單片機(匯編)-第8章

第8章編輯課件第8章

80C51串行擴展技術

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 ☆

80C51I/O虛擬串行接口 ☆

I2C總線串行擴展技術 ☆

I2C總線擴展I/O口通用器件PCF8574 ☆虛擬I2C總線擴展AT24CXX系列E2PROM編輯課件§8-1串行擴展概述一、串行擴展特點⑴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。⑵簡化連接線路，縮小印板面積。⑶擴展性好，可簡化系統(tǒng)的設計。⑷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。

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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）。編輯課件2、二線制二線制的典型代表為philips公司推出的I2C總線（IntelIntegratedCircuitBUS）。

編輯課件3、三線制三線制（不包括片選線）主要有兩種：⑴由Motorala公司推出的SPI（SerialperipheralInterface）；⑵由NS公司推出的Microwire/PLUS。

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SPI的時鐘線是SCK，數(shù)據(jù)線MOSI（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。Microwire/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MCUI/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）。編輯課件

4、80C51移位寄存器串行擴展80C51的UART(UniversalAsynohronousReceiver/Transmitter)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。編輯課件

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。編輯課件

§8-280C51移位寄存器串行擴展技術一、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)。編輯課件

1、80C51擴展并行輸出口

74LS164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。編輯課件

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。編輯課件

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所有應用操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)。應用時，只要設置相應的入口和出口，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：⑴單字節(jié)串行輸出子程序⑵單字節(jié)串行輸入子程序⑶多字節(jié)串行輸出子程序⑷多字節(jié)串行輸入子程序編輯課件

三、80C51I/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，設為VRXD和VTXD。80C51虛擬串行I/O口歸一化子程序：⑴單字節(jié)虛擬串行輸出子程序⑵單字節(jié)虛擬串行輸入子程序⑶多字節(jié)虛擬串行輸出子程序⑷多字節(jié)虛擬串行輸入子程序編輯課件四、移位寄存器串行擴展應用80C51移位寄存器串行擴展應用，只需根據(jù)標準化的電路形式連接，設置好入口條件，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，即可完成擴展應用.編輯課件

【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)。設串行方式0歸一化子程序已存在ROM中。編輯課件

解： PIOX1BITP1.0;定義PIOX1WORK:MOVA,#10000000B;置D7燈亮,其余暗LOOP:CLRPIOX1;74LS164輸出全0,燈全暗LCALLUART0;調(diào)用單字節(jié)串行輸出子程序LCALLDLY1s;調(diào)用延時1秒子程序(略)RRA;右移SJMPLOOP;編輯課件

【例8-2】電路如圖8-6所示，fosc=12MHz，要求每隔10ms，檢測鍵K0～K7狀態(tài)，并存入內(nèi)RAM2FH。設虛擬串行接口歸一化子程序已存在ROM中。編輯課件

解：ORG0000H;復位地址LJMPSTAT;轉(zhuǎn)初始化程序ORG000BH;T0中斷入口地址LJMPIT0;轉(zhuǎn)T0中斷服務子程序VRXDBITP1.0;P1.0虛擬RXDVTXDBITP1.1;P1.1虛擬TXDPIOX2BITP1.2;P1.2虛擬PIOX2ORG0100H;初始化程序首地址STAT:MOVTMOD,#01H;置T0定時器方式1MOVTH0,#0D8H;置T0定時初值10msMOVTL0,#0F0H;SETBTR0;啟動T0SETBET0;T0開中SETBEA;CPU開中LJMPWORK;轉(zhuǎn)主程序并等待T0中斷ORG1000H;T0中斷服務子程序首地址IT0:MOVTH0,#0D8H;重置T0定時初值10msMOVTL0,#0F0H;PUSHAcc;保護現(xiàn)場PUSHPSW;INPUT:LCALLVUARTI;調(diào)用虛擬串行輸入子程序MOV2FH,A;存鍵K0～K7狀態(tài)數(shù)據(jù)POPPSW;恢復現(xiàn)場POPAcc;RETI;編輯課件§8-3I2C總線串行擴展技術一、I2C總線串行擴展概述1、擴展連接方式

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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。編輯課件

2、器件尋址方式具有I2C總線結(jié)構(gòu)的器件在器件出廠時已經(jīng)給定了器件的地址編碼。

I2C總線器件地址SLA格式如下：⑴DA3～DA04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，用戶不能自行設置。⑵A2A1A03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)。⑶R/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）。編輯課件

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5～10KΩ。4、總線驅(qū)動能力由于I2C總線器件均為CMOS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400pF（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400Kb/s）。編輯課件5、I2C總線時序一次完整的數(shù)據(jù)傳送過程應包括：起始（S）、發(fā)送尋址字節(jié)（SLAR/W）、應答、發(fā)送數(shù)據(jù)、應答、…、發(fā)送數(shù)據(jù)、應答、終止（P）。編輯課件

