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第8章 单片机小系统及片外扩展 89S51单片机芯片内集成的片内存储器的容量、并行I/O端口、定时器等内部资源都还是有限的。根据实际需要，89S51单片机可以很方便地进行功能扩展。片外扩展有串行扩展和并行扩展方式。 扩展应尽量采用串行扩展方案。通过SPI或I2C总线扩展E2PROM、A/D、D/A、显示器、看门狗、时钟等芯片，占用MCU的I/O口线少，编程也方便。 第8章 单片机小系统及片外扩展 §8.1 串行扩展总线接口技术 §8.2 并行扩展三总线的产生 §8.3 扩展程序存储器 §8.4 扩展数据存储器 §8.5 简单并行I/O扩展§8.6 可编程I/O接口扩展 §8.7 思考题与习题 §8.1 串行扩展总线接口技术 89S51除芯片自身具有UART可用于串行扩展I/O口线以外，还可利用89S51的3～4根I/O口线进行SPI或I2C的外设芯片扩展，以及单总线的扩展。 §8.1.1 SPI串行外设接口总线 SPI (Serial Peripheral Interface—串行外设接口）总线是Motorola公司推出的一种同步串行外设接口，它用于MCU与各种外围设备以串行方式进行通信，系统可配置为主或从操作模式。 外围设备包括简单的TTL移位寄存器（用作并行输入或输出口）至复杂的LCD显示驱动器或A/D转换器等。 1、SPI总线系统的组成 SPI系统只需4条线： 串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线CS(SS）。 在SPI接口中，数据的传输只需要1个时钟信号和2条数据线。由于SPI系统总线只需3～4位数据线和控制线即可扩展具有SPI的各种I/O器件，而并行总线扩展方法需8根数据线、8～16位地址线、2～3位控制线，因而SPI总线的使用可以简化电路设计，省掉了很多常规电路中的接口器件，提高了设计的可靠性。 SPI总线系统典型结构示意图 SPI总线有以下主要特性： 全双工、3线同步传输；主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。 2、 89S51单片机串行扩展SPI外设接口的方法 1） 用一般I/O口线模拟SPI操作 对于没有SPI接口的89S51来说，可使用软件来模拟SPI的操作，包括串行时钟、数据输入和输出。 2）利用89S51串行口实现SPI操作 单片机应用系统中，最常用的功能无非是开关量I/O、A/D、D/A、时钟、显示及打印功能等等。利用单片机串口可与多个串行I/O接口芯片进行接口。如：串行LED显示接口MAX7219与单片的连接。 串行接口芯片的一般接口规律 当芯片未选中时，数据端口均处于高阻状态； 与单片机交换信息时均要求单片机串行口以方式0进行； 传输数据时的帧格式一般要求先传送命令/地址，再传送数据； §8.1.2 I2C总线 I2C总线是PHILIPS公司推出的串行总线。I2C总线的应用非常广泛，在很多器件上都配备有I2C总线接口。 §8.2 并行扩展三总线的产生 片外三总线结构 1 地址总线 ----用于传送单片机送出的地址信号 　　　 P0口为低8位地址总线，使用一个8位的数据锁存器来锁定低8位地址信号； 　　　 P2口为高8位地址总线。 2 数据总线 -----用于单片机与存储器之间或单片机和I/O之间数据传送 P0口做为低8位地址和数据复用总线。 3 控制总线 -----单片机发出的用于控制片外RAM,ROM和I/O口读/写操作的一组控制线。 (1)使用ALE作地址锁存的选通信号,以实现低8位地址锁存。 (2)以PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号。 (3)以EA信号作为内外存储器的选择信号。 (4)以RD和WR作为扩展RAM和I/O的读写选通信号。 具有三态功能的8D锁存器 /OE：三态控制。 低电平：允许数据输出，三态门通； 高电平：三态门关闭，输出高阻。 G：数据锁存控制。 高电平时，输出随输入变化； 低电平时，Q端将被锁存（低电平锁存）。 §8.3 扩展程序存储器 §8.3.1 访问片外程序存储器的操作时序 1、 访问片外程序存储器的控制信号 (1)使用ALE作地址锁存的选通信号,以实现低8位地址锁存 (2)以PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号,接OE端 (3)以EA信号作为内外存储器的选择信号 2 、操作