51單片機(匯編)教學課件第8章

1、第8章 單片機原理與控制技術(shù) 第1頁，共38頁。第8章 80C51串行擴展技術(shù) 本章要點： 串行擴展特點 串行擴展方式分類 虛擬串行擴展慨念 移位寄存器串行擴展方式 80C51 I/O虛擬串行接口 I2C總線串行擴展技術(shù) I2C總線擴展I/O口通用器件PCF8574 虛擬I2C總線擴展AT24CXX系列E2PROM第2頁，共38頁。8-1 串行擴展概述 一、串行擴展特點 最大程度發(fā)揮最小系統(tǒng)的資源功能。 原來由并行擴展占用的P0口、P2口資源， 直接用于I/O口。 簡化連接線路，縮小印板面積。 擴展性好，可簡化系統(tǒng)的設(shè)計。 串行擴展的缺點: 數(shù)據(jù)吞吐容量較小，信號傳輸速度較慢， 但隨著CPU芯

2、片工作頻率的提高，以及串行擴展芯片功能的增強，這些缺點將逐步淡化。 第3頁，共38頁。 二、串行擴展方式分類1、一線制一線制的典型代表為Dallas公司推出的單總線（1-wire）。第4頁，共38頁。2、二線制 二線制的典型代表為philips公司推出的I2C總線（Intel Integrated Circuit BUS）。 第5頁，共38頁。3、三線制 三線制（不包括片選線）主要有兩種： 由Motorala公司推出的SPI（Serial peripheral Interface）； 由NS公司推出的Micro wire /PLUS。 第6頁，共38頁。 SPI的時鐘線是SCK，數(shù)據(jù)線MOSI

3、（主發(fā)從收）、MOSO（主收從發(fā)），主從器件的MOSI和MOSO是同名端相連。 Micro wire /PLUS的時鐘線是SK，數(shù)據(jù)線為SI和SO，但SI、SO依照主器件的數(shù)據(jù)傳送方向而定，主器件的SO與所有擴展器件數(shù)據(jù)輸入端DI或SI相連；主器件的SI與所有擴展器件數(shù)據(jù)輸出端DO或SO相連。 由于該兩類器件無法通過數(shù)據(jù)傳輸線尋址，因此，必須由MCU I/O線單獨尋址，連到擴展器件的片選端CS（若只擴展一片，可將擴展芯片CS接地）。第7頁，共38頁。 4、80C51 移位寄存器串行擴展 80C51的UART(Universal Asynohronous Receiver/Transmitter

4、)有4種工作方式，其中方式0為同步移位寄存器工作方式，通過移位寄存方式，可將串行數(shù)據(jù)并行輸出，也可以將并行數(shù)據(jù)串行輸入。第8頁，共38頁。 三、虛擬串行擴展概念 用通用I/O口來模擬串行接口，構(gòu)成虛擬的串行擴展接口。只要嚴格控制模擬同步信號，并滿足串行同步數(shù)據(jù)傳送的時序要求，就可滿足串行數(shù)據(jù)傳送的可靠性要求。第9頁，共38頁。 8-2 80C51移位寄存器 串行擴展技術(shù)一、移位寄存器串行擴展方式 80C51串行方式0時，串行口作為同步移位寄存器使用。TXD端（P3.1）發(fā)出移位脈沖，頻率為fosc/12，RXD端（P3.0）輸入輸出數(shù)據(jù)。第10頁，共38頁。 1、80C51擴展并行輸出口 74

5、LS164為串入并出移位寄存器，其中A、B為串行數(shù)據(jù)輸入端，QA、QB、QH為并行數(shù)據(jù)輸出端（QA為高位），CLK為同步時鐘輸入端，CLR為輸出清0端。若不需將輸出數(shù)據(jù)清0，則CLR端接Vcc。第11頁，共38頁。 2、80C51擴展并行輸入口 74LS165為并入串出移位寄存器，A、B、H為并行輸入端（A為高位），QH為串行數(shù)據(jù)輸出端，SER為串行數(shù)據(jù)輸入端，CLK為同步時鐘輸入端，S/L為預(yù)置控制端。S/L=0時，鎖存并行輸入數(shù)據(jù)；S/L=1時，可進行串行移位操作。第12頁，共38頁。 二、串行方式0歸一化子程序 所謂歸一化子程序，即通用或標準化操作子程序，將80C51串行方式0所有應(yīng)用操