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。編輯課件

1、典型信號模擬子程序?qū)τ谔摂MI2C總線，有幾個重復應用的典型信號，可根據(jù)I2C總線時序要求，編制這些典型信號子程序：⑴啟動信號STAT⑵終止信號STOP⑶發(fā)送應答位(A)MACK⑷發(fā)送應答非位(A)NACK⑸檢查應答位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用典型信號模擬子程序（起始、終止、應答和檢查應答）并按I2C總線數(shù)據(jù)傳送時序要求編制的子程序。⑴發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序WR1B⑵接收一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序RD1B⑶發(fā)送N個字節(jié)數(shù)據(jù)子程序WRNB⑷接收N個字節(jié)數(shù)據(jù)子程序RDNB

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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)送過程應包括起始（S）、發(fā)送尋址字節(jié)（SLAR/W）、應答、發(fā)送數(shù)據(jù)、應答、…、發(fā)送數(shù)據(jù)、應答、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：①偽指令定義NUMB、SLA、MTD單元地址；②發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)存內(nèi)RAMNUMB單元；③發(fā)送尋址字節(jié)存內(nèi)RAMSLA單元；④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。編輯課件WRNB:MOVR3,NUMB;取發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)N(存在內(nèi)RAMNUMB單元)WRNB0:LCALLSTAT;啟動I2C總線MOVA,SLA;讀發(fā)送尋址字節(jié)(存在內(nèi)RAMSLA單元)LCALLWR1B;發(fā)送尋址字節(jié)LCALLCACK;檢查應答位JBF0,WRNB0;應答不正常,返回重發(fā)MOVR1,#MTD;應答(A)正常,取發(fā)送數(shù)據(jù)存儲區(qū)首址WRDA:MOVA,@R1;讀一個字節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)LCALLWR1B;發(fā)送一個字節(jié)LCALLCACK;檢查應答位JBF0,WRNB;應答不正常,返回重發(fā)INCR1;應答(A)正常,指向發(fā)送數(shù)據(jù)下一字節(jié)DJNZR3,WRDA;判N個數(shù)據(jù)發(fā)送完畢否?未完繼續(xù)LCALLSTOP;N個數(shù)據(jù)發(fā)送完畢,發(fā)送結(jié)束信號RET;編輯課件

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：①偽指令定義NUMB、SLA、MRD地址；②接收數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)存內(nèi)RAMNUMB單元；③接收尋址字節(jié)存內(nèi)RAMSLA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。編輯課件

RDNB:MOVR3,NUMB;取接收數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)N(存在內(nèi)RAMNUMB單元)RDNB0:LCALLSTAT;啟動I2C總線MOVA,SLA;讀接收尋址字節(jié)(存在內(nèi)RAMSLA單元)LCALLWR1B;發(fā)送接收尋址字節(jié)LCALLCACK;檢查應答位JBF0,RDNB0;應答不正常,返回重新開始RDA0:MOVR1,#MRD;應答(A)正常,取接收數(shù)據(jù)存儲區(qū)首址RDA1:LCALLRD1B;接收一個字節(jié)數(shù)據(jù)MOV@R1,A;存一個字節(jié)數(shù)據(jù)DJNZR3,ACK;判N個數(shù)據(jù)接收完畢否?未完轉(zhuǎn)發(fā)送應答位LCALLNACK;N個數(shù)據(jù)接收完畢,發(fā)送應答非位(A)LCALLSTOP;發(fā)送終止信號RET;子程序結(jié)束返回ACK:LCALLMACK;發(fā)送應答位(A)INCR1;指向下一接收數(shù)據(jù)存儲單元地址SJMPRDA1;轉(zhuǎn)接收下一字節(jié)數(shù)據(jù)編輯課件

3、虛擬I2C總線軟件包VIIC小結(jié)⑴VIIC軟件包共有9個歸一化子程序組成。⑵VIIC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fosc≤6MHz，若fosc＞6MHz，則應相應調(diào)整NOP指令個數(shù)，以滿足I2C總線數(shù)據(jù)傳送時序要求。⑶VIIC軟件包可嵌入到80C51ROM中任一空間，作為I2C總線擴展應用程序設計的軟件支持平臺。⑷在應用VIIC軟件包初始化中，應對軟件包中標記符號用偽指令定義。⑸VIIC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，應采取保護現(xiàn)場措施，在調(diào)用結(jié)束后恢復現(xiàn)場。

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§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。A2～A0：地址引腳；P0～P7：8位準雙向I/O口，驅(qū)動能力IOL=25mA，IOH＜300A；SDA、SCL ：I2C總線接口；INT：中斷請求輸出，低電平有效，開漏輸出；