第6章 擴展技術

第6章MCS-51系列單片機的擴展技術

學習重點掌握單片機三總線的形成。掌握單片機訪問片外數(shù)據(jù)存儲器的時序。掌握單片機擴展片外數(shù)據(jù)儲存器的硬件電路設計和軟件編程方法（匯編和C語言）。常用接口電路芯片譯碼器74LS138緩沖器74LS244,74LS245鎖存器74LS273,74LS373,74LS374,74LS573可編程芯片8255,8155單片機三總線的形成

ALE作為P0口發(fā)出的低8位地址的鎖存允許信號，下降沿有效。

/RD和/WR作為片外數(shù)據(jù)存儲器的讀寫選通信號，上升沿有效。

/PSEN作為片外程序存儲器的讀選通信號。6.1外部存儲器的擴展技術6.1.1外部程序存儲器的擴展技術（1）外部程序存儲器時序分析

51單片機在進行系統(tǒng)擴展時，所需的16條地址線分別由P2口和P0口提供，8條數(shù)據(jù)信號線由P0口提供。P0口是地址/數(shù)據(jù)復用總線，分時傳送低8位地址和數(shù)據(jù)，由地址鎖存允許信號ALE控制地址傳送，外部程序存儲器讀選通信號PSEN控制它的數(shù)據(jù)傳送。單片機訪問外部程序存儲器的時序如下圖所示。單片機訪問外部程序存儲器的時序地址鎖存信號ROM芯片輸出允許信號送出程序存儲器的地址信號讀取程序存儲器的指令（2）外部程序存儲器的連接方法外部程序存儲器芯片的低8位地址線A0～A7與P0口經(jīng)鎖存后的輸出相連；高8位地址線A8～A15與P2口相連。外部程序存儲器芯片的8位數(shù)據(jù)線D0～D7與P0相連。外部程序存儲器讀選通信號PSEN和存儲器芯片的輸出允許信號OE相連；地址鎖存允許信號ALE與外部地址鎖存器的鎖存信號G相連；根據(jù)單片機是否有片內程序存儲器，確定單片機EA信號的連接；外部程序存儲器芯片片選信號CE可視具體情況而定，其連接與地址信號線相關。6.1.2外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展技術

51系列單片機擴展的片外I/O口和外部數(shù)據(jù)存貯器統(tǒng)一編址，所以，對于需要在片外擴展I/O口的應用系統(tǒng)來說，允許直接擴展的外部數(shù)據(jù)存貯器容量不足64KB。

靜態(tài)RAM芯片如6116(2Kx8),6264(8Kx8),62256(32Kx8)等。

擴展片外RAM時，用/RD,/WR作為片外RAM芯片的選通信號/OE；而擴展ROM時，采用/PSEN作為片外ROM芯片的選通信號/OE。（1）外部數(shù)據(jù)存儲器時序分析

外部數(shù)據(jù)存貯器讀時序如下圖所示。（如指令MOVXA,@DPTR）ALE下降沿送出ROM中指令碼的地址讀取ROM中指令碼ALE下降沿輸出RAM中操作數(shù)的地址讀取RAM中操作數(shù)（2）外部數(shù)據(jù)存儲器的連接方法

MCS-51單片機和外部數(shù)據(jù)存儲器的連接方法與外部程序存儲器的連接方法基本相同，不同之處僅在于選通信號的連接。MCS-51單片機和外部數(shù)據(jù)存儲器的連接方法如下圖所示。6.2并行接口的擴展技術6.2.1簡單輸入輸出口的擴展（1）74LS244的擴展

74LS244是一種雙4位三態(tài)門電路，內部有兩個4位的三態(tài)緩沖器。擴展電路圖參見教材第179頁。（2）74LS273的擴展

74LS273是一種能實現(xiàn)8位二進制數(shù)據(jù)鎖存的8D鎖存器，選通脈沖輸入端CLK用于將輸入端D0～D7上數(shù)據(jù)選通送入鎖存器，CLK引腳的上升沿鎖存數(shù)據(jù)。具體擴展電路圖參見教材第179頁。

從功能分，單片機擴展的I/O接口可分為兩種基本類型：簡單I/O口和可編程I/O口。6.2.2可編程并行輸入輸出口8255A的擴展（1）8255A的內部結構及引腳功能

8255A內含A、B、C三個8位的輸入輸出數(shù)據(jù)端口，A、B兩組控制電路，讀/寫控制邏輯電路以及數(shù)據(jù)總線緩沖器，其內部結構如下圖所示。（2）8255A的工作方式

8255A有以下三種基本工作方式：方式0（基本輸入/輸出方式）、方式1（選通輸入/輸出方式）和方式2（選通式雙向數(shù)據(jù)傳送方式）。

方式0適用于以無條件傳送方式完成CPU與外設間的數(shù)據(jù)傳送。A口、B口和C口均工作于該方式，各端口是輸入還是輸出由方式選擇字來設置。

方式1常用于查詢傳送和中斷傳送。只有A口和B口可工作于該方式，C口的部分引腳作為固定的專用選通信號，且A口和B口無論輸入或輸出都有數(shù)據(jù)鎖存功能。

方式2的數(shù)據(jù)傳送可用查詢或中斷實現(xiàn)，只有A口可工作于該方式，為雙向輸入/輸出口，C口的PC3～PC7作為專用選通信號線，輸入和輸出的數(shù)據(jù)都被8255A鎖存。（3）8255A的編程

