第8章单片机接口技术全解
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术
单片机（Microcontroller）是集成了微处理器核心、存储器、输入输出接口和定时器等外设功能于一芯片之中的微型计算机。
单片机的工作原理是通过中央处理器（CPU）来执行存储于存储器中的程序，根据程序中的指令进行运算和控制。
它的输入输出接口用于与外部设备连接，如传感器、执行器等，完成信号的输入、输出和控制操作。
单片机的工作流程通常包括以下几个步骤：
1. 初始化：单片机启动时对各个外设进行初始化设置。
2. 输入数据：通过输入接口从外部设备或传感器中接收数据。
3. 运算处理：CPU对接收到的数据进行运算和处理，执行程序指令。
4. 输出数据：通过输出接口将处理后的数据送给外部设备
或执行器进行控制。
单片机的接口技术包括以下几种：
1. 数字输入输出（Digital I/O）：用于处理数字信号的输
入和输出，通过高低电平的变化来进行数据传输和控制。
2. 模拟输入输出（Analog I/O）：用于处理模拟信号的输
入和输出，通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数
字信号进行处理。
3. 串口通信（Serial Communication）：通过串口接口与外部设备进行数据的收发和通信，如RS-232、RS-485等。
4. 并口通信（Parallel Communication）：通过并口接口与外部设备进行数据的并行传输和通信，如打印机接口。
5. 定时器计数器（Timer/Counter）：用于生成定时和计
数功能，可实现时间的测量、延时等操作。
单片机的接口技术可以根据应用需求进行选择和配置，以实现与外部设备的连接和通信，完成各种控制和数据处理任务。
第八章 单片机扩展与接口技术
最大地址：0 1 1 1 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 AB7 AB6 AB5 AB4 最小地址：0 0 0 0 . . . .
最大地址：1 1 1 1
1 P0.3 AB3 0 .
1
1 P0.2 AB2 0 .
1
1 1 P0.1 P0.0 AB1 AB0 0 0 . .
1 1
所以地址范围为:0110000000000000~0111111111111111
8 位 A/D 转 换 器 地址 锁存 与译码 VrefVref+
START：转换启动信号。START上跳沿时，所有内部 寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换；
在A/D转换期间，START应保持低电平。
ADC0809的引脚
（1） ADC0801~ADC0805型 8 位MOS型A/D转换 器;
（2） ADC0808/0809 型 8 位MOS型A/D转换器; （3） ADC0816/0817 型 8 位MOS型A/D转换器;
2. 典型A/D转换器芯片ADC0809 简介 (P281-287) ADC0809 是采用CMOS 工艺制造的双列直插式 单片8 位A/D 转换器。分辨率8 位，带8 个模拟量 输入通道，有通道地址译码锁存器，输出带三态数 据锁存器。 启动信号为脉冲启动方式，最大可调节误差为 ±1LSB，ADC0809 内部没有时钟电路，故CLK 时 钟需由外部输入，fclk 允许范围为500kHz~1MHz， 典型值为640kHz。每通道的转换需时间大约 100~150μ s。 工作温度范围为-40℃~+85℃。功耗为15mW， 输入电压范围为0~5V，单一+5V 电源供电。它可 以直接与89C52、89C51、8051 等CPU 相连，也可 以独立使用。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术在当今数字化时代，单片机已经成为嵌入式系统设计中不可或缺的重要组成部分。
本文将介绍单片机的工作原理以及与外部设备进行通信的接口技术。
单片机工作原理单片机是一种集成了处理器、存储器和输入输出设备等功能模块的微型计算机系统。
它通常由中央处理器（CPU）、存储器（RAM和ROM）、计时器（Timer）、串行通信接口（UART）和引脚（Port）组成。
