8位单片机的16位外部总线扩展与应用
发布时间：2006-07-15 00:00 评论：0条阅读：666次发给好友随着电子设计技术的进步和芯片制造工艺水平的提高，16位和32位单片机的使用越来越广泛；但是8位单片机因其制造工艺成熟、价格低廉等特点，仍然在市场上占有相当大的比例，尤其在成本敏感和可靠性要求极高的汽车电子领域，更占有绝对优势。带有外部总线的8位单片机，可以方便地与8位总线设备（如A/D、RAM和CAN总线）相连。随着对传输性能要求的提高，出现了大量的16位总线设备（如网络接口芯片）。8位单片机要与16位总线设备相连接，通常的做法是利用I/O端口来模拟16位总线的读/写时序，数据传输速率较低，且原有的8位设备的传输速率也随之降低，因而限制了8位单片机的使用范围。本文提出一种8位单片机扩展16位外部总线的方法，在不影响原有8位器件的前提下，可实现对16位总线设备的高速存取；最后，介绍了如何利用该方法与IDE硬盘相连接，并应用于车载数据采集系统。
1 8位/16位总线时序分析
1.1 8位单片机总线时序
带有外部总线的8位单片机有很
多，如51系列、AVR系列等，本文以
W77E58为例。W77E58是Winbond公
司推出的增强型51单片机，工作时钟最
高为40 MHz。在同样的时钟频率下，W77E58指令速度是传统51单片机的3倍；另外，W77E58对程序存储器和数据存储器的寻址能力都为64 KB。图1中上半部分为读时序，下半部分为写时序。
图1单片机W77E58的读/写时序
以读数据为例，P0、P2口输出当前地址，ALE的下降沿锁存低8位地址，高8位保持不变；而后，读信号RD使能（低电平），外部设备把数据送到P0口，在RD的上升沿把数据读入单片机。写数据与此类似，不过数据方向相反；同时为保证数据能够正确写入外部设备，单片机在写信号WR使能前把数据送到P0口，WR无效后须保持一定时间。从图1中可以看出，单片机用P0口存取8位数据，P2口仅用于地址输出。
1.2 IDE硬盘总线时序
下面以IDE硬盘为例来分析16位总线时序。图2是IDE硬盘的接口示意图[1]，只标出了与总线有关的信号线：DIOR/DIOW，读/写；DCS0/DCS1，片选；DD0～DD15，16位数据线；DA0～DA2，3位地址线。
图2 IDE硬盘接口
IDE硬盘是典型的16位总线设备。IDE接口有两个片选信号，DCS1用来寻址控制寄存器。默认状态下即可对IDE硬盘进行存取操作，故一般把该信号线直接连到高电平而只使用DCS0。其时序如图3所示。
图3 IDE硬盘读/写时序
读/写周期开始时DIOR和DIOW均处于无效状态，DA0～DA2连接到主机（在这里为单片机）的地址输出。在收到读请求（DIOR使能）后把数据送至数据线上，主机利用DIOR 的上升沿锁存该数据；之后，硬盘控制器延时后释放数据线。在收到写请求时（DIOW使能），则让数据线处于三态（tri?搀tate），等待主机输出数据；最后在DIOW的上升沿把数据写入硬盘控制器，在DIOW上升沿之前，主机需把数据准备好。
对比图1和图3可知，总线时序基本一致，只是在数据线上传输的数据位数不同。但是，主机一条指令完成一个读/写周期，从外部设备到主机的16位数据在指令完成后不再有效；而从主机到外部设备的数据必须在指令完成前准备好。因而要把8位总线扩展成16位总线，必须要同时考虑读/写时数据的锁存问题。
2 16位总线扩展的实现
根据前面对总线时序的分析，采用如图4所示的方法对8位总线进行扩展，使其满足16位总线读/写。主要由以下两部分组成：1片GAL16V8（U5），实现片选信号的译码和其他信号的编码；2片74HC573（U3、U4），实现高8位数据锁存。CS1～CS4是A9～A15的译码输出，可连接4个外部设备。地址范围根据具体设备来设定，假设CS2上连接有16位总线设备：
CS1：0000H～7FFFH；CS2：8000H～83FFH；
CS3：8400H～85FFH；CS4：8600H～87FFH；
CS5：8000H～81FFH，FC00H～FDFFH；
CS6：8200H～83FFH，FE00H～FFFFH；
LE5 = !RD & !CS5，LE6 = !WR & !CS6；
这里“&”表示“与”，“!”表示“非”，即RD和CS5同时有效时，LE5有效; WR和CS6同时有效时，LE6有效。注意：CS5和CS6有一部分地址空间与CS2重合，即选通CS2的同时，也同时会选通CS5或CS6。另外，通过外部设备地址线的连接，使得8000H～81FFH 和8200H～83FFH寻址同一个位置。以图2中的IDE硬盘为例：DA0>A0，DA1>A1，DA2>A2。
图4 具体实现原理
单片机写16位数据时，执行写操作使CS6有效（寻址FE00H～FFFFH），输出高8位数据并锁存到U4；然后执行写操作使CS2有效（寻址8200H～83FFH），P0口上的数据和U4锁存的数据同步输出，形成16位数据D0～D15，从而写入外部设备。
单片机读16位数据时，执行读操作使CS2有效（寻址8000H～81FFH），外部设备的低8位送至P0口，而高8位同时被U3锁存；然后执行读操作使CS5有效（寻址FC00H～FDFFH），U3锁存的数据被送至P0口。
在上面的读/写过程中，虽然对CS2的寻址位置不同（读为8000H～81FFH，写为8200H～83FFH），但由于位置重合，故可对16位外部设备正确读/写。另外，如果单片机寻址连接到CS1、CS3、CS4上的8位设备，则由于U3和U4没有选通，对其操作没有任何影响。
从上面的实现可以看出，扩展后的16位外部总线与外部设备进行数据交互时只增加一条指令。本方法与常规的端口模拟方法的比较结果如表1所列。从表中可以看出，采用本方法后，传输速率是常规方法的3倍。