8255A的控制命令字有兩個：方式選擇控制字和端口C按位置位/復位控制字，這兩個控制字都是向控制端口寫入。

方式選擇控制字的格式如下圖所示。

端口C按位置位/復位控制字的格式如下圖所示。3）編程舉例若規(guī)定圖6.21中的8255A的A口作輸入、B口、C口作輸出，且均工作在方式0下，相應程序段有：

MOVA，＃90HMOVDPTR，#0003HMOVX＠DPTR，AMOVDPTR，＃0000HMOVXA，＠DPTR……MOVDPTR，#0001HMOVA，＃DATA1MOVX＠DPTR，A6.2.3可編程并行輸入輸出口8155的擴展（1）8155的內部結構及引腳功能

Intel8155是一種多功能的可編程常用外圍接口芯片，其在片資源包括：256×8位靜態(tài)RAM，兩個8位、1個6位的并行I/O口以及一個14位的可編程定時／計數(shù)器，其內部結構框圖如下圖所示。（2）8155片內各功能模塊簡介①片內靜態(tài)RAM

該靜態(tài)RAM為256×8位，最大存取時間為400ns。②I/OI/O部分由端口A、B、C以及命令/狀態(tài)寄存器（C/S）組成。端口A、B可設定為基本輸入/輸出方式和選通輸入/輸出方式，端口C要視端口A、B的情況而定。③8155的控制字、狀態(tài)字

8155的控制邏輯部件中設置了一個控制命令寄存器和一個狀態(tài)標志寄存器。8155的工作方式由控制命令寄存器編程確定，控制命令寄存器的格式如下，TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA各位的含義如下：

PA位定義A口的數(shù)據(jù)傳送方向，0為輸入方式，1為輸出方式。

PB位定義B口的數(shù)據(jù)傳送方向，0為輸入方式，1為輸出方式。

PC2、PC1：定義C口的工作方式。

IEA為A口的中斷允許/禁止。當A口工作在選通的輸入、輸出方式時，該位=1，允許端口A中斷。而該位=0時，則禁止A口中斷。

IEB為B口的中斷允許/禁止。當B口工作在選通的輸入/輸出方式時，該位=1，允許端口B中斷。而該位=0時，則禁止B口中斷。

TM2、TM1：用于定時／計數(shù)器部分。8155內部的狀態(tài)標志寄存器，主要用于反映端口的工作狀態(tài)。它是一個7位的只讀寄存器，格式如下，×TIMERINTEBBFBINTRBINTEABFAINTRAINTE為端口中斷允許與禁止狀態(tài)標志，INTE=1允許中斷，INTE=0禁止中斷。

BF為端口緩沖器滿/空狀態(tài)標志，BF=1緩沖器滿，BF=0緩沖器空。

INTR為端口中斷請求狀態(tài)標志，INTR=1有中斷請求，INTR=0無中斷請求。

TIMER為定時/計數(shù)器中斷請求標志，TIMER=1有定時器溢出中斷，TIMER=0表示讀狀態(tài)字后或復位后。④定時/計數(shù)器

8155片內的定時/計數(shù)器由一個14位的減法計數(shù)器和一個16位方式、長度寄存器構成。

14位的減法計數(shù)器對輸入引腳TIMERIN上的輸入脈沖進行減1計數(shù)，減1回零時在TIMEROUT引腳上輸出一個矩形波或脈仲信號，完成定時/計數(shù)任務。

16位的方式、長度寄存器專門用于存放定時/計數(shù)器的輸出方式及計數(shù)長度，其格式如下，M2M1T13T12T11T10T9T8T7T6T5T4T3T2T1T0

其中0～13位為計數(shù)長度，14、15位為方式選擇位，用來定義定時／計數(shù)器的4種輸出方式。（3）8155的擴展

8155擴展電路如下圖所示。（4）8155的初始化編程設A口為基本輸入／輸出方式，B口、C口為基本輸入方式，將定時器作為方波發(fā)生器，對輸入脈沖20分頻，則初始化程序如下：START：MOVDPTR，＃0BF04HMOVA，＃14HMOVX＠DPTR，AINCDPTRMOVA，＃40H

MOVX＠DPTR，AMOVDPTR，＃0BF00HMOVA，#0C1HMOVX＠DPTR，ARET6.3串行接口的擴展技術6.3.1I2C串行總線

I2C總線是Philips公司推出的一種串行總線，主要用于IC器件之間的二線制同步通信，它通過串行時鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA實現(xiàn)總線上各器件的同步數(shù)據(jù)傳送，其總線的基本結構如下圖所示。6.3.251單片機與I2C總線器件的接口帶I2C總線接口的E2PROM是單片機應用系統(tǒng)中應用較廣泛的一類存儲器器件。其優(yōu)點是體積小、功耗低、占用I/O口線少，性能價格比高。本節(jié)主要介紹MCS-51與帶I2C總線接口的E2PROM的接口方法?，F(xiàn)以AT24C系列為例進行簡要介紹。（1）AT24C系列E2PROM的內部結構及特點其內部結構及引腳如下圖所示。

引腳功能介紹如下，

SCL為串行時鐘端；

SDA為串行數(shù)據(jù)／地址端；由于SDA為漏極開路端，故需接上拉電阻到VCC；

WP為寫保護，當WP為高電平時，存儲器只讀；當WP為低電平時，存儲器可讀可寫；

A0、A1、A2是片選或塊選信號；

VCC和VSS分別是電源和地。（2）接口技術

MCS-51單片機與AT24C串行E2PROM的接口電路連接示意圖如下。（3）讀寫操作原理器件地址的固定部分為1010，A2、A1、A0三個引腳的不同狀態(tài)可確定3位編碼，由