单片机的工作原理可以简要描述为以下几个步骤：1.初始化：单片机在上电时会执行初始化程序，设置各种工作模式、配置寄存器等。
2.执行程序：单片机会根据存储器中存储的程序指令序列来执行相应的操作，包括算术逻辑运算、控制流程等。
3.输入输出操作：单片机通过输入输出接口与外部设备进行通信，如传感器、执行器等。
4.中断处理：单片机可以在特定条件下触发中断请求，暂停当前执行的程序，转而执行中断服务程序，处理相应的事件或信号。
单片机接口技术单片机与外部设备的通信主要依赖于接口技术，包括数字输入输出接口、模拟输入输出接口以及通信接口等。
数字输入输出接口数字输入输出接口用于与二进制设备进行通信，通过配置相应的引脚工作在输入或输出模式，实现信号的采集与输出。
常用的数字输入输出方式包括GPIO口、SPI接口、I2C接口等。
模拟输入输出接口模拟输入输出接口用于处理模拟信号，包括模拟输入端口和模拟输出端口。
模拟输入端口通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，模拟输出端口则通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号。
通信接口通信接口是单片机与外部设备进行数据交换的重要手段，主要有串行通信接口（UART）、并行通信接口（Parallel）、CAN接口等。
通过这些通信接口，单片机可以实现与其他设备的数据交换与通信。
结语单片机原理及接口技术是嵌入式系统设计的基础知识，通过深入了解单片机的工作原理和接口技术，可以更好地应用单片机进行系统设计与开发。
希望本文对读者有所帮助，谢谢！以上是关于单片机原理及接口技术的简要介绍，希望能对读者有所启发。
微机原理与单片机接口技术(第2版)李精华 第8章 微处理器控制系统的接口扩展
8.1.2 编址技术
所谓编址，就是通过51单片机地址总线，使片外扩展的存 储器和I/O口中的每个存储单元或元器件，在51单片机的寻址 范围内均有独立的地址，以便51单片机使用该地址能唯一地选 中该单元。51单片机对外部扩展的存储器和I/O设备进行编址 的方法有两种：线选法和译码法。 1、线选法
所谓线选法，就是直接选定单片机的某根空闲地址线作为 存储芯片的片选信号。 2、译码法
由P0口作为地址线低8位，P2口作为地址线高8位，构 成16位地址，寻址范围为64KB。由于P0口分时复用为 地址总线和数据总线，除提供低8位地址之外，又要 作为数据口，地址和数据分时控制输出。为避免地址 和数据的冲突，低8位地址必须用锁存器锁存。也就 是在P0口外加一个锁存器，当ALE为下降沿时，将低8 位地址锁存。
位（LSB）所对应的输入模拟电压的变化量。分辨率定义 为转换器的满刻度电压（基准电压）VFSR与2n的比值，即
分辨率= VFSR 式中，n为A/D转2换n器输出的二进制位数，n越大，分
辨率越高。分辨率取决于A/D转换器的位数，所以习惯上 用输出的二进制位数或BCD码位数表示。
8.2 A/D转换器与D/A转换器简介
2．A/D转换器的主要技术指标 • （2）量化误差：模拟量是连续的，而数字量是断续
的，当A/D转换器的位数固定后，数字量不能把模拟 量所有的值都精确地表示出来，这种由A/D转换器有 限分辨率所造成的真实值与转换值之间的误差称为量 化误差。一般量化误差为数字量的最低有效位所表示 的模拟量，理想的量化误差容限是±1/2LSB。
三、教学难点
I2C总线接口的程序设计。
四、教学方式
8.1 单片机的外部并行总线
8.1.1 并行总线结构 51单片机具有外部并行总线，分为地址总线（AB）
第8章 单片机的人机接口技术
第4章 单片机汇编语言程序设计
8.3.1 8279的结构与原理
3. 扫描计数器 扫描计数器为键盘和显示器共用，可提供二者所需的扫描 信号。 它有两种工作方式，按编码方式工作时，计数器以二进制 方式计数，4位计数状态从扫描线SL3~SL0输出，为键盘 和显示器提供出16位扫描线；按译码方式工作时，扫描计 数器的低二位译码后从SL3~SL0输出，提供4选1的扫描译 码。 4. 回复缓冲器与键盘去抖动控制电路 在逐行列扫描时，回复线用来搜寻每一行列中闭合的键， 当某一键闭合时，去抖电路被置位，延时等待10ms后， 再检查该键是否仍处在闭合状态。 5．FIFO／传感器RAM和显示器RAM 8279具有多个先进先出的键输入缓冲器，并提供16个字 节的显示数据缓冲器。CPU将段数据写入显示缓冲器， 8279自动对显示器扫描，将其内部显示缓冲器中的数据在 显示器上显示出来。