表1 不同方法16位总线速度对比（fosc=33 MHz）
另外，上述扩展方法还可以进一步引申：①若有未使用的I/O口（如W77E58的P1口），则可用来直接输出高8位数据，从而可以去掉图4中的U4；②若对成本不太敏感，则可把图4中的逻辑器件用CPLD实现，从而使设计更为灵活，布线更为方便，结构更为紧凑，基本实现原理仍然如图4所示。
3 在车载数据采集系统中的应用
8位单片机扩展16位外部总线的方法已应用于车载数据采集系统，图5为该系统的原理框图。汽车厂商在开发新车型或者关键零部件升级时，必须经过样品试制、产品鉴定、小批试制和大批生产等必要阶段。在每个阶段中，都伴随着大量的可靠性试验，车载数据采集系统正是为这些试验而设计的。鉴于其特殊的使用条件，必须满足如下基本要求：能够进行连续、长时间数据采集，时间有可能是几天或者一个月；因为有可能很多台车辆的试验同时进行，因而要求系统成本低且安全可靠；具有CAN总线数据采集接口。在图5中，8位
单片机上挂有3个8位总线器件（USB Slave器件、RAM和CAN总线器件）和1个16位总线接口设备（IDE硬盘）。
图5 车载数据采集系统原理框图
单片机采用前面提到的W77E58；为保证较高的数据传输速率，便于与外部串口设备（LCM显示屏）通信，外部晶振频率使用33 MHz。
USB Slave器件采用PDIUSBD12，使用模块化的方法实现一个USB接口。本次设计通过该器件把IDE硬盘映射成为一个可移动硬盘，从而实现了大容量存储类（Mass Storage Class）。
RAM采用HY62WT08081E。该器件提供32 KB的数据空间，用于数据采集以及FAT32文件系统操作的缓存。
CAN总线接口器件采用SJA1000+TLE6250的组合。SJA1000是独立的CAN控制器，用于汽车和工业环境中的控制器局域网络；TLE6250是针对汽车环境设计的CAN收发器。
IDE硬盘使用经过防震处理的工业用硬盘，也可使用CF卡加IDE转接线的方式。
图6为车载数据采集系统的简要软件流程图。考虑到USB端口和CAN总线上的数据一般不会同时向系统发出请求，故软件采用查询方式工作。主要包括以下几部分：主流程、USB协议实现[2]、CAN总线数据[3]和其他车辆状态信号采集，以及FAT32协议实现。
图6 车载数据采集系统简要软件流程图
4 小结
本设计在8位单片机上实现了16位外部总线，可对16位设备进行高速存取，并且保留了原8位总线的功能。这种8位/16位总线共存的方式，较之端口模拟总线方式，极大地提高了数据的传输速率。该16位总线扩展方式已成功应用于车载数据采集系统。在汽车的道路可靠性试验中，安装了多套该系统。试验结果表明，该系统使用方便，工作稳定、可靠，数据传输率高，完全满足汽车动态采集数据的需要。该16位总线的扩展方式，可应用于具有8位外部总线的单片机，在一定程度上，扩大了该类单片机的使用范围。
第六章单片机系统扩展 通常情况下，采用MCS-51单片机的最小系统只能用于一些很简单的应用场合，此情况下直接使用单片机内部程序存储器、数据存储器、定时功能、中断功能，I/O端口；使得应用系统的成本降低。但在许多应用场合，仅靠单片机的内部资源不能满足要求，因此，系统扩展是单片机应用系统硬件设计中最常遇到的问题。 在很多复杂的应用情况下，单片机内的RAM ，ROM 和 I/O接口数量有限，不够使用，这种情况下就需要进行扩展。因此单片机的系统扩展主要是指外接数据存贮器、程序存贮器或I/O接口等，以满足应用系统的需要。 6.1 单片机应用系统 按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可以分为最小应用系统、最小功耗系统、典型应用系统等。 最小应用系统，是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉、结构简单，常用来构成简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。对于片内有ROM/EPROM 的单片机，其最小应用系统即为配有晶振、复位电路和电源的单个单片机。对于片内无ROM/EPROM的单片机，其最小系统除了外部配置晶振、复位电路和电源外，还应当外接EPROM 或EEPROM作为程序存储器用。最小应用系统的功能取决于单片机芯片的技术水平。 单片机的最小功耗应用系统是指能正常运行而又功耗力求最小的单片机系统。 单片机的典型应用系统是指单片机要完成工业测控功能所必须具备的硬件结构系统。 6.1.1 8051/8751最小应用系统 MCS-51系列单片机的特点就是体积小，功能全，系统结构紧凑，硬件设计灵活。对于简单的应用，最小系统即能满足要求。 8051/8751是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，用这些芯片构成的最小系统简单、可靠。 图6-1 8051/8751最小应用系统 用8051/8751单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图6-1所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点： （1）有可供用户使用的大量I/O口线。因没有外部存储器扩展，这时EA接高电平，P0、P1、P2、P3都可作用户I/O口使用。
