第8章单片机小系统及片外扩展ppt课件.ppt

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1、第8章单片机小系统及片外扩展89C51单片机芯片内集成了计算机的基本功能部件，已具备了很强的功能。一块芯片就是一个完整的最小微机系统，但片内存储器的容量、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，89C51单片机可以很方便地进行功能扩展。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扩展数据存储器8.4思考题与习题8.1串行扩展总线接口技术89C51除芯片自身具

2、有UART可用于串行扩展I/O口线以外，还可利用89C51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。8.1.1SPI串行外设接口总线SPI(SerialPeripheralInterface——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（8位数据同时同步地被发送和接收），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。SPI系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，它只需4条线：

3、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。1.SPI总线系统的组成图8-1是SPI总线系统典型结构示意图。图8-1SPI外围扩展示意图单片机与外围扩展器件在时钟线SCK、数据线MOSI和MISO

4、上都是同名端相连。带SPI接口的外围器件都有片选端CS。在扩展多个SPI外围器件（如图8-1所示）时，单片机应分别通过I/O口线来分时选通外围器件。当SPI接口上有多个SPI接口的单片机时，应区别其主从地位，在某一时刻只能由一个单片机为主器件。图8-1中MCU（主）为主器件，MCU（从）为从器件。SPI有较高的数据传送速度，主机方式最高速率可达1.05Mb/s，目前不少外围器件都带有SPI接口。在大多数应用场合中，使用1个MCU作为主机，控制数据向1个或多个从外围器件的传送。从器件只能在主机发命令时,才能接收或向主机传送数据。其数据的传输格式是高位（MSB）在前，低

5、位(LSB）在后。当SPI工作时，在移位寄存器中的数据逐位从输出引脚（MOSI）输出（高位在前），同时从输入引脚（MISO）接收的数据逐位移到移位寄存器（高位在前）。发送一字节后，从另一个外围器件接收的字节数据进入移位寄存器中。主SPI的时钟信号（SCK）使传输同步。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。其典型时序图如图8-2所示。图8-2SPI串行总线典型时序图2.89C51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89C51来

6、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。对于不同的串行接口外围芯片，它们的时钟时序是不同的。对于在SCK的上升沿输入（接收）数据和在下降沿输出（发送）数据的器件，一般应取图8-3中的串行时钟输出P1.1的初始状态为1；在允许接口芯片后，置P1.1为0。因此，MCU输出1位SCK时钟，同时，使接口芯片串行左移，从而输出1位数据至89C51的P1.3(模拟MCU的MISO线）；再置P1.1为1，使89C51从P1.0输出1位数据（先为高位）至串行接口芯片。至此，模拟1位数据输入/输出完成。以后再置P1.1为0，模拟下一位的输入/输出……依次循环8

7、次，可完成1次通过SPI传输1字节的操作。对于在SCK的下降沿输入数据和上升沿输出数据的器件，则应取串行时钟输出的初始状态为0，在接口芯片允许时，先置P1.1为1，此时，外围接口芯片输出1位数据（MCU接收1位数据）；再置时钟为0，外围接口芯片接收1位数据（MCU发送1位数据），可完成1位数据的传送。图8-3为89C51（MCU）与MCM2814（E2PROM）的硬件连接图。图8-3SPI总线接口原理图图8-3中，P1.0模拟MCU的数据输出端（MOSI），P1.1模拟SPI的SCK输出端，P1.2模拟SPI的从机选择端，P1.3模拟SPI的数据输入端（MISO