX A，D

7、PTR”和逐行地址選擇法所示。使用端口線P2.7來尋址：當P2。7=0，訪問6264(0)，地址范圍為6000H7FFFH。P2.7=l，訪問6264(1)，地址范圍為E000HFFFFH。如果P2.6用于控制選通6264(0)，P2.7用于控制選通6264(1)，地址范圍是多少？8.3.2。擴展串行數(shù)據存儲器，1。I2C串行EEPROM AT24C0102040816的擴展是一種電可擦串行12825651210242048B可編程只讀存儲器，具有雙線串行接口、雙向數(shù)據傳輸握手、硬件數(shù)據寫保護、8B頁面寫入模式和獨立定時寫入周期(最長10 ms)等特點。優(yōu)點：結構簡單圖8-12，8引腳串行時鐘

8、(SCL)串行數(shù)據(SDA)雙向端口，開漏輸出，可通過導線或方式連接任意數(shù)量的開漏或開集電極引腳。設備地址A2、A1、A0，地址輸入端子，用于設備選擇。單總線寫保護中的硬件數(shù)據保護。當WP引腳接地時，允許正常讀寫；當WP引腳連接到Vcc時，對存儲器的寫操作被禁止，并且可以被讀出。當WP引腳未連接時，該端子拉低。1)當SCL為高電平時，SDA從高電平變?yōu)榈碗娖绞且粋€啟動信號，必須在任何命令之前出現(xiàn)。開始和停止時間如圖8-14所示。2)停止信號當SCL為高電平時，從低電平到高電平的SDA變化為停止信號。讀取序列后，停止命令將使可編程只讀存儲器進入低功耗模式。開始和停止時間如圖8-14所示。3)確認

9、(輸出答案)所有地址和數(shù)據均以8位的形式串行發(fā)送至或發(fā)送自可編程只讀存儲器。在第9個時鐘周期，電可擦可編程只讀存儲器發(fā)送一個“0”來確認它收到的每個字節(jié)(見圖8-13)。4)當時鐘SCL為高電平時，SDA線上的數(shù)據必須保持穩(wěn)定；只有當SCL處于低水平時，才能更改SDA數(shù)據。5)設備尋址(設備地址)在開始信號之后，設備需要8-8位設備地址，地址的前4位是設備編號地址“1010”序列。這在AT24CXX系列的可編程只讀存儲器中很常見。地址的最后3位A2、A1和A0是引腳地址，它們必須對應于相應硬件連接的輸入信號。設備地址的第八位是讀寫操作選擇位，如果該位為高，則開始讀操作；如果該位為低電平，則開始

10、寫操作。比較設備地址后，設備輸出“0”。如果比較失敗，芯片將進入待機狀態(tài)。AT24CXX設備的尋址(設備地址)格式見表8-3。讀/寫=1是讀操作；R/W=0是一個寫操作。6)寫操作AT24CXX寫操作示意圖如圖8-15所示。字節(jié)寫操作的順序如圖8-15a所示。EEPROM進入內部寫操作定時周期，并將數(shù)據寫入非易失性存儲器。在此寫操作周期中，所有輸入都被禁止，并且在寫操作完成之前，EEPROM不會響應。頁面寫操作順序如圖8-15 b所示。AT24CXX具有執(zhí)行8B頁面寫的能力，頁面寫的開始與字節(jié)寫的開始相同。然而，在第一個數(shù)據字節(jié)串行輸入到可編程只讀存儲器后，單片機不發(fā)送停止信號，但在可編程只讀

11、存儲器確認收到第一個數(shù)據字節(jié)后，單片機發(fā)送另外7個數(shù)據字節(jié)，可編程只讀存儲器每次接收到一個數(shù)據字節(jié)時將響應0。單片微型計算機必須用停止信號終止頁面寫入過程。7)讀取操作AT24CXX，讀取操作示意圖如圖8-16所示。讀操作的啟動方法與寫操作的啟動方法相同，只是設備地址字節(jié)的讀/寫選擇位設置為1。有三種讀取操作：當前地址讀取、隨機地址讀取和順序讀取。當前地址讀取的最后讀或寫操作的地址單位是n，并且內部地址計數(shù)器將指向n=1的地址單位。在讀操作中，地址滾動是從存儲器最后一頁的最后一個字節(jié)到第一頁的第一個字節(jié)。AT24CXX當前地址的讀取時序如圖8-16 a所示。隨機讀取隨機讀取任意存儲單元，分兩步