单片机常用名词解释 总线: 指能为多个部件服务的信息传送线，在微机系统中各个部件通过总线相互通信。 地址总线（AB）：地址总线是单向的，用于传送地址信息。地址总线的宽度为16位，因此基外部存储器直接寻址64K，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供低8位地址（A0~A7），P2口直接提供高8位地址（A8~A15）。 数据总线（DB）：一般为双向，用于CPU与存储器，CPU与外设、或外设与外设之间传送数据信息（包括实际意义的数据和指令码）。数据总线宽度为8位，由P0口提供。 控制总线（CB）：是计算机系统中所有控制信号的总称，在控制总线中传送的是控制信息。由P3口的第二功能状态和4根独立的控制总线，RESET、EA、ALE、PSEN组成。 存储器：用来存放计算机中的所有信息：包括程序、原始数据、运算的中间结果及最终结果等。 只读存储器（ROM）：只读存储器在使用时，只能读出而不能写入，断电后ROM中的信息不会丢失。因此一般用来存放一些固定程序，如监控程序、子程序、字库及数据表等。ROM按存储信息的方法又可分为以下几种 1、掩膜ROM：掩膜ROM也称固定ROM，它是由厂家编好程序写入ROM（称固化）供用户使用，用户不能更改内部程序，其特点是价格便宜。 2、可编程的只读存储器（PROM）：它的内容可由用户根据自已所编程序一次性写入，一旦写入，只能读出，而不能再进行更改，这类存储器现在也称为OTP（Only Time Programmable）。 3、可改写的只读存储器EPROM：前两种ROM只能进行一次性写入，因而用户较少使用，目前较为流行的ROM芯片为EPROM。因为它的内容可以通过紫外线照射而彻底擦除，擦除后又可重新写入新的程序。 4、可电改写只读存储器（EEPROM）： EEPROM可用电的方法写入和清除其内容，其编程电压和清除电压均与微机CPU的5V工作电压相同，不需另加电压。它既有与RAM一样读写操作简便，又有数据不会因掉电而丢失的优点，因而使用极为方便。现在这种存储器的使用最为广泛。
#in clude
习题5答案单片机系统扩展与接口技术 一、选择题 1、地址空间3000H～37FFH共有 B 存储单元。 A．1K B．2K C．4K D．8K 2、在生产过程中完成程序写入的只读存储器称为 A 。 A．掩膜ROM B．PROM C．EPROM D．E2PROM 3、805l单片机系统扩展时使用的锁存器用于锁存B 。 A．高8位地址 B．低8位地址 C．8位数据． D．ALE信号 4、使用线选法扩展3片2732作外部程序存储器，需要使用 C 位地址线。 A．13 B．14 C．15 D．16 5、8155中的定时器／计数器是 D 。 A．16位加法计数器 B．16位减法计数器 C．14位加法计数器
D．14位减法计数器 6、定时器／计时器0的初始化程序如下： MOV TMOD，#06H MOV TH0，#0FFH MOV TL0,#0FFH SETB EA SETB ET0 执行该程序段后，把定时器／计时器0的工作状态设置成为 D A．工作方式0，定时应用，定时时间2u s，中断禁止 B．工作方式1，计数应用，计数值255，中断允许 C．工作方式2，定时应用，定时时间510 u s，中断禁止 D．工作方式2，计数应用，计数值1，中断允许 7、MCS-5 l单片机I／O编址采用的是统一编址的方法，因此 B 。 A．有专门的I／O操作指令 B．I／O寄存器与存储单元同等对待 C．地址空间与存储器空间是相互分开的 D．使用MOVX指令访问存储器，而使用MOVC指令进行I／O数据传送8、8155是一个可编程的I／O接口芯片，“可编程”是指 D 。 A．有14位可控定时器／计数器 B．芯片内包含有256字节的RAM C．只能使用中断编程的方法进行I／O数据传送 D．使用命令字以程序方法设置I／O数据传送的方式 9、访问接口，应在程序中使用 B 。 A．MOV指令 B．MOVX指令 C．MOVC指令 D．SWAP指令
第8章单片机常用总线讲解 8.1 C总线接口 80C51单片机本身不具有总线接口，但是通过软件进行模拟，可以挂接具有C接口的芯片。 8.1.1 C总线的介绍 串行扩展总线在单片机系统中的应用是目前单片机技术发展的一种趋势。在目前比较流行的几种串行扩展总线中，总线以其严格的规范和众多带接口的外围器件而获得广泛应用。总线是PHILIPS公司推出的芯片间串行传输总线,它由两根线组成,一根是串行时钟线(SCL),一根是串行数据线(SDA)。主控器利用串行时钟线发出时钟信号,利用串行数据线发送或接收数据。总线由主控器电路引出,凡具有接口的电路(受控器)都可以挂接在总线上,主控器通过总线对受控器进行控制。 随着总线研究的深入，总线已经广泛应用于视/音频领域、IC卡行业和一些家电产品中，在智能仪器、仪表和工业测控领域也越来越多地得到应用。 8.1.2 总线的特点 总线的广泛应用是同它卓越的性能和简便的操作方法分不开的。总线的特点主要表现在以下几个方面： 硬件结构上具有相同的硬件接口界面。总线系统中,任何一个总线接口的外围器件,不论其功能差别有多大,都是通过串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)连接到总线上。这一特点给用户在设计用用系统中带来了极大的便利性。用户不必理解每个总线接口器件的功能如何,只需将器件的SDA和SCL引脚连到总线上,然后对该器件模块进行独立的电路设计,从而简化了系统设计的复杂性,提高了系统抗干扰的能力。 线接口器件地址具有根大的独立性。每个接口芯片具有唯一的器件地址,由于不能发出串行时钟信号而只能作为从器件使用。各器件之间互不干扰,相互之间不能进行通信,各个器件可以单独供电。单片机与器件之间的通信是通过独一无二的器件地址来实现的。 软件操作的一致性。由于任何器件通过总线与单片机进行数据传送的方式是基本一样的, .v .. ..
