[信息与通信]第7章 单片机的系统扩展.ppt
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1、第7章 单片机的系统扩展,教学目的:掌握单片机应用系统并行与串行外围扩 展的方法;掌握并行总线扩展中的地址译 码技术及软件设计方法。 教学重点:并行总线扩展的硬件与软件设计方法。 教学难点:并行总线扩展的寻址及硬件设计方法。 串行总线扩展的软件设计方法。,7.1 并行扩展概述,7.1.1 外部并行扩展总线 1.扩展方式 并行I/O口,并行扩展总线:三总线方式,图71 单片机的外部扩展三总线,2. 并行总线扩展基本问题 总线连接电路设计、地址译码、器件地址并行总线扩展电路设计。 并行总线扩展连接方式符合三总线连接方式。数据总线为三态口,在不传送数据时为高阻态。总线分时对不同的外设进行数据传送。,
2、712 并行扩展的寻址方法 具有与微机总线兼容的并行接口器件,应选择并行扩展总线方式扩展;外围器件为非总线兼容并行接口,只能通过I/O来扩展接口。并行总线具有三态输出,总线上可挂接多个并行接口器件,因此存在寻址问题。 单片机并行扩展总线有严格的时序要求,数据传输要严格按照CPU时序运行。,1.线选法寻址 线选法是直接以系统的几根高位地址线作为芯片的片选信号。 2. 译码法寻址 译码法寻址由译码器组成译码电路对系统的高位地址进行译码,译码电路将地址空间划分若干块,其输出作为存储器芯片的片选信号分别选通各芯片,这样既充分利用了存储空间,又避免了空间分散的缺点,还可减少I/O口线。,3译码法寻址举例
3、 利用138译码器进行地址译码 ,将寻址范围等分的译码方法见下图。由图可见数据存储器与外设的统一编址方法。,7.2 存储器的并行扩展 721 数据存储器扩展概述 单片机应用系统中并行扩展的数据存储器都是静态随机存储器 SRAM,常用的SRAM有62系列的6264、62256、628128、628512等,存储容量分别为 8KB、32KB、128KB、512KB等。 数据存储器地址空间同程序存储器一样,由P2口提供高8位地址,P0口分时提供低 8位地址和8位双向数据线。 访问片外扩展数据存储器的4条寄存器间址指令:,MOVX A,DPTR MOVX DPTR,A MOVX A,Ri MOVX R
4、i,A,(a)数据存储器读周期时序,722 访问片外RAM的操作时序 访问片外RAM的操作包括读写两种操作时序,通过对操作时序的了解,可以更好地理解ALE、/RD、/WR、P0及P2等信号和数据线的作用,及P0口是如何分时传输低8位地址线和数据线的。,图7-3 访问片外RAM的操作时序,723 数据存储器扩展举例,图74 扩展32KB RAM,7.3 并行I/O接口的扩展 7.3.1 简单的并行I/O扩展,在需要扩展I/O口,或者需要提高系统的带负载能力的情况,常采用锁存器、缓冲/驱动器等作为I/O口扩展芯片 ,这是单片机应用系统中经常采用的方法。这种I/O口一般都是通过P0口扩展,具有电路简
5、单、成本低、配置灵活的优点。一般在扩展单个8位输出/输入口时,十分方便。,图7-5 简单I/O接口扩展电路,图9-8 简单I/O接口扩展电路,图9-8 简单I/O接口扩展电路,图中输入和输出都是在P2.0为0时有效,它们占有相同的地址空间,但由于它们分别用读和写信号控制,因而尽管它们都直接与P0口相接,却不可能同时被选中,这样在总线上就不会发生冲突。 系统中若有其它扩展RAM,或其它输入输出接口,则可用线选法或译码法将地址空间区分开。 按照图7-5电路的接法,要求实现如下功能:任意按下一个键,对应的LED 亮,例如,按K1则LED1亮,按K2则LED2亮等。则编写程序如下: LOOP:MOV
6、DPTR,0FEFFH ;指向 I/O口地址 MOVX A, DPTR ;从244读入数据,检测按钮 MOVX DPTR,A ;向273输出数据,驱动LED SJMP LOOP ;循环,7.3.2 可编程I/O接口电路的扩展,可编程序接口是指其功能可由计算机的指令来加以改变的接口芯片。可编程I/O接口利用软件设置片内控制寄存器,可使一个接口芯片执行多种不同的接口功能,因此使用十分灵活。 在此仅以在单片机中常用的一种可编程通用并行接口芯片8255A为例说明问题 。,18255A的引脚介绍, 数据总线 : D0D7、PA0PA7、PB0PB7、PC0PC7 控制线: 、 、 RESET 寻址线:
7、、A0、A1,28255A可编程接口的结构,3 8255A的工作方式,方式0(基本输入输出方式) 方式1(选通输入输出方式) 方式2(双向数据传送方式) 最常用和最简单的方法是方式0 4 8255A的控制寄存器 8255A的工作方式选择是通过对控制寄存器输入控制字(或称命令字)的方式实现的 。 方式选择控制字 C口置复位控制字,图7-7 8255A控制字的格式与定义,580C51和8255A的接口及应用,本例要求8255A按方式0工作,A口各位作为输入,B口各位作为输出,C口高4位作为输出,低4位作为输入。将A口数据存入R1,则编程如下: MOV DPTR,#0FF7FH ;指向控制寄存器地址
8、 MOV A,#10010001B ;按要求设的控制字 MOVX DPTR ,A ;控制字送入控制寄存器 MOV DPTR ,#0FF7CH ;指向A口地址 MOVX A, DPTR ;取A口数据 MOV R1 ,A,74 串行扩展概述,为了进一步缩小单片机及其外围芯片的体积,降低价格,简化互连线路,近年来,先后推出专门用于串行数据传输的各类器件和接口。 串行扩展法是利用UART、SPI和I2C串行总线中的任意一种进行系统扩展。,741 常用串行总线与串行接口简介,1 UART串行接口 2 I2C总线 I2C总线由2根线实现串行同步通信,其中一根是时钟线SCL, 一根是数据线SDA。,图7-9
9、 典型的I2C 单主系统配置示意图,3SPI串行扩展接口,图7-10 单主机SPI系统连接方法,4Microwire串行扩展接口,图 711 MICROWIRE串行扩展示意图,5单总线,图712 单总线构成的温度检测系统,742 单片机串行扩展的模拟技术,串行扩展模拟技术的主要要点如下: 1严格模拟时序 2确保硬件与软件的配合 3设计通用模拟软件包,7.5 I2C总线,751 I2C总线的特点 752 I2C总线的组成及基本工作原理 753 I2C总线的传输时序 1I2C总线的运行时序关系 图713 I2C总线运行时序关系图,2I2C总线传送数据的时序要求,图714 I2C 总线典型信号时序要
10、求图,754 I2C总线的通用模拟软件包,为了简化I2C总线模拟传送的软件编程方法,根据其时序特点编制了可适用于以80C51系列为主机的通用软件包,这个软件包包括典型信号的通用模拟子程序和I2C总线信号模拟传送的通用子程序。 用上述子程序时,如果从器件的传输频率较低,则应该修改延时用的NOP指令个数,以满足时序要求。,通用软件包中的符号单元如下: MTD:发送缓冲区首地址 MRD:接收缓冲区首地址 SLA:寻址字节存放单元 NUMBYT:传送字节数存放单元 ERR:错误标志 SDA: 模拟串行数据线 SCL:模拟串行时钟线 使用前要注意分配好内存。 使用上述子程序(省略)时,如果从器件的传输频
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