第六章單片機(jī)系統(tǒng)的并行擴(kuò)展c

第六章單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)3并行接口的擴(kuò)展4D/A接口的擴(kuò)展5A/D接口的擴(kuò)展2存儲(chǔ)器的擴(kuò)展151系統(tǒng)并行擴(kuò)展原理6-1-1并行擴(kuò)展總線P2口作為單片機(jī)的地址總線高八位A15~A8,P0為地址總線低八位A7~A0和數(shù)據(jù)總線D7~D0復(fù)用。地址鎖存原理（圖6-1）。

注意四個(gè)控制引腳的電平變化：ALE、、、。

CPU根據(jù)地址訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，即根據(jù)地址線上送出的地址信息選中某一芯片的某個(gè)單元進(jìn)行讀寫(xiě)。邏輯上，芯片的選擇由高位地址譯碼實(shí)現(xiàn)、被選中芯片中單元的選擇則由低位地址信息確定。為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外部存儲(chǔ)器的連接，把單片機(jī)的地址線分為片內(nèi)地址線和片選地址線兩部分。片選地址線通常直接或通過(guò)地址譯碼器與存儲(chǔ)器芯片的片選端相連，也可以懸空不用。片內(nèi)地址線通常直接或通過(guò)地址鎖存器與相應(yīng)存儲(chǔ)器地址線相連。6-1-2地址譯碼方法線選法用某一位地址線直接連到所擴(kuò)展的芯片的片選端。

A15、A14、A13中不能有兩根以上地址線同時(shí)為低?。?！

按照片選地址線的不同連接方式，單片機(jī)地址譯碼可分為：A15A14A13A12…A3A2A1A0

011X…X0000#單元011X…X0011#單元011X…X0102#單元011X…X0113#單元011X…X0004#單元011X…X1015#單元011X…X1106#單元011X…X1117#單元0#芯片

地址重疊:有兩個(gè)及以上地址與存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)。對(duì)于0#芯片，X為無(wú)關(guān)項(xiàng)，即不論X取0或1，對(duì)單元的確定都無(wú)影響，故0#芯片中每個(gè)單元都有210個(gè)重疊地址。當(dāng)X由全“0”變到全“1”時(shí)，0#芯片的地址范圍為6000H～7FFFH?；镜刂贩秶?000H～6007H。

全地址譯碼法

所有片選地址線全部參加譯碼。1#芯片只有唯一的地址與其存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)，不存在地址重疊。常用地址譯碼器：2-4譯碼器：74LS1393-8譯碼器：74LS1384-16譯碼器：74LS154部分地址譯碼法

片選線中只有一部分參與譯碼，其余部分懸空。有地址重疊。

一、MCS-51用于存儲(chǔ)器擴(kuò)展的外部總線信號(hào)：P0.0～0.7：8位數(shù)據(jù)和低8位地址信號(hào)復(fù)用；P2.0～2.7：高8位地址信號(hào)；ALE：地址鎖存允許控制信號(hào)；PSEN：片外程序存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)；RD：片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)；WR：片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)控制信號(hào)；EA：片內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)。6-2 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展二、程序存儲(chǔ)器(ROM)擴(kuò)展：

8031擴(kuò)展32KBEPROMIntel27256

常用EPROM芯片：Intel2716(2K×8位)、2732(4KB)、2764(8KB)、27128(16KB)、27256(32KB)、27512(64KB)。三、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)擴(kuò)展：常用RAM芯片：Intel6116(2KB)、6264(8KB)、62256(32KB)。

8031擴(kuò)展8KBRAMIntel6264四、程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展：?jiǎn)纹瑱C(jī)連接8KBEPROM2764、8KBRAM6264各一片。單片機(jī)通常通過(guò)P0口和P2口構(gòu)成數(shù)據(jù)、地址總線，擴(kuò)展EPROM、RAM或其它功能芯片。這樣一來(lái)，只有剩下的P1口和部分P3口可提供給用戶用作I/O口。因此，在大部分的MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都需要進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展。6-4 并行接口的擴(kuò)展并行接口的擴(kuò)展6-4-2可編程并行I/O擴(kuò)展接口8255A