单片机的引脚原理图及 说明 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
一、P0端口的结构及工作原理 P0端口8位中的一位结构图见下图： 由上图可见，P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。再看图的右边，标号为P0.X引脚的图标，也就是说P0.X引脚可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在P0口有8个与上图相同的电路组成。 下面，我们先就组成P0口的每个单元部份跟大家介绍一下： 先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在学数字电路时，我们已知道，三态门有三个状态，即在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态（或称为禁止状态），大家看上图，上面一个是读锁存器的缓冲器，也就是说，要读取D 锁存器输出端Q的数据，那就得使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端（上图中标号为‘读锁存器’端）有效。下面一个是读引脚的缓冲器，要读取P0.X引脚上的数据，也要使标号为‘读引脚’的这个三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到我们单片机的内部数据总线上。
D锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数（即具有保持功能），在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。大家看上图中的D锁存器，D端是数据输入端，CP是控制端（也就是时序控制信号输入端），Q是输出端，Q非是反向输出端。 对于D触发器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号（也就是时序脉冲没有到来），这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q及反向输出端Q非的。如果时序控制端CP的时序脉冲一旦到了，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端D的数据（即把上次的数据锁存起来了）。如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。 多路开关：在51单片机中，当内部的存储器够用（也就是不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器）时，P0口可以作为通用的输入输出端口（即I/O）使用，对于8031（内部没有ROM）的单片机或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为‘地址/数据’总线使用。那么这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为‘数据/地址’总线使用的选择开关了。大家看上图，当多路开关与下面接通时，P0口是作为普通的I/O口使用的，当多路开关是与上面接通时，P0口是作为‘地址/数据’总线使用的。 输出驱动部份：从上图中我们已看出，P0口的输出是由两个MOS管组成的推拉式结构，也就是说，这两个MOS管一次只能导通一个，当V1导通时，V2就截止，当V2导通时，V1截止。
单片机课程设计题目:单总线和I2C总线结合实现数字温度计实验 班级: 设计者: 指导教师: 单总线和I2C总线结合实现数字温度计实验 一、实验目的 通过本实验,理解掌握单总线器件和I2C总线器件的应用,熟悉串行总线的操作 技巧。 二、实验设备及器件 IBM PC 机一台 DP-51PROC 单片机综合仿真实验仪一台 三、实验内容 1.编写程序,通过单片机的P3.3 口控制一个DS18B20 完成数字温度的采集,然后 用程序处理采集到的数据结果。 2.编写程序,通过I2C 总线器件ZLG7290 实现温度数据的输出显示。 3.结合以上两部分程序,编程实现数字式温度计的程序设计。 四、实验要求
熟练掌握单总线方式器件的应用,熟悉I2C 总线协议,学习I2C 器件的使用方法。 五、实验过程和步骤 (一、新建工程文件 1、点击工具栏Project选项,在下拉菜单中选择New Project命令,弹出项目文件保存对话框,输入项目名后,点击保存按钮。 2、在工程建立完毕以后,uVision会弹出器件选择窗口,选择相应的器件型号。如想修改,可点击工具栏Project选项,在下拉菜单中选择Select Device for Target …Target?命令。 3、点击工具栏File选项,选中New命令,新建文件,输入源程序。 4、把文件保存到磁盘中,如用汇编语言编写程序用.asm为扩展名,如用C语言编写程序用.c 为扩展名。 5、添加该文件到工程中,在Projectwindos窗口内,选中Source Group1然后点击鼠标右键,选择Add files to Group “Source Group1”,选择刚才创建的源程序文件,单击Add按钮。 (二、程序文件的编译、链接 1. 安装B4 区JP12 接口上的短路帽,将B4 区的DQ 与A2 区INT1(P3.3相连。 2. 安装D5 区JP1 接口上的短路帽,将D5 区的SDA、SCL 分别与A2 区的 P17、 P16 相连。 3. 将D5 区的RST_L 针接上高电平。
6.4 单片机系统扩展总线 1. MCS-51单片机扩展结构特点 扩展都是通过接口来扩展，需要注意I/O口的结构特点。 ⑴ I/O口的复用和多用 ① I/O口的复用：由于受到引脚数限制，P0口复用，既作低8位地址线，又作数据线，但分时使用，用ALE信号锁存切换。 ② I/O口的多用：P3口可作通用I/O口，在扩展时，具有“第二功能”。 P3.0 RXD P3.2 INT0 P3.4 T0 P3.6 WR P3.1 TXD P3.3 INT1 P3.5 T1 P3.7 RD ⑵产生接口控制信号的指令 MCS-51无I/O专用指令，把I/O寄存器看成存储器的一部分，所以对I/O 寄存器的操作都用数据传输指令。 ①输入指令 MOV A,P1 MOV Ri,P1 MOV Rn,P1 MOV direct,P1 MOVX A,Ri MOVX A,DPTR ②输出指令 MOV P1,A MOV P1,Ri MOV P1,Rn MOV P1,direct MOVX Ri,A MOVX DPTR,A 2. 扩展总线 由于数据线与低8位地址线复用P0口,为了把它们分离与片外芯片相连，通常要加锁存器才能构成总线结构。
