第8章并行接口扩展.ppt

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,如外接晶体为12MHz, 则振荡频率（fosc）为12MHz,振荡周期约为83.3ns,如focs为12MHz, 则状态周期频率为6MHz. 振荡周期约为167ns,如focs为12MHz, 则ALE脚输出脉冲频率为2MHz. 脉冲周期为500ns,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,/WR,/RD,A15:0,D7:0,8.2 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。,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),8.3 外部存储器的扩展,§8.3.1 存储器分类,8.3 外部存储器的扩展,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：,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。,如何确定口地址？,8.4 并行I/O口的扩展,命令寄存器定义：,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,D7,D0,B口寄存器与引脚对应关系,D7,D0,C口寄存器与引脚对应关系,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 MOVX DPTR, 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 。,