1.數(shù)據(jù)總線（D7～D0）傳送CPU與8255A之間的數(shù)據(jù)、控制字和狀態(tài)字。2.控制總線（6條）CS：片選線A1和A0：口選線，用于尋址A口、B口、C口以及控制口寄存器中的一個(gè)。RD和WR：二者必須相反，控制CPU與8255A之間數(shù)據(jù)的傳送和流向。RESET：高電平復(fù)位，使內(nèi)部寄存器全部清零。3.并行I/O總線（PA7～PA0、PB7～PB0、PC7～PC0）傳送8255A與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)，其中的PC7～PC0還可用作聯(lián)絡(luò)線。4.電源線（2條）一、8255A的引腳功能二、8255A的芯片結(jié)構(gòu)1.數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器（與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連）2.并行I/O端口（A口、B口和C口）A口：由一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器組成?？稍O(shè)定為8位輸入或輸出，或雙向輸入/輸出方式。B口：由一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器(輸入不鎖存，不可工作在方式2)組成?？稍O(shè)定為8位輸入或輸出方式，但不能設(shè)定為雙向輸入/輸出方式。C口：由一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器(輸入不鎖存)組成。在方式1和方式2下，分為兩個(gè)4位口使用：高四位屬于A口，傳送A口上外設(shè)的控制/狀態(tài)信息，低四位屬于B口，傳送B口上所需的控制/狀態(tài)信息。3.讀/寫(xiě)控制邏輯CS：8255A的片選引腳端；RD：讀控制端。為0時(shí)，允許單片機(jī)從8255A讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)字；WR：寫(xiě)控制端。為0時(shí)，允許單片機(jī)將數(shù)據(jù)或控制字寫(xiě)入8255A；A1、A0：口地址選擇線。通過(guò)A0、A1可選中8255A的四個(gè)寄存器?？诘刂愤x擇如下：A1A0寄存器00寄存器A（A口）01寄存器B（B口）10寄存器C（C口）11控制字寄存器（控制口）RESET：復(fù)位控制端。為1時(shí)，8255A復(fù)位。復(fù)位狀態(tài)：控制字寄存器被清零。

4.A組和B組控制塊每個(gè)控制塊接收來(lái)自讀/寫(xiě)控制邏輯的命令和內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的控制字，并向?qū)?yīng)口發(fā)出適當(dāng)?shù)拿?。A組控制塊控制A口及C口的高4位。B組控制塊控制B口及C口的低4位。

三、8255A的控制字8255A有兩種控制字，即方式控制字和PC口位置位/復(fù)位控制字。

四、8255A的操作方式

(1)方式0（基本I/O方式）

PA、PB、PC可分別被定義為方式0輸入或方式0輸出。輸出具有鎖存功能，輸入沒(méi)有鎖存。適用于無(wú)條件傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備，如讀一組開(kāi)關(guān)狀態(tài)、控制一組指示燈，不使用應(yīng)答信號(hào)，CPU可以隨時(shí)讀出開(kāi)關(guān)狀態(tài)，隨時(shí)把一組數(shù)據(jù)送指示燈顯示。如：令A(yù)口和C口高四位工作在方式0輸出方式，B口和C口低四位工作在方式0輸入方式。MOVR0,#0FBH;控制字寄存器地址MOVA,#83H；方式控制字MOVX@R0,A（2）方式1（應(yīng)答I/O方式）有選通輸入和選通輸出兩種工作方式。

A口和B口皆可獨(dú)立地設(shè)置成這種工作方式，在方式1下，A口和B口通常用于傳送和它們相連外設(shè)的I/O數(shù)據(jù)，C口用作A口和B口的握手聯(lián)絡(luò)線，以實(shí)現(xiàn)中斷方式傳送I/O數(shù)據(jù)。方式1輸入

STB:設(shè)備的選通信號(hào)輸入線，低電平有效,通常是外設(shè)給8255A的信號(hào)，表示外設(shè)給8255的數(shù)據(jù)已到達(dá)引腳。IBF：端口鎖存器滿標(biāo)志輸出線，高電平有效。通知外設(shè)數(shù)據(jù)已從引腳取入鎖存器中。INTE：8255A端口內(nèi)部的中斷允許觸發(fā)器?！?”表示中斷允許（手動(dòng)設(shè)置）。INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)線，高電平有效。當(dāng)STB、IBF、INTE都為”1”時(shí)，INTR就置“1”。方式1輸出