6、作歸納成幾個基本的輸入輸出子程序，并使這些標準子程序具有規(guī)范的入口條件和出口狀態(tài)。應(yīng)用時，只要設(shè)置相應(yīng)的入口和出口，調(diào)用歸一化子程序，就能達到串行輸入輸出的目的。 80C51串行方式0歸一化子程序： 單字節(jié)串行輸出子程序 單字節(jié)串行輸入子程序 多字節(jié)串行輸出子程序 多字節(jié)串行輸入子程序第13頁，共38頁。 三、80C51 I/O虛擬串行接口 利用80C51通用I/O口虛擬移位寄存器工作方式實現(xiàn)串行擴展，只需用任一通用I/O口代替RXD和TXD，設(shè)為VRXD和VTXD。 80C51虛擬串行I/O口歸一化子程序： 單字節(jié)虛擬串行輸出子程序 單字節(jié)虛擬串行輸入子程序 多字節(jié)虛擬串行輸出子程序 多字節(jié)

7、虛擬串行輸入子程序第14頁，共38頁。四、移位寄存器串行擴展應(yīng)用 80C51移位寄存器串行擴展應(yīng)用，只需根據(jù)標準化的電路形式連接，設(shè)置好入口條件，然后調(diào)用串行方式0歸一化子程序或虛擬串行接口歸一化子程序，即可完成擴展應(yīng)用. 第15頁，共38頁。 【例8-1】電路如圖8-5所示，fosc = 12MHz，要求發(fā)光二極管從左向右依次點亮，點亮時間為1秒，不斷循環(huán)。設(shè)串行方式0歸一化子程序已存在ROM中。第16頁，共38頁。 解： PIOX1 BIT P1.0 ;定義PIOX1WORK: MOV A,#10000000B ;置D7燈亮,其余暗LOOP: CLR PIOX1 ;74LS164輸出全0,

8、燈全暗 LCALL UART0 ;調(diào)用單字節(jié)串行輸出子程序 LCALL DLY1s ;調(diào)用延時1秒子程序(略) RR A ;右移 SJMP LOOP ;第17頁，共38頁。 【例8-2】 電路如圖8-6所示，fosc=12MHz，要求每隔10ms，檢測鍵K0K7狀態(tài)，并存入內(nèi)RAM 2FH。設(shè)虛擬串行接口歸一化子程序已存在ROM中。第18頁，共38頁。 解： ORG 0000H ;復(fù)位地址 LJMP STAT ;轉(zhuǎn)初始化程序 ORG 000BH ;T0中斷入口地址 LJMP IT0 ;轉(zhuǎn)T0中斷服務(wù)子程序 VRXD BIT P1.0 ;P1.0虛擬RXD VTXD BIT P1.1 ;P1.1

9、虛擬TXD PIOX2 BIT P1.2 ;P1.2虛擬PIOX2 ORG 0100H ;初始化程序首地址STAT: MOV TMOD,#01H ;置T0定時器方式1 MOV TH0,#0D8H ;置T0定時初值10ms MOV TL0,#0F0H ; SETB TR0 ;啟動T0 SETB ET0 ;T0開中 SETB EA ;CPU開中 LJMP WORK ;轉(zhuǎn)主程序并等待T0中斷 ORG 1000H ;T0中斷服務(wù)子程序首地址IT0: MOV TH0,#0D8H ;重置T0定時初值10ms MOV TL0,#0F0H ; PUSH Acc ;保護現(xiàn)場 PUSH PSW ;INPUT: L

10、CALL VUARTI ;調(diào)用虛擬串行輸入子程序 MOV 2FH,A ;存鍵K0K7狀態(tài)數(shù)據(jù) POP PSW ;恢復(fù)現(xiàn)場 POP Acc ; RETI ;第19頁，共38頁。8-3 I2C總線串行擴展技術(shù)一、I2C總線串行擴展概述1、擴展連接方式 第20頁，共38頁。 具有I2C總線結(jié)構(gòu)的器件，不論SRAM、E2PROM、ADC/DAC、I/O口或MCU，均可通過SDA、SCL連接（同名端相連）。 無I2C 總線結(jié)構(gòu)的器件，如LED/LCD顯示器、鍵盤、碼盤、打印機等也可通過具有I2C總線結(jié)構(gòu)的I/O接口電路成為串行擴展器件。第21頁，共38頁。 2、器件尋址方式 具有I2C總線結(jié)構(gòu)的器件在器