6.5 存储器扩展 1. EPROM扩展 (1) 程序存储器有独立的地址空间(0000H～FFFFH)，可寻址围64 kB。程序存储器与数据存储器共用地址总线和数据总线 (2) 对片有 ROM/EPROM 的单片机，片 ROM 与片外ROM采用相同的操作指令，片与片外程序存储器的选择靠硬件结构实现，即由EA的高低电平来选择。 (3) 虽然程序存储器与数据存储器地址重叠，但不会发生冲突。因为程序存储器使用单独的控制信号和指令，用PSEN作为读操作信号，读取数据用MOVC 查表指令。而读取数据存储器用RD信号和MOVX指令， (4) 随着大规模集成电路的发展，单片程序存储器的容量越来越大，构成系统时所使用的EPROM芯片数量越来越少，因此地址选择大多采用线选法，而不用地址译码法。 2. RAM扩展 MCS-51 系列单片机的片RAM只有 128字节(51型)或256字节 (52型) ，如果还不能满足应用要求，就需要进行RAM扩展，扩展时要注意以下几点： (1) RAM与EPROM地址空间重叠(0000H～FFFFH)，寻址围都为64 kB，但由于使用不同的控制信号和指令，RAM使用RD/WR控制线读/写，而 EPROM用PSEN 作为读操作控制线，故共用地址总线和数据总线不会发生冲突。 (2) I／O及外围接口与RAM实行统一编址，即任何扩展的I／O口及外设均占用RAM地址空间。 (3) 访问部RAM和外部RAM，应选用不同的指令。 ①当访问部RAM时，使用MOV指令，可用寄存器间接寻址或直接寻址 MOV A，＠Ri/direct MOV ＠Ri/direct，A ( i＝0，1) ②当访问外部RAM时，只能使用MOVX指令和寄存器间接寻址。两种情况
DS18B20 以单总线协议工作，测温分机首先发送复位脉冲命令，使信号线上所有的 DS18B20 芯片都被复位，接着发送ROM 操作命令，使序列号编码匹配的DS18B20 被激活进入接收内存访问命令状态；内存访问命令完成温度转换、温度读取等工作(单总线在ROM 命令发送之前存储命令和控制命令不起作用)。DS18B20 工作流程见图3 所示。 图3 DS18B20 工作流程图 系统以ROM 命令和存储器命令的形式对DS18B20 操作。ROM 操作命令均为8 位，命令代码分别为：读ROM(0x33H)、匹配ROM(0x55H)、跳过ROM(0xCCH) 、搜索ROM(0xF0H) 和告警搜索(0xECH) 命令；存储器操作命令为：写暂存存储器(0x4EH) 、读暂存存储器(0xBEH)、复制暂存存储器(0x48H)、温度变换(0x44H)、重新调出EERAM(0xB8H)以及读电源供电方式(0xB4H)命令。其对时序及电特性参数要求较高，必须严格按照它的时序要求去操作。DS18B20 的数据读写由测温分机来完成，包括初始化、读数据和写数据。 系统软件采用模块化程序设计，主从式结构通信方式。规定总线上有一个测温主机和64台分机，分机地址唯一。初始化完成后各分机均处于监听状态，采用中断方式工作，测温分机接受上位机命令，向DS18B20发出地址匹配命令帧，进入等待状态，每一帧数据位都对应着不同意义，若地址匹配成功则进行响应分机，否则继续等待，直到等待超时而重发命令。温度采集模块负责数据的采集工作。 当缓冲区有数据时产生中断，程序转向中断服务子程序入口，中断子程序如下： void SerialInterrupt() interrupt 4 //中断服务子程序 {loop0:if(RI);SlaveNo=SBUF; RI=0; while (! RI); //等待下一个命令 loop1:RI=0; SensorNo=SBUF; if(SlaveNo==0x81&SensorNo<0x80) //判别数据是否合法 {while(1)
第十一章 MCS-51单片机系统扩展 11.1 8051/8751的最小系统 80C51片内有4KB的程序存储器，因此，只需要外接晶体振荡器和复位电路就可构成最小系统。 图11-1 最小单片机系统 最小系统的特点如下： （1）由于片外没有扩展存储器和外设，P0、P1、P2、P3都可以作为用户I/O口使用。但P0口作为用户I/O口使用时，需要加上拉电阻。 （2）片内数据存储器有128字节，地址空间00H～7FH，没有片外数据存储器。 （3）内部有4KB程序存储器，地址空间0000H～0FFFH，没有片外程序存储器，EA应接高电平。 （4）可以使用两个定时/计数器T0和T1，一个全双工的串行通信接口，5个中断源。 80C51虽有4个I/O口P0～P3，但在大多数应用系统中，真正用作I/O 口线的只有P1口的8位位线和P3口的某些位线。因此，在I/O接口引脚不够，或在片内的存储器资源还不能满足要求时，需要进行如下的扩展： (1) 外部I/O接口的扩展；【例如74LS164、74LS165等】 (2) 外部程序存储器的扩展； (3) 外部数据存储器的扩展。
11.2 系统扩展结构 单片机采用总线结构，使扩展易于实现，单片机系统扩展结构如图11-2所示。 图11-2 80C51单片机的系统扩展结构 从图11-2可以看出，系统扩展主要包括存储器扩展和I/O接口部件扩展。存储器扩展包括程序存储器扩展和数据存储器扩展。 系统扩展是以单片机为核心，通过总线把单片机与各扩展部件连接起来。因此，首先要利用单片机的I/O口构造系统总线。系统总线按功能通常分为3组，如图11-2所示。 （1）地址总线AB（Address Bus）：用于发送CPU发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O接口芯片中的寄存器的选择。 地址总线宽度为16位，由P0口经地址锁存器（通常用74LS373）提供地址低8位，P2口直接提供地址高8位，地址信号是由CPU发出的单方向信号。 存储器芯片的地址线的数目由芯片的容量决定。容量(Q)与地址线数目(N)满足关系式：2N Q 。存储器芯片的地址线与单片机的地址总线(A0～A15，P0口为低8位（需用74LS373锁存），P2口为高8位）按由低位到高位的顺序顺次相接。 一般来说，存储器芯片的地址线数目少于单片机地址总线的数目，因此连接后，单片机的高位地址线（P2口）应该有剩余。剩余的地址线一般作为译码线，译码器的输出与存储器芯片的片选信号线（CS或CE）相接。片选