：輸出鎖存器滿狀態(tài)標(biāo)志輸出線。表示CPU已將數(shù)據(jù)輸出到此端口。：設(shè)備響應(yīng)信號(hào)輸入線。表示外設(shè)已取走數(shù)據(jù)。

INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出線，高電平有效。當(dāng)、和INTE都為”1”時(shí)，INTR被置“1”,發(fā)出中斷請(qǐng)求。（3）方式2（雙向選通I/O方式）

方式2僅對(duì)PA口有意義。方式2使PA口成為8位雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線口，既可發(fā)送數(shù)據(jù)又可接收數(shù)據(jù)。PA口方式2工作時(shí)，PB口仍可作方式0和方式1I/O口，PC口高5位作狀態(tài)控制線。

五、8255A編程規(guī)定

初始化編程：往控制口寫(xiě)入控制字，確定8255A工作方式。

方式控制字：D7=1；C口位置位/復(fù)位控制字：D7=0。

例：8255A的A口以方式0輸出單片機(jī)的片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)，B口以方式1輸入…(設(shè)控制口的口地址為7F03H) PIOS： MOVDPTR，#7F03H；控制口口地址 MOVA，#86H ；寫(xiě)工作方式控制字 MOVX @DPTR，A MOVDPTR，#7F00H；A口口地址 MOVA，@R0 ；取片內(nèi)RAM的數(shù)據(jù) MOVX @DPTR，A ；由A口輸出 …例6-4

8255A采用方式1工作，CPU采用中斷方式控制打印機(jī)把內(nèi)部RAM中30H開(kāi)始的32個(gè)單元的內(nèi)容經(jīng)B口輸出打印。主程序：MAIN：MOV8，#30H；RAM首址→1區(qū)R0MOV0FH，#20H；長(zhǎng)度→1區(qū)R7SETBEA；開(kāi)中斷

SETBEX1；允許外中斷，電平觸發(fā)方式MOVDPTR，#7FFFH；將8255A的PC2（即INTEB）置“1”MOVA，＃05HMOVX@DPTR，A；MOVA，#0BCH；寫(xiě)方式控制字(B口方式1輸出)MOVX@DPTR，AMOVDPTR，#7FFDH；從PB口輸出第一個(gè)數(shù)據(jù)打印MOVA，30HMOVX@DPTR，A

INC8；RAM指針加1DEC0FH；長(zhǎng)度減1…；執(zhí)行其它任務(wù)

外部中斷1服務(wù)程序：PINT1：PUSHACC；現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)（A、DPTR等進(jìn)棧）PUSHDPHPUSHDPLPUSHPSWMOVPSW，#8；當(dāng)前工作寄存器區(qū)切換到1區(qū)MOVA，@R0；從B口輸出下一個(gè)數(shù)據(jù)打印MOVDPTR，#7FFDHMOVX@DPTR，AINCR0；修改指針DJNZR7，BACKCLREX1；長(zhǎng)度為0，關(guān)中斷返回SETBF0；置打印結(jié)束標(biāo)志位F0BACK：POPPSW；現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)（DPTR、A等退棧）POPDPLPOPDPHPOPACCRETI6-5 D/A接口的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的功能部件稱(chēng)為D/A轉(zhuǎn)換器，衡量D/A轉(zhuǎn)換器性能的主要參數(shù)有：

分辨率：即輸出的模擬量的最小變化量，n位的D/A轉(zhuǎn)換器分辨率為2-n；滿刻度誤差：即輸入為全1時(shí)輸出電壓與其理想值之間的誤差，一般為2-(n+1)；輸出范圍；轉(zhuǎn)換時(shí)間：指從轉(zhuǎn)換器的輸入改變到輸出穩(wěn)定的時(shí)間間隔；是否容易和CPU連接。

6-5-1梯形電阻式D/A轉(zhuǎn)換原理：“按權(quán)展開(kāi)，然后相加”