12、進行：第一步，寫一個空字節(jié)的序列，產生一個起始條件；第二步是在從可編程只讀存儲器接收到數(shù)據字地址確認消息后，單片機必須發(fā)出一個讀/寫選擇位置為1的設備地址字節(jié)，啟動當前地址讀操作，以確認設備地址。AT24CXX的隨機讀取時間如圖8-16 B所示.順序讀取順序讀取可以通過當前地址讀取或隨機地址讀取開始。AT24CXX的順序讀取時序如圖8-16 c所示，以及AT24C02與80C51單片機的連接示意圖。U1、U2、U3和U4的地址分別為1010 000轉/分、1010 001轉/分、1010 010轉/分和1010 011轉/分。主機的寫操作向被尋址的受控設備發(fā)送N個數(shù)據字節(jié)，并且數(shù)據傳輸方向在整

13、個傳輸過程中保持不變。數(shù)據傳輸格式如下：黑盒由主控制器發(fā)送，受控控制器接收；其余的由主控制器接收，并由受控控制器發(fā)送(下同)。a、響應信號a、非響應信號s、開始信號p、停止信號SLAW、尋址字節(jié)data1datan，寫入被控設備的n個數(shù)據字節(jié)，主設備的讀操作，主設備從被控設備讀取n個字節(jié)，整個傳輸過程是被控設備發(fā)送、主設備接收除尋址字節(jié)以外的過程。數(shù)據傳輸?shù)母袷饺缦拢阂粋€響應信號一個非響應信號s開始信號p停止信號SLAR地址字節(jié)(讀)數(shù)據1一個由主機讀取的n個數(shù)據字節(jié)應在發(fā)送停止信號之前發(fā)送非響應位，以指示讀操作結束。從上述數(shù)據傳輸格式可以看出：1)無論如何開始或停止，地址字節(jié)都是由主機發(fā)送的

14、。2)尋址字節(jié)僅指示設備地址和傳輸方向。在器件的I2C總線數(shù)據操作格式中，器件設計者指定第一個數(shù)據字節(jié)作為器件中的SUBADR數(shù)據，并設置地址自動加減功能以減少單元地址尋址操作。3)每個字節(jié)傳輸必須伴隨一個確認信號。4)受控設備必須在收到啟動信號后重置其總線邏輯。當內部沒有I2C總線的微控制器連接到I2C總線設備時，I2C總線的SDA和SCL由系統(tǒng)中的兩個輸入輸出端口虛擬化。軟件有軟件包。1)通用軟件包是一套完整的子程序，使用時可以預先放置在程序內存的任何空間，與系統(tǒng)硬件無關。2)注意嵌套子程序所需的堆?？臻g。3)通用軟件包中與應用程序直接相關的子程序是WRNBYT和RDNBYT。，相應的I2

15、C總線讀寫指令有：MOV SLA，#從；尋址受控設備(寫)MOV號碼，n；指定要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。調用子程序MOV SLA發(fā)送n字節(jié)數(shù)據。對受控設備進行尋址(讀取)MOV編號，# n；指定傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。調用接收n字節(jié)數(shù)據的子程序，啟動I2C總線，啟動SCL總線，停止I2C總線數(shù)據傳輸，停止SCL總線，發(fā)送應答位。I2C總線上的第九個時鐘脈沖對應于應答位，相應的數(shù)據線“1”是“確認”，而“0”是“確認”。MAC clr sda setb SCL nop clr SCL setb sda ret發(fā)送非響應位mnack : setb sda setb SCL nop clr SCL clr sda ret，響應位檢查從機收到字節(jié)后是否必須向主機發(fā)送響應位。CEND P1第七中學MOVA分校；讀取SDA set BF 0 cend : clr SCL nop nop ret，并向SDA線路發(fā)送一個數(shù)據字節(jié)(數(shù)據在a中)WRBYTMOV R0，# 08hwlprlca長度。發(fā)送數(shù)據向左移動JCWR1 AJMPWR0 WLP1DJNZR0