单片机：交通灯课程设计（一）(2007-04-21 13:28:54) 目录 摘要--------------------------------------------------------- 1 1.概述 -------------------------------------------------------- 2 2.硬件设计----------------------------------------------------- 3 2.1单片机及其外围--------------------------------------------3 2.1.1单片机的选择-----------------------------------------3 2.1.2单片机的特点及其应用范围----------------------------- 3 2.1.3存储器的扩展----------------------------------------- 4 2.1.4内存的扩展------------------------------------------- 6 2.1.5MCS-52的I/O接口扩展--------------------------------- 8 2.2电路部分--------------------------------------------------11 2.2.1元器件选用-------------------------------------------11 2.2.2电路完成功能-----------------------------------------13 3.软件设计------------------------------------------------------15 3.1软件概述-------------------------------------------------15 3.2汇编语言指令说明-----------------------------------------16 3.3定时/计数器的原理----------------------------------------16 3.3.1定时/计数器的概述-----------------------------------16 3.3.2 8255A片选及各端口地址-------------------------------18 3.3.3信号控制码------------------------------------------18 3.3.4工作方式寄存器--------------------------------------19 3.3.5定时/计数器初值及定时器T0的工作方式----------------20
《自动检测技术及仪表》 课程设计报告 题目:单总线数字温度传感器及其应用 学院： 专业： 年级： 姓名： 学号： 指导教师：陈焰
摘要 介绍了单总线数字温度传感器DS1820的内部结构，工作原理、测量电路原理图、特性等，DSl820是由美国DALLAS公司提供的一种单总线系统的数字温度传感器，它可提供二进制9位温度信息，分辨率为0．5℃，可在一55℃～+125℃的范围内测量温度。从中央处理器到DSl820仅需连接一条信号线和地线，其指令信息和数据信息都经过单总线接口与DSl820进行数据交换。DSl820完成读、写和温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，也可以由外部供给。并且，每个DSl820有唯一的系列号，因此同一条单总线上可以挂接多个DSl820，构成主从结构的多点测温传感器网络。此特性可普遍应用在包括环境监测、建筑物和设备内的温度场测量，以及过程监视和控制中的温度检测中。○1 一、单总线数字温度传感器的内部结构 DSl820内部框图如图l所示○2。主要包括7部分：(1)64位光刻ROM 与单线接口；(2)温度传感器；(3)寄生电源；(4)温度报警触发器TH 和TL，分别用来存储用户设定的温度上、下限；(5)高速暂存器，即便笺式RAM，用于存放中间数据；(6)存储与控制逻辑；(7)8位循环冗余校验码(CRC)。
图1 DS1820内部结构 二、单总线数字温度传感器的工作原理 该器件可以从单总线上得到能量并储存在内部电容中，该能量是当信号线处于低电平期间消耗，在信号线为高电平时能量得到补充，这种供电方式称为寄生电源供电。DSl820也可以由3—5.5V的外部电源供电。 每一片DSl820都有64位长的惟一ROM码。第一个八位为单总线器件识别码(DSl820为28h)，接下来48位是器件的惟一系列码，最后八位是前56位的CRC校验码。CRC校验码按下列多项式计算: DSl820内有一个能直接转化为数字量的温度传感器，其分辨率为9，lO，ll，12bit可编程，通过设置内部配置寄存器来选择温度的转换精度，出厂时默认设置为12bit。温度的转换精度有O．5℃、O．25℃、O．125℃、O．0625℃。温度转换后以16bit格式存入便笺式RAM，可以用读便笺式RAM命令(BEH)通过1一Wire接口读取温度信息，数据传
CAN总线通讯基于51单片机应用
第一章前言 1.1 概述 控制器局域网（CAN－Controller Area Network）属于现场总线（Fieldbus）的范畴，是众多的属于现场总线标准之一，它适用于工业控制系统，具有通信速率高、可靠性强、连接方便、性能价格比高等诸多特点。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，以其短报文帧及CSMA/CD-AMP（带有信息优先权及冲突检测的载波监听多路访问）的MAC（媒介访问控制）方式而倍受工业自动化领域中设备互连的厚爱。CAN的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络，它可以应用于汽车系统、机械、技术设备和工业自动化里几乎任何类型的数据通信。 随着计算机硬件、软件及集成电路技术的迅速发展，同时消费类电子产品、计算机外设、汽车和工业应用等的需求不断增加。高速、高可靠和低成本的通信介质的要求也随之提高。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，它为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。 微处理器中常用的串行总线是通用异步接收器传输总线(UART)、串行通信接口(SCI)、同步外设接口(SPI)、内部集成电路(I2C)和通用串行总线(USB)，以及车用串行总线，包括控制器区域网(CAN)和本地互连网(LIN)等。这些总线在速度、物理接口要求和通信方法学上都有所不同。 在计算机数据传输领域内，长期以来使用的通信标准，尽管被广泛使用，但是无法在需要使用大量的传感器和控制器的复杂或大规模的环境中使用。控制器局部网CAN(CONTROLLER AERANETW0RK)就是为适应这种需要而发展起来的。随着汽车电子技术的发展，消费者对于汽车功能的要求越来越多，汽车上所用的电控单元不断增多，电控单元之间信息交换的需求，使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线，这就促进了车用总线技术的发展。CAN 总线的出现，就是为了减少不断增加的信号线，所有的外围器件都可以被连接到总线上由于CAN总线具有可靠性高、实时性好、成本合理等优点，逐渐被应用于如船舶、航天、工业测控、自动化、电力系统、楼宇监控等其他领域中。