第4章 单片机汇编语言程序设计
8.2 键盘及其接口
8.2.1 键盘的结构与原理
1．键盘的结构 独立式按键：直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特 点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不 会影响其它I/O口线的状态。 独立式按键电路、软件简单，但每个按键占用一根I/O口 线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大。
第4章 单片机汇编语言程序设计
8.2.2 键盘接口电路
LK3: MOV DPTR，＃0101H MOV A，R2 MOVX @DPTR，A INC DPTR INC DPTR MOVX A，@DPTR ANL A，＃0FH MOV R4，A CJNZ A，＃0FH，LK4 MOV A，R2 JNB ACC.7，LK8 RL A MOV R2，A INC R3 ; 指向 8155 口A ; 行扫描值送A ; 扫描 1 行 ; 指向 8155 口C ; ; 保留低 4 ; ; 列值非全“1” ; 行扫描值送A ; ; ; 行值存入R2 ; 行号加 1
单片机原理及其接口技术--第8章 MCS-51单片机系统接口技术
第二步是再识别是哪一个键按下。
键盘中哪一个键按下是由列线逐列置低电平后，检查行输 入状态，称为逐列扫描。其方法是：从列口第0位开始，依次输出
“0”，置对应的列线为低电平，然后读入行线状态，如果全为"1"， 则所按下之键不在此列；如果不全为"1"，则所按下的键必在此列， 而且是与0电平行线相交的交点上的那个键。
除抖动、排除多次执行键功能操作等功
能，可参考查询工作方式键盘程序。
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单片机原理及其接口技术
8.1.4 键盘接口应用实例 例8.1 独立式键盘接口应用实例：电路原 理图如图所示，要求编程实现当按下任一键时，
数码管显示对应的键值。
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结
束
单片机原理及其接口技术
的办法计算。
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结
束
单片机原理及其接口技术 2) 定时扫描工作方式
开 始
定时扫描方式程序框图
键盘上有键闭合否
Y N KM=1 0 → KM 0 → KP Y N
Y 1 → KM
KP=1 N 查询键码 1 → KP
做两次查询，都有 键后进行键码计算。 主目录 上一页
返 回
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束
3) 中断工作方式 单片机原理及其接口技术
1.独立式按键 2.行列式键盘
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结
束
1. 独立式按键 单片机原理及其接口技术
（1）．独立式按键接口结 构 一般用排阻进行上拉。
独立式按键的接口电路示意图 主目录 下一页 (b) 查询方式 结 束 (a) 中断方式 上一页
2．独立式按键的软件结构 单片机原理及其接口技术 下面是查询方式的键盘程序。 K0～K7为功能程序入口地址标号 PROM0～PROM7分别为每个按键的功能程序
第8章 接口技术(8251)
16
8.3.2可编程串行通信接口芯片 8251A的应用 1．8251A的基本性能 ⑴ 通过编程可工作在同步方式，也可工作在异步方 式。同步方式下，波特率为0～64Kbit/s；异步方 式下，波特率为0～19.2Kbit/s。 ⑵ 在同步方式下，每个字符可定义为5、6、7或8位， 并且内部能自动检测同步字符或外部给出同步信 号，可用两种方法实现同步。此外，8251A也允 许同步方式下增加奇/偶校验位进行校验。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ22