11、件出廠時已經(jīng)給定了器件的地址編碼。 I2C總線器件地址SLA格式如下： DA3DA0 4位器件地址是I2C總線器件固有的地址編碼，器件出廠時就已給定，用戶不能自行設(shè)置。 A2A1A0 3位引腳地址用于相同地址器件的識別。若I2C總線上掛有相同地址的器件，或同時掛有多片相同器件時，可用硬件連接方式對3位引腳A2A1A0接Vcc或接地，形成地址數(shù)據(jù)。 R/W 數(shù)據(jù)傳送方向。R/W=1時，主機接收（讀）； R/W=0時，主機發(fā)送（寫）。第22頁，共38頁。 3、接口電氣結(jié)構(gòu) I2C總線端口輸出為開漏結(jié)構(gòu)，總線上必須外接上拉電阻Rp，其阻值通常可選510K。4、總線驅(qū)動能力 由于I2C總線器件均為CM

12、OS器件，總線具有足夠的電流驅(qū)動能力。 I2C總線的電容負載能力為400 pF（通過驅(qū)動擴展可達4000pF）。 I2C總線傳輸速率為100Kb/s（改進后的規(guī)范為400 Kb/s）。第23頁，共38頁。5、I2C總線時序 一次完整的數(shù)據(jù)傳送過程應(yīng)包括：起始（S）、發(fā)送尋址字節(jié)（SLA R/W）、應(yīng)答、發(fā)送數(shù)據(jù)、應(yīng)答、發(fā)送數(shù)據(jù)、應(yīng)答、終止（P）。第24頁，共38頁。 三、80C51單主系統(tǒng)虛擬I2C總線軟件包 80C51只能采用虛擬I2C總線方式，并且只能用于單主系統(tǒng)，虛擬I2C總線接口可用通用I/O口中任一端線充任，數(shù)據(jù)線定義為VSDA，時鐘線定義為VSCL。 80C51單主系統(tǒng)虛擬I2C總

13、線軟件包VIIC可由二大類共9個歸一化子程序組成。二大類程序分別為典型信號模擬子程序和數(shù)據(jù)傳送通用子程序。第25頁，共38頁。 1、典型信號模擬子程序 對于虛擬I2C總線，有幾個重復(fù)應(yīng)用的典型信號，可根據(jù)I2C總線時序要求，編制這些典型信號子程序： 啟動信號STAT 終止信號STOP 發(fā)送應(yīng)答位(A)MACK 發(fā)送應(yīng)答非位(A)NACK 檢查應(yīng)答位CACK2、數(shù)據(jù)傳送通用子程序 數(shù)據(jù)傳送通用子程序是應(yīng)用典型信號模擬子程序（起始、終止、應(yīng)答和檢查應(yīng)答）并按I2C總線數(shù)據(jù)傳送時序要求編制的子程序。 發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序WR1B 接收一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序RD1B 發(fā)送N個字節(jié)數(shù)據(jù)子程序WRNB 接收N個

14、字節(jié)數(shù)據(jù)子程序RDNB 第26頁，共38頁。 發(fā)送N個字節(jié)數(shù)據(jù)子程序WRNB 按照I2C總線數(shù)據(jù)傳送時序要求，一次完整的數(shù)據(jù)發(fā)送過程應(yīng)包括起始（S）、發(fā)送尋址字節(jié)（SLA R/W）、應(yīng)答、發(fā)送數(shù)據(jù)、應(yīng)答、發(fā)送數(shù)據(jù)、應(yīng)答、終止（P），其格式如下： 其中，紅色部分由主器件發(fā)送，從器件接收；黑色部分由從器件發(fā)送，主器件接收。 入口條件： 偽指令定義NUMB、SLA、MTD單元地址； 發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)存內(nèi)RAM NUMB單元； 發(fā)送尋址字節(jié)存內(nèi)RAM SLA單元； 發(fā)送數(shù)據(jù)依次存放在首址為MTD的內(nèi)RAM中。占用資源：Acc、R1、R2、R3、Cy、F0。第27頁，共38頁。WRNB: MOV R3,N

15、UMB ;取發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)N(存在內(nèi)RAM NUMB單元)WRNB0:LCALL STAT ;啟動I2C總線 MOV A,SLA ;讀發(fā)送尋址字節(jié)(存在內(nèi)RAM SLA單元) LCALL WR1B ;發(fā)送尋址字節(jié) LCALL CACK ;檢查應(yīng)答位 JB F0,WRNB0 ;應(yīng)答不正常,返回重發(fā) MOV R1,#MTD ;應(yīng)答(A)正常,取發(fā)送數(shù)據(jù)存儲區(qū)首址WRDA: MOV A,R1 ;讀一個字節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù) LCALL WR1B ;發(fā)送一個字節(jié) LCALL CACK ;檢查應(yīng)答位 JB F0,WRNB ;應(yīng)答不正常,返回重發(fā) INC R1 ;應(yīng)答(A)正常,指向發(fā)送數(shù)據(jù)下一字節(jié) DJNZ R3