基于单片机的系统扩展 一、实验目的1、学习片外存贮器扩展方法。2、学习数据存贮器不同的 读写方法。3、学习片外程序存贮器的读方法。二、实验内容1.实验原理图： 2、实验内容（1）使用一片2764EPROM，作为片外扩展的程序存贮器，对 其进行读。（2）使用一片6264RAM，作为片外扩展的数据存贮器，对其进 行读写(使用键盘监控命令和程序运行两种方法)。3、实验说明（1）在使用键 盘监控命令读片外扩展的程序存贮器2764 中内容时，由于本系统中该程序存 贮器作为用户目标系统的程序存贮器，因此DVCC 系统必须处于仿真2 状态， 即H.....态，用MEM 键即可读出。（2）在使用键盘监控命令读写片外扩展的 数据存贮器6264 中的内容时，由于本系统中该数据存贮器作为用户目标系统 的数据存贮器，因此DVCC 系统处于仿真1 态(P.....态)或仿真2 态(H.....态)，用ODRW 键即可读写。（3）读写数据的选用。本实验采用的是 55H(0101，0101)与AAH(1010，1010)，一般采用这两个数据的读写操作就可 查出数据总线的短路、断路等，在实验调试用户电路时非常有效。（4）在仿 真1 态即P.....状态下，编写程序对片外扩展的数据存贮器进行读写，若L1 灯 闪动说明RAM 读写正常。三、程序程序清单：ORG 0C80H MOV DPTR,#8000H MOV R6,#0FH MOV A,#55HRAM1: MOV R7,#0FFHRAM2: MOVX @DPTR,A CLR P1.0 INC DPTR DJNZ R7,RAM2 DJNZ R6,RAM1 MOV DPTR,#8000H MOV R6,#0FHRAM3: MOV R7,#0FFHRAM4: MOVX A,@DPTR CJNE A,#55H,RAM6 SETB P1.0 INC DPTR DJNZ R7,RAM4 DJNZ R6,RAM3RAM5: CLR P1.0 CALL DELAY SETB P1.0 CALL DELAY SJMP RAM5DELAY: MOV R5,#0FFHDELAY1: MOV R4,#0FFH DJNZ R4,$ DJNZ R5,DELAY1 RETRAM6: SETB P1.0 SJMP RAM6 END 四、实验步骤1、片外
单片机相关常用名词解释(转) 总线: 指能为多个部件服务的信息传送线，在微机系统中各个部件通过总线相互通信。 地址总线（AB）：地址总线是单向的，用于传送地址信息。地址总线的宽度为16位，因此基外部存储器直接寻址64K，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供低8位地址（A0~A7），P2口直接提供高8位地址（A8~A15）。 数据总线（DB）：一般为双向，用于CPU与存储器，CPU与外设、或外设与外设之间传送数据信息（包括实际意义的数据和指令码）。数据总线宽度为8位，由P0口提供。 控制总线（CB）：是计算机系统中所有控制信号的总称，在控制总线中传送的是控制信息。由P3口的第二功能状态和4根独立的控制总线，RESET、EA、ALE、PSEN组成。 存储器： 用来存放计算机中的所有信息：包括程序、原始数据、运算的中间结果及最终结果等。 只读存储器（ROM）：只读存储器在使用时，只能读出而不能写入，断电后ROM中的信息不会丢失。因此一般用来存放一些固定程序，如监控程序、子程序、字库及数据表等。ROM按存储信息的方法又可分为以下几种 1、掩膜ROM： 掩膜ROM也称固定ROM，它是由厂家编好程序写入ROM（称固化）供用户使用，用户不能更改内部程序，其特点是价格便宜。 2、可编程的只读存储器（PROM）： 它的内容可由用户根据自已所编程序一次性写入，一旦写入，只能读出，而不能再进行更改，这类存储器现在也称为OTP（Only Time Programmable）。 3、可改写的只读存储器EPROM： 前两种ROM只能进行一次性写入，因而用户较少使用，目前较为流行的ROM芯片为EPROM。因为它的内容可以通过紫外线照射而彻底擦除，擦除后又可重新写入新的程序。 4、可电改写只读存储器（EEPROM）： EEPROM可用电的方法写入和清除其内容，其编程电压和清除电压均与微机CPU的5V工作电压相同，不需另加电压。它既有与RAM一样读写操作简便，又有数据不会因掉电而丢失的优点，因而使用极为方便。现在这种存储器的使用最为广泛。 随机存储器（RAM）： 这种存储器又叫读写存储器。它不仅能读取存放在存储单元中的数据，还能随时写入新的数据，写入后原
8位单片机的16位外部总线扩展与应用 清华大学于良耀宋健 随着电子设计技术的进步和芯片制造工艺水平的提高，16位和32位单片机的使用越来越广泛，但是8位单片机因其制造工艺成熟、价格低廉等特点，仍然在市场上占有相当大的比例，尤其在成本敏感和可靠性要求极高的汽车电子领域，更占用绝对优势，带有外部总线的8位单片机，可以方便地与8位总线设备（如A/D、RAM和CAN总线）相连。随着对传输性能要求的提高，出现了大量的16位总线设备（如网络接口芯片），8位单片机要与16位总线设备相连接，通常的做法是利用I/O端口来模拟16位总线的读/写时序，数据传输速率较低，且原有的8位设备的传输速率也随之降低，因而限制了8位单片机的使用范围，本文提出一种8位单片机扩展16为外部总线的方法，不影响原有8位器件的前提下，可实现对16位总线设备的高速存取；最后，介绍了如何利用该方法与IDE硬盘相连接，并应用于车载数据采集系统。 1 8位/16位总线时序分析 1.1 8位单片机总线时序 带有外部总线的8位单片机有很多，如51系列，AVR系列等，本文以W77E58为例，W77E58是Winbond公司推出的增强型51单片机，工作时钟最高为40M赫兹，在同样的时钟频率下，W77E58指令速度是传统51单片机的3倍；另外，W77E58对程序存储器和数据存储器的寻址能力都为64KB。图1中上半部分为读时序，下半部分为写时序。 以读数据为例，P0、P2口输出当前地址，ALE的下降沿锁存低8位地址，高8位保持不变；而后，读信号RD使能（低电平），外部设备把数据送到P0口，RD的上升沿把数据读入单片机。写数据与此类似，不过数据方向相反，同时为保证数据能够正确写入外部设备，单片机在写信号WR使能前把数据送到P0口，WR无效后须保持一定时间，从图1中可以看出，单片机用P0口存取8位数据，P2口仅用于地址输出。 1.2 IDE硬盘总线时序 下面以IDE硬盘为例来分析16位总线时序，图2是IDE硬盘的接口示意图[1]，只标出了与总线有关的信号线：DIOR/DIOW，读