外同步方式下，由其它设备在其SYNDET引脚（此时 为同步输入）加一个高电平实现同步。SYNDET引脚一出 现高电平，8251A就会立即脱离对同步字符的搜索过程， 只要此高电平能维持一个接收时钟周期的时间，8251A便 认为已经实现同步了。 8251A实现同步后，接收器利用时钟信号对RXD线进 行采样，并把接收到的数据位送到移位寄存器中。每当接 收到的数据位够一个字符的数位时，就把移位寄存器内容 送至接收数据输入缓冲寄存器，同时发出RXRDY准备好信 号。
3
（a） 全双工方式 （b） 半双工方式
4
2. 同步通信和异步通信 (1)同步通信方式 同步通信时，一般将若干字符组成一个信息组， 字符一个接着一个传输。在每组信息（通常称之为信 息帧）开始要加上1至2个同步字符，在传输线上没有 字符传输时，要发送专用的“空闲”字符或同步字符， 其原因是同步传输字符必须连续传输，不允许有间隙。
12
（1） RS-232C接口 美国电子工业协会EIA推荐的国际通用的一种串行 通信接口标准。 RS（Recommeded standard）代表推荐标准 232是标识号 C代表RS232的最新一次修改（1969） RS-232C作为工业标准，保证了不同厂家产品之间的兼 容。例如，目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口， 就是RS-232C接口。
单片机第8章 AT89S51单片机串行通信技术
单片机原理、应用与仿真
8.1.2电源控制寄存器PCON
AT89S51单片机的串口由2个数据缓冲器、1个移位寄存器和1 个串行控制寄存器等组成。数据缓冲器由串行接收缓冲器和发 送缓冲器构成，它们在物理上是独立的，既可以接收数据也可 以发送数据，还可以同时发送和接收数据。接收缓冲器只能读 出，不能写入，而发送缓冲器则只能写入，不能读出。它们共 用一个地址(99H)。
sm0sm1工作方式功能简述工作方式0移位寄存器工作方式波特率为12工作方式18位数据异步收发波特率可变工作方式29位数据异步收发波特率为32或64工作方式39位数据异步收发波特率可变表81串行通信工作方式单片机原理应用与仿真811串行口控制寄存器sconsm2
第8章 AT89S51单片机串行通信接 口技术
（1）电气特性
RS-485的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑1和逻 辑0，数据采用差分传输，抗干扰能力强，传输距离可达 到1200m，传输速率可达10Mb/s。
驱动器输出电平在-1.5V以下时为逻辑1，在+1.5V以上时 为逻辑0。接收器输入电平在-0.2V以下时为逻辑1，在 +0.2V以上为逻辑0。
FDH
--
14400
FCH
FEH
9600
FAH
FDH
4800
F4H
FAH
2400
单片机原理、应用与仿真
1200
E8H D0H
武汉大学陈罡单片机第8章
A
B
片外ROM访问时序说明
P0、P2口作地址和数据总线。其中P0口作为地址和数据 复用总线，前半部（A段）作地址总线，后半部（B段)作 为数据总线。 外部程序存储器ROM的操作步骤如下： 1、必须为ROM提供完整的（16位）地址信息； 2、ROM芯片的/CE 端=0，选中该芯片； 3、在满足上述条件的基础上，当ROM的/OE=0时（B时 间段），存储器输出数据的三态门打开，并将与输入地址 相对应的存储单元中的指令（数据）向外输出，单片机通 过P0口将指令送至CPU 内部。 74LS373锁存器:将A时间段P0口输出的低位地址进行保存， 使ROM在B时间段仍然可以得到完整的地址信号。
6116
A7 1 2 3 4 5 6 7 8 INTEL 6116 24 23 22 21 20 19 18 17 Vcc A8
6264
NC A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
其引脚功能如下：
A0～Ai D0～D7 ＣＥ 地址输入线，i=10(6116),12(6264),14(62256)。 双向三态数据线； 片选信号输入线，低电平有效，当6264的26脚
(CS)为高电平，且ＣＥ为低电平时。才选中该片；
ＯＥ
ＷＥ ＶＣＣ GND
读选通信号输入线，低电平有效；
