单片机系统扩展及应用精要.ppt

大连理工大学 电信学院 陈育斌 第四章 单片机系统扩展及应用 本章内容： 系统扩展的三种方式： 最小系统； 总线扩展系统； 串行口扩展系统。 总线扩展系统中的 MOVX 指令分析； 常用的外围模块与单片机的接口及编程。 本 章 目 录 4.1 单片机的系统扩展 4.1.1 外部程序存储器ROM的扩展 4.1.2 数据存储器RAM的扩展 4.1.3 使用串行口扩展I/O端口 4.2 专用并行输入、输出接口芯片的扩展电路 4.3 MCS-51与A/D转换器的接口 4.4 MCS-51与A/D转换器的接口 4.5 动态数码显示及键盘扫描电路 4.6 单片机的监控电路 ---- 看门狗电路 4.1 单片机的系统扩展 单片机与外围器件进行连接以实现特定的功能，我们将此称之为系统扩展； 从硬件的角度可将扩展分为： 最小扩展系统； 三总线结构的总线扩展系统； 串行口扩展系统。 不同的扩展方式具有不同的特点和适用场合。 （一）最小扩展系统 外围器件直接与单片机的I/O端口连接，实现数据交换。 特点： 硬件连接简单。适用于外部器件较少的场合。 软件编程时，数据信息使用与端口相关的MOV指令即可实现交换；控制信号可使用相关的“位操作”指令实现。 由8个按键、8个LED灯构成的最小I/O系统 系统功能：将P1口的8个按键值输入，取反后经P0口输出； 指令如下： MOV P1,#0FFH MOV A ,P1 CPL A MOV P0 ,A 【分析】第1、3条指令的作用。 思考题：设计一个4路抢答器并编程 设 计 要 求 原始状态LED0～LED3熄灭； 当K0～K3有按键操作时，对应位置的LED点亮并延时一段时间； 当K4按下时LED熄灭，程序回到原始状态； 采用中断方式编程。 （二）总线结构的扩展系统 当系统采用外部 RAM、ROM 或：ADC、DAC器件时，采用总线结构是一种减少引线、控制方便的扩展方法； 特点： 硬件，P0口作“数据/低8位地址”复用总线； P2口作“高8位地址”总线； P3.7 作 /RD、P3.6 作 /WR —— “控制” 线； 软件，使用专用的MOVX（或MOVC）指令实现数据交换，利用该指令自动产生的/RD、/WR（/psen）等信号对外围器件进行读写控制。 本章着重介绍、分析总线结构的系统应用与编程。 外8K RAM扩展系统 两种方法的特点和应用场合 最小系统常用于功能比较简单的“专用系统”的设计。如电子抢答器、循环彩灯显示器等。电路结构简单； 总线扩展系统常用于系统使用外部存储器、A/D转换器等外部器件。这些器件的特点是：所使用引脚较多（数据线、地址线和读写及片选控制线等），如果直接采用普通的连接方式会出现单片机的引脚不够用的情况。 在实验室所使用的单片机实验系统就是采用总线扩展的方式结构设计：不但外部RAM、ROM具有其地址，其它的外接的ADC、DAC等专用芯片都以存储单元的形式分配器物理地址。这种结构设计是使系统具有很好的扩展能力。 （三）串行口扩展系统 采用同步串口接口进行系统扩展具有结构简单、可靠性高的特点，因此是现代嵌入式系统设计的方向和发展的主流； 采用具有串行接口的专用外围芯片与单片机进行连接。此类芯片具有引脚少、封装简单、成本低廉等突出的优点，已成为接口器件的主流产品。 采用串行接口的芯片有：RAM、E2PROM、ADC、DAC、LCD驱动器、温度传感器、日历芯片等等； 目前流行的串行接口标准 USART同步串行接口； SPI同步串行接口； I2C总线接口； CAN总线接口； 1-Wire总线接口； USB串行接口等。 MCS-51单片机虽然只有USART同步串行接口，但也可以采用软件模拟的方法模仿SPI等串行接口进行编程； 现在许多新型号的单片机（包括与51兼容的芯片）都具有对应多种串行接口，使单片机的性能得以提高，系统设计更为灵活。 串行接口作系统内部的扩展，已经成为当前系统硬件设计的主流。 本节只着重介绍USART同步串行接口作系统扩展的方法，其它接口只作简单描述。 4.1.1 外部程序存储器ROM的扩展 采用“总线方式”的系统扩展 单片机的P0、P2口作为外电路的数据、地址总线： P0口做为低8位地址和数据复用总线； 　　　 P2口做为高8位地址总线。 单片机的/Psen 作为数据选通信号与外ROM的数据输 出三态控制/OE端连接（参照访问外存储器的时序）； 使用一个8位的数据锁存器来锁定P0口的低八位地址信号，使用单片机的ALE信号作锁存器的锁存控制。 将单片机的引脚/EA接低电平（选择外部ROM）。 具有三态功能的8D锁存器 /L：三态