根據(jù)以上的分析計(jì)算，可推理得到n位二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換表達(dá)式：其中D為n位二進(jìn)制數(shù)的和，因此，電流和二進(jìn)制數(shù)成線性關(guān)系。運(yùn)算放大器的輸出電壓為：DAC0832是美國(guó)數(shù)據(jù)公司的8位D/A，片內(nèi)帶數(shù)據(jù)鎖存器，電流輸出，輸出電流穩(wěn)定時(shí)間為1us。+5V~+15V單電源供電，功耗為20mW。

6-5-2DAC08321.DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制線（5條）ILE：

數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；

CS：片選片信號(hào)輸入線，低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫(xiě)選通輸入線，負(fù)脈沖有效；WR2：DAC寄存器寫(xiě)選通輸入線，負(fù)脈沖有效；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效；

輸出線（3條）:IOUT1：電流輸出線，當(dāng)DAC寄存器為全1時(shí)IOUT1最大；IOUT2：電流輸出線，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：

反饋信號(hào)輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度。

2.DAC0832的工作方式直通方式：使所有控制信號(hào)（CS、WR1、WR2、ILE、XFER）均有效，常用于不帶微機(jī)的控制系統(tǒng)；

單緩沖方式：只使一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器有效，適用于一路模擬量輸出或幾路模擬量非同步輸出；

雙緩沖方式：輸入寄存器和DAC寄存器各自分配有地址，可分別選通后同時(shí)輸出多路模擬信號(hào)，適用于多個(gè)DAC0832同時(shí)輸出。1.DAC用作單極性電壓輸出

Vout＝－D×Vref/256

D＝D7×27+D6×26+…+D0×203.DAC的應(yīng)用-電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出

2.DAC用作雙極性電壓輸出列方程：I1+I2+I3=0I1=Va/R，I2=Vout

/2R，I3=Vref/2RVa＝－D×Vref/256解得：

Vout=(D－128)×Vref/128只有一路模擬量輸出的MCS-51系統(tǒng)例：D/A轉(zhuǎn)換程序：用DAC0832輸出0～5V鋸齒波，電路為單緩沖方式（設(shè)VREF=-5V，DAC0832地址為7FFFH，脈沖周期要求為100ms）。100msDACS：MOVDPTR，#7FFFH；0832I/O地址 MOVA，#0 ；開(kāi)始輸出0VDACL：MOVX @DPTR，A ；輸出模擬量 ACALL DELAY ；延時(shí)100ms/256

INCA ；升壓

AJMP DACL ；連續(xù)輸出DELAY：… ；延時(shí)子程序+5V0V例：D/A轉(zhuǎn)換程序，用DAC0832輸出-1～-5V方波，電路為單緩沖方式。設(shè)VREF=5V，DAC0832地址為7FFFH。解：ORG1000HSTART：MOVDPTR，#7FFFHLOOP：MOVA，#33H；(等于10進(jìn)制的51)MOVX@DPTR，A；置上限電平ACALLDELAY；形成方波頂寬MOVA，#0FFH

MOVX@DPTR，A；置下限電平ACALLDELAY；形成方波底寬SJMPLOOP；循環(huán)DELAY：…-1V-5VA/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。模擬量可是電壓、電流等電信號(hào)，也可是聲、光、壓力和溫度等隨時(shí)間連續(xù)變化的非電物理量。非電物理量可通過(guò)合適的傳感器等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，模擬量只有轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被計(jì)算機(jī)采集、分析和計(jì)算處理。6-6A/D接口的擴(kuò)展