16、,WRDA ;判N個數(shù)據(jù)發(fā)送完畢否?未完繼續(xù) LCALL STOP ;N個數(shù)據(jù)發(fā)送完畢,發(fā)送結(jié)束信號 RET ;第28頁，共38頁。 接收N個字節(jié)數(shù)據(jù)子程序RDNB 按照I2C總線數(shù)據(jù)傳送時序要求，接收N個字節(jié)數(shù)據(jù)應(yīng)按下列格式編程： 其中，紅色部分由主器件發(fā)送，從器件接收；黑色部分由從器件發(fā)送，主器件接收。入口條件： 偽指令定義NUMB、SLA、MRD地址； 接收數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)存內(nèi)RAM NUMB單元； 接收尋址字節(jié)存內(nèi)RAM SLA單元。出口狀態(tài)：接收N個字節(jié)依次存在首址MRD的內(nèi)RAM中。占用資源：Acc、R1、R2、R3、Cy、F0。第29頁，共38頁。 RDNB: MOV R3,NUMB

17、;取接收數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)N(存在內(nèi)RAM NUMB單元)RDNB0: LCALL STAT ;啟動I2C總線 MOV A,SLA ;讀接收尋址字節(jié)(存在內(nèi)RAM SLA單元) LCALL WR1B ;發(fā)送接收尋址字節(jié) LCALL CACK ;檢查應(yīng)答位 JB F0,RDNB0 ;應(yīng)答不正常,返回重新開始RDA0: MOV R1,#MRD ;應(yīng)答(A)正常,取接收數(shù)據(jù)存儲區(qū)首址RDA1: LCALL RD1B ;接收一個字節(jié)數(shù)據(jù) MOV R1,A ;存一個字節(jié)數(shù)據(jù) DJNZ R3,ACK ;判N個數(shù)據(jù)接收完畢否?未完轉(zhuǎn)發(fā)送應(yīng)答位 LCALL NACK ;N個數(shù)據(jù)接收完畢,發(fā)送應(yīng)答非位(A) LCALL

18、 STOP ;發(fā)送終止信號 RET ;子程序結(jié)束返回ACK: LCALL MACK ;發(fā)送應(yīng)答位(A) INC R1 ;指向下一接收數(shù)據(jù)存儲單元地址 SJMP RDA1 ;轉(zhuǎn)接收下一字節(jié)數(shù)據(jù)第30頁，共38頁。 3、虛擬I2C總線軟件包VIIC小結(jié) VIIC軟件包共有9個歸一化子程序組成。 VIIC軟件包僅適用單主系統(tǒng)即主方式下I2C總線外圍擴展。且應(yīng)fosc6MHz，若fosc6MHz，則應(yīng)相應(yīng)調(diào)整NOP指令個數(shù)，以滿足I2C總線數(shù)據(jù)傳送時序要求。 VIIC軟件包可嵌入到80C51 ROM中任一空間，作為I2C總線擴展應(yīng)用程序設(shè)計的軟件支持平臺。 在應(yīng)用VIIC軟件包初始化中，應(yīng)對軟件包中標

19、記符號用偽指令定義。 VIIC軟件包占用資源：F0、Cy、Acc、R1、R1、R3。在調(diào)用VIIC軟件包之前，若涉及這些存儲單元中原有數(shù)據(jù)尚需保存，應(yīng)采取保護現(xiàn)場措施，在調(diào)用結(jié)束后恢復(fù)現(xiàn)場。 第31頁，共38頁。 8-4 虛擬I2C總線擴展I/O口一、I2C總線擴展I/O口通用器件PCF85741、引腳功能 PCF8574是一個帶有中斷輸出的8位準雙向I/O口I2C總線擴展芯片。 A2A0：地址引腳； P0P7：8位準雙向I/O口，驅(qū)動能力IOL = 25mA，IOH300A； SDA、SCL：I2C總線接口； INT：中斷請求輸出，低電平有效，開漏輸出； VDD、VSS：電源端、接地端；第32頁，共38頁。2、電路設(shè)計PCF8574與80C51 I2C總線接口應(yīng)用電路。 3、尋址字節(jié) PCF8574的器件地址是0100，A2A1A0為引腳地址，全接地時為000，R/W=1時，接收尋址字節(jié)SLAR=41H =01000001B；R/W=0時，