51单片机的P0口工作原理详细讲解 一、P0端口的结构及工作原理P0端口8位中的一位结构图见下图： 由上图可见，P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。再看图的右边，标号为P0.X引脚的图标，也就是说P0.X引脚可以是P0.0到 P0.7的任何一位，即在P0口有8个与上图相同的电路组成。下面，我们先就组成P0口的每个单元部份跟大家介绍一下：先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在学数字电路时，我们已知道，三态门有三个状态，即在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态(或称为禁止状态)，大家看上图，上面一个是读锁存器的缓冲器，也就是说，要读取D锁存器输出端Q的数据，那就得使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端(上图中标号为‘读锁存器’端)有效。下面一个是读引脚的缓冲器，要读取P0.X引脚上的数据，也要使标号为‘读引脚’的这个三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到我们单片机的部数据总线上。D锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数(即具有保持功能)，在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。大家看上图中的D 锁存器，D端是数据输入端，CP是控制端(也就是时序控制信号输入端)，Q是输出端，Q非是反向输出端。对于D触发器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号(也就是时序脉冲没有到来)，这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q及反向输出端Q非的。如果时序控制端CP的时序脉冲一旦到了，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端D的数据(即把上次的数据锁存起来了)。如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。多路开关：在51单片机中，当部的存储器够用(也就是不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器)时，P0口可以作为通用的输入输出端口(即I/O)使用，对于8031(部没有ROM)的单片机或者编写的程序超过了单片机部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为‘地址/数据’总线使用。那么这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为‘数据/地址’总线使用的选择开关了。大家看上图，当多路开关与下面接通时，P0口是作为普通的I/O口使用的，当多路开关是与上面接通时，P0口是作为‘地址/数据’总线使用的。输出驱动部份：从上图中我们已看出，P0口的输出是由两个MOS管组成的推拉式结构，也就是说，这两个MOS管一次只能导通一个，当V1导通时，V2就截止，当V2导通时，V1截止。 前面我们已将P0口的各单元部件进行了一个详细的讲解，下面我们就来研究一下P0口做为I/O口及地址/数据总线使用时的具体工作过程。1、作为I/O端口使用时的工作原理P0口作为I/O端口使用时，多路开关的控制信号为0(低电平)，看上图中的线线部份，多路开关的控制信号同时与与门的一个输入端是相接的，我们知道与门的逻辑特点是“全1出1，
单片机课程设计题目 :单总线和 I2C 总线结合实现数字温度计实验 班级: 设计者: 指导教师 : 单总线和 I2C 总线结合实现数字温度计实验 一、实验目的 通过本实验 ,理解掌握单总线器件和 I2C 总线器件的应用 ,熟悉串行总线的操作技巧。 二、实验设备及器件 IBM PC 机一台 DP-51PROC 单片机综合仿真实验仪一台 三、实验内容 1. 编写程序 ,通过单片机的 P3.3 口控制一个 DS18B20 完成数字温度的采集 ,然后用程序处理采集到的数据结果。 2. 编写程序 ,通过 I2C 总线器件 ZLG7290 实现温度数据的输出显示。 3. 结合以上两部分程序 ,编程实现数字式温度计的程序设计。 四、实验要求 熟练掌握单总线方式器件的应用，熟悉I2C总线协议，学习I2C器件的使用方法。 五、实验过程和步骤
（一、新建工程文件 1、点击工具栏 Project 选项,在下拉菜单中选择 New Project 命令 ,弹出项目文件保存对话框 ,输入项目名后 ,点击保存按钮。 2、在工程建立完毕以后,uVision 会弹出器件选择窗口,选择相应的器件型号。如想修改 ,可点击工具栏 Project 选项,在下拉菜单中选择 Select Device for Target …Target ?命令。 3、点击工具栏 File 选项,选中 New 命令,新建文件 ,输入源程序。 4、把文件保存到磁盘中，如用汇编语言编写程序用.asm为扩展名，如用C语言编写程序用 .c 为扩展名。 5、添加该文件到工程中 ,在 Projectwindos 窗口内 ,选中 Source Group1 然后点击鼠标右键 ,选择 Add files to Group “Source Group1 ”,选择刚才创建的源程序文件 ,单击 Add 按钮。 （二、程序文件的编译、链接 1. 安装B4区JP12接口上的短路帽，将B4区的DQ 与A2区INT1（P3.3相连。 2. 安装 D5 区 JP1 接口上的短路帽 ,将 D5 区的 SDA、 SCL 分别与 A2 区的 P17、 P16 相连。 3. 将 D5 区的 RST_L 针接上高电平。 4. 按照下面的程序在 Keil C51 集成开发环境中建立工程文件 ,并进行调试仿 真。 TEMPER_L EQU 36H ; 存放读出温度低位数据 TEMPER_H EQU 35H ; 存放读出温度高位数据 TEMPER_NUM EQU 37H ; 存放转换后的温度值