A/D轉(zhuǎn)換的種類(lèi)計(jì)數(shù)器式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度很慢；雙積分式：抗干擾能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換速度低；逐次逼近式：轉(zhuǎn)換速度較快；并行轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換速度最快，但因結(jié)構(gòu)復(fù)雜而造價(jià)較高?？刂齐娐废仁埂癗位寄存器”中最高位置1，其余位清零，“N位D/A轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)”根據(jù)“N位寄存器”中的內(nèi)容產(chǎn)生一個(gè)比較電壓Vs（為滿量程的一半），并將其與Vx比較，若Vx>Vs,則“N位寄存器”中最高位的“1”保留，表示Vx比滿量程的一半還大，否則置“0”。然后控制電路依次對(duì)N-1,N-2,…,1位重復(fù)上述比較過(guò)程，就可使“N位寄存器”中得到與模擬量Vx相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理:衡量A/D性能的主要參數(shù)：分辨率：即輸出的數(shù)字量最低位變化一位所對(duì)應(yīng)的輸入模擬量的變化值；滿刻度誤差：即輸出全1時(shí)輸入電壓與其理想輸入量之差；轉(zhuǎn)換速率；轉(zhuǎn)換精度；是否可方便地和CPU連接。6-6-2集成A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809/0808為8路8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可分時(shí)轉(zhuǎn)換8路模擬信號(hào)。ADC0809由一個(gè)8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、8路模擬量轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、3-8地址鎖存譯碼器和三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。ADC0809的引腳功能IN0~IN7：8路模擬量輸入通道；D7~D0：8位三態(tài)數(shù)據(jù)輸出線；A、B、C：通道選擇輸入線；ALE：通道鎖存控制信號(hào)輸入線；START：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)輸入線；CLK：轉(zhuǎn)換時(shí)鐘輸入線，典型值為640KHz，超過(guò)該頻率，轉(zhuǎn)換精度會(huì)下降；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出線，高電平有效；OE：輸出允許控制信號(hào)輸入線，OE為高電平時(shí)把轉(zhuǎn)換結(jié)果送數(shù)據(jù)線D7~D0，OE為低電平時(shí)D7~D0浮空；ADC0809時(shí)鐘信號(hào)的確定ADC0809時(shí)鐘信號(hào)由8031的ALE信號(hào)提供，8031的ALE引腳通常是每個(gè)機(jī)器周期出現(xiàn)兩次，故它的頻率是單片機(jī)振蕩頻率的1/6。若8031的主頻是6MHz，則ALE信號(hào)頻率是1MHz，若使ALE上信號(hào)二分頻后接ADC0809的CLK端，則可獲得500KHz的A/D轉(zhuǎn)換脈沖。1.啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換（3種啟動(dòng)方式對(duì)應(yīng)3種硬件連接方法）1）ADDA，ADDB，ADDC分別接地址鎖存器提供地址的低3位，指向IN7通道的相應(yīng)程序指令為：MOVDPTR，#0EFF7H；指向A/D轉(zhuǎn)換器和模擬通道IN7地址MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，A中可以是任意值

MCS-51單片機(jī)與ADC0809的接口方法2）ADDA，ADDB，ADDC分別接數(shù)據(jù)線中的低3位，則指向IN7通道的相應(yīng)程序指令為：MOVDPH，#0E0H ；送A/D轉(zhuǎn)換器端口地址MOVA，#07H ；IN7地址送AMOVX@DPTR，A ；送地址并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換3）ADDA，ADDB，ADDC分別接高8位地址中的低3位，則指向IN7通道的相應(yīng)程序指令為：MOVDPTR，#0E700HMOVX@DPTR，A1）無(wú)條件傳送方式

轉(zhuǎn)換時(shí)間是轉(zhuǎn)換器的一項(xiàng)已知和固定的技術(shù)指標(biāo)。例如：ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128s，可在A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后，調(diào)用一個(gè)延時(shí)足夠長(zhǎng)的子程序，規(guī)定時(shí)間到，轉(zhuǎn)換也肯定已經(jīng)完成。2）查詢(xún)方式

ADC0809的EOC端出現(xiàn)高電平，表明A/D轉(zhuǎn)換完成。查詢(xún)測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確知轉(zhuǎn)換是否完成。需注意從ADC0809復(fù)位到EOC變低約需10s時(shí)間，查詢(xún)時(shí)應(yīng)首先確定EOC先變低，再變高，才說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換完成。3）中斷方式

把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。2.確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換完成3.轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送例6-6如圖6-40a電路中，對(duì)IN0~IN7上模擬電壓巡回采集一遍數(shù)字量,并送入內(nèi)部RAM以50H為始址的輸入緩沖區(qū)的有關(guān)程序如下：ORG0000HSTMPMA1NORG0013HLJMPP1NT1MAIN：MOV10H，#50H；輸入數(shù)據(jù)區(qū)首址送工作寄存器2區(qū)R0MOV12H，#0