写允许信号输入线，低电平有效； 工作电源，电压为＋５ Ｖ； 线路地。
MCS-51与1片16K ROM的连接
A15 P2口
/CE1 A14 A8
/CE2 A14 A8 A7
单片机原理与接口技术(第8章)
第8章 单片机的系统扩展
◆ 8282是一种带有三态输出缓冲的8位锁存器，其引脚说明 如下：
D0~D7：为8位数据输入端。 Q0~Q7：为8位数据输出端。 STB：数据输入锁存选通信号，高电平有效。当该信号 为高电平时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据 锁存。 OE：数据输出允许信号，低电平有效。当该信号为低电 平时，锁存器中数据输出到数据输出线；当该信号为高电平 时，输出线为高阻态。
译码法可分为全部译码法、部分译码法。 全部译码法：是把P0口、P2口都接到译码器和芯片的地 址线上，其优点是可以充分利用单片机提供的扩展空间，连 接的存储器容量较大。
第8章 单片机的系统扩展
部分译码法：是将高位地址的一部分连接到译码器中进行 译码，高位地址的另外部分可以不连在译码器上，而作为通 用的I/O口使用。
简称DRAM（Dynamic RAM），具有容量大、功耗低、价 格便宜等优点，对外界环境、工艺结构、控制逻辑和电源质 量等的要求都很高。
存储器芯片有2816/2817（8KB×8），最大存取时间为 200ns，+5V供电，采用HMOS-D2工艺制造，其内部含有动态 刷新电路。
第8章 单片机的系统扩展
① P2口专门用于输出PCH的内容，因有锁存功能，可直 接与外部存储器的地址相连。
② P0口除了输出PCL中的地址外，还要传输从程序存储 器过来的指令代码，这就必须用ALE信号锁存PCL。
第8章 单片机的系统扩展
③ 在每个机器周期中，允许地址锁存信号ALE两次有效， 且在下降沿时锁存PCL。对来说，也是每个机器周期两次有效。 ◆所取指令是MOVX时
当ALE信号由高变低时，低8位地址被锁存到锁存器中并 向外部地址总线输出，该地址信号和P2口的高8位地址共同 组成16位地址。直到ALE信号再次变高，锁存器的地址才会 发生改变。
单片机原理及接口技术讲解
单片机原理及接口技术讲解单片机（Microcontroller）是一种集成电路芯片，内含有中央处理器（CPU）、存储器、输入输出端口、定时器计数器、串行通信接口等核心模块，可用于控制、计算、存储和通信等多种功能。
单片机的工作原理是通过处理器执行存储在存储器中的指令来实现各种功能。
它的内部包含一个由晶体管、逻辑门等构成的微处理器，负责执行计算和控制指令。
单片机的芯片上还集成了存储器，用于存储程序指令和数据。
输入输出端口可以与外部设备进行数据交互，定时器计数器可以实现精确的定时和计数功能。
通过串行通信接口，单片机可以与其他设备进行数据传输和通信。
单片机的接口技术是指单片机与外部设备进行数据传输和通信的技术。
常见的接口技术包括并行接口、串行接口、模拟接口等。
并行接口是通过多个并行数据线同时传输数据的接口技术。
常见的并行接口有通用并行接口（GPIO）、地址总线、数据总线等。
通用并行接口（GPIO）是一组可编程的并行输入输出线，可以被程序员控制来进行数据的输入输出。
地址总线用于传输内存或外设的地址信息，数据总线用于传输数据信息。
串行接口是通过单个数据线按照一定的时间顺序传输数据的接口技术。
常见的串行接口有串行通信接口（UART）、串行外设接口（SPI）、I²C接口等。
串行通信接口（UART）是一种通用的串行数据通信接口，用于将数据转换为串行格式进行传输。
串行外设接口（SPI）是一种高速串行接口，用于在单片机与其他外设之间进行数据传输和通信。
I²C接口是一种双线制的串行接口，用于在多个设备之间进行数据传输和通信。
模拟接口是通过模拟信号进行数据传输和通信的接口技术。
模拟接口包括模数转换接口、数字模拟转换接口等。
模数转换接口用于将模拟信号转换为数字信号，数字模拟转换接口用于将数字信号转换为模拟信号。
单片机接口技术的选择取决于具体应用的需求。
并行接口适合需要大量数据同时进行传输的场景，串行接口适合需要高速传输的场景。
8051接口
8.1.1 A/D接口技术
第8章 单片机典型外围接口技术
• A/D转换器的主要技术指标有：
• ①分辨率 输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。 通常用位数表示, 对n位的A/D转换器, 分辨率为满刻度电压的1/2n。
• ②转换误差 指一个实际的A/D转换器量化值与一个理想的A/D转换器 量化值之间的最大偏差，通常以最低有效位的倍数给出。转换误差和分 辨率一起共同描述A/D转换器的转换精度。值得一提的是，转换误差或 转换精度的概念在国内外不同的参考文献上含义或形式可能会有所不一 样，读者在阅读时应该注意类别区别。 • ③转换时间与转换速率 A/D转换器完成一次转换所需要的时间为A/D 的转换时间。转换时间的倒数为转换速率，即1秒种完成转换的次数。
IOUT2
。
V0
DA2：MOV A，R0
MOVX @DPTR， A
INC R0
-5V
VREF
ACALL TIMER
AJMP DA2 TIMER为延时子程序
t
第8章 单片机典型外围接口技术
• 8.1.2.3 DAC1210的扩展接口 • DAC1210逻辑结构与DAC0832类似，所不同的
是DAC1210具有十二位数据输入端，一个八位输入寄存器 和一个四位输入寄存器组成十二位数据输入寄存器。两个输 入寄存器的输入允许控制都要求CS和WR1为低电平，八位 输入寄存器的数据输入还同时要求B1/端为高电平。 • DAC1210与八位数据线的8XX51单片机接口方法 如图8.11所示，将DAC1210输入数据线的高八位DI11～DI4 与8XX51单片机的数据总线DB7～DB0相连，低四位DI3～ DI0接至8XX51数据线的高四位DB7～DB4。十二位数据输 入经两次写入操作完成，首先输入高八位，然后输入低四位。
第8章(1)微机原理与接口技术
第八章 可编程接口芯片及应用—8253的结构与功能 8253的内部结构
计数通道 数据总线缓冲器 读写控制逻辑 控制字寄存器
第八章 可编程接口芯片及应用—8253的结构与功能 8253的内部结构
计数通道 数据总线缓冲器 读写控制逻辑 控制字寄存器
第八章 可编程接口芯片及应用—8253的结构与功能
• 计数器在CLK的下降沿 使计数值减1
第八章 可编程接口芯片及应用--8253的工作方式 方式0 —计数结束产生中断方式
CW N＝5 WR
CLK GATE
OUT
54321 0
第八章 可编程接口芯片及应用--8253的工作方式
方式1 —可编程单次脉冲
CW N＝2 WR
GATE上升沿触发计数
CLK GATE
OUT
210
21
单脉冲宽度T=n TCLK 图8.7 方式1的波形
第八章 可编程接口芯片及应用--8253的工作方式
方式2 —分频工作方式
CW N＝3 WR
CLK GATE
OUT
3213213 TOUT＝N*TCLK
图8.8 方式2的波形
第八章 可编程接口芯片及应用--8253的工作方式
方式3 —方波发生器
第八章 可编程接口芯片及应用--8253的工作方式
8255的工作方式
• 计数结束产生中断方式 • 可编程单次脉冲 • 分频工作方式 • 方波发生器 • 软件触发选通 • 硬件触发选通
• 计数初值写入初值寄存 器后，在门控有效的前提 下，要经过一个CLK输入 后才开始计数。（或，经 过一个CLK后，计数初值 才到达计数执行部件）
第八章 可编程接口芯片及应用—8253的结构与功能
8253内部计数器的结构
《单片机微型计算机原理与接口技术》第八章 80C51单片微机的系统扩展原理与接口技术
②开始数据传送 在串行时钟线（SCL）保持高电平的情况下，串行数据线（SDA ）上发生一个由高电平到低电平的变化作为起始信号（START） ，启动I2C 总线。I2C总线所有命令必须在起始信号以后进行。 ③停止数据传送 在串行时钟线（SCL）保持高电平的情况下，串行数据线 （SDA）上发生一个由低电平到高电平的变化，称为停止信号（ STOP）。这时将停止I2C 总线上的数据传送。 ④数据有效性 在开始信号以后，串行时钟线（SCL）保持高电平的周期 期间，当串行数据线（SDA）稳定时．串行数据线的状态表示数 据线是有效的。需要一个时钟脉冲。 每次数据传送在起始信号（START）下启动，在停止信号 （STOP）下结束。 在I2C总线上数据传送方式有两种，主发送到从接收和从发 送到主接收。它们由起始信号（START）后的第一个字节的最低 位（即方向位R／W）决定。
①串行数据线（MISO、MOSI） 主机输入／从机输出数据线（MISO）和主机输出／ 从机输入数据线（MOSI），用于串行数据的发送和接收。 数据发送时．先传送MSB（高位），后传送LSB（低位）。 在SPI设置为主机方式时，MISO线是从机数据输入线 ，MOSI是主机数据输出线；在SPI设置为从机方式时， MISO线是从机数据输出线，MOSI是从机数据输入线。
8.1.1外部并行扩展原理
单片微机是通过芯片的引脚进行系统扩展的。 80C51系列带总线的单片微机芯片引脚可以构成图8－1所 示的三总线结构．即地址总线（AB）数据总线（DB）和控制总 线（CB）。具有总线的外部芯片都通过这三组总线进行扩展。 （1）地址总线（AB） 地址总线由单片微机P0口提供 低8位地址A0～A7，P2口提 供高8位地址A8～A15。P0口是地址总线低8位和8位数据总线复 用口，只能分时用作地址线。故P0口输出的低8位地址A0～A7必 须用锁存器锁存。 锁存器的锁存控制信号为单片微机ALE引脚输出的控制信 号。在ALE的下降沿将P0口输出的地址A0～A7锁存。P0、P2口 在系统扩展中用做地址线后便不能作为一般I/O口使用。 由于地址总线宽度为16位，故可寻址范围为64 KB。 （2）数据总线（DB） 数据总线由P0口提供，用D0～D7表示。P0口为三态双向
单片机的系统扩展原理及接口技术 第8章习题答案 高锋第二版
第8章思考与练习题解析【8—1】简述单片机系统扩展的基本原则和实现方法。
【答】系统扩展是单片机应用系统硬件设计中最常遇到的问题。
系统扩展是指单片机内部各功能部件不能满足应用系统要求时，在片外连接相应的外围芯片以满足应用系统要求。
80C5 1系列单片机有很强的外部扩展能力，外围扩展电路芯片大多是一些常规芯片，扩展电路及扩展方法较为典型、规范。
用户很容易通过标准扩展电路来构成较大规模的应用系统。
对于单片机系统扩展的基本方法有并行扩展法和串行扩展法两种。
并行扩展法是指利用单片机的三组总线(地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB)进行的系统扩展；串行扩展法是指利用SPI三线总线和12C双线总线的串行系统扩展。
1．外部并行扩展单片机是通过芯片的引脚进行系统扩展的。
为了满足系统扩展要求，80C51系列单片机芯片引脚可以构成图8-1所示的三总线结构，即地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB。
单片机所有的外部芯片都通过这三组总线进行扩展。
2．外部串行扩展80C51．系列单片机的串行扩展包括：SPI(Serial Peripheral Interface)三线总线和12C双总线两种。
在单片机内部不具有串行总线时，可利用单片机的两根或三根I／O引脚甩软件来虚拟串行总线的功能。
12C总线系统示意图如图8—2所示。
【8—2】如何构造80C51单片机并行扩展的系统总线?【答】80C51并行扩展的系统总线有三组。
①地址总线(A0～A15)：由P0口提供低8位地址A0～A7，P0 口输出的低8位地址A0～A7必须用锁存器锁存，锁存器的锁存控制信号为单片机引脚ALE输出的控制信号。
由P2口提供高8位地址A8～A1 5。
②数据总线(DO～D7)：由P0 口提供，其宽度为8位，数据总线要连到多个外围芯片上，而在同一时间里只能够有一个是有效的数据传送通道。
哪个芯片的数据通道有效则由地址线控制各个芯片的片选线来选择。
③控制总线(CB)：包括片外系统扩展用控制线和片外信号对单片机的控制线。
单片机原理及其接口技术
单片机原理及其接口技术
单片机（Microcontroller）是一种集成了微处理器、存储器、计时器、通信接口、模拟输入输出等电子功能的小型集成电路芯片。
它具有处理器、存储器、输入输出接口等基本功能，而且可以集成控制、调节、监测等多种复杂的控制功能，因此被广泛应用于自动化控制和智能化设备中。
单片机的工作原理是：将程序代码存储在内部存储器中，通过输入接口输入控制信号，然后通过处理器进行计算，并通过输出接口输出控制信号，从而实现对外部设备的控制。
单片机的接口技术主要包括数字接口技术和模拟接口技术。
数字接口技术主要包括并行接口和串行接口。
并行接口是一种多线传输接口，可以同时传输多个数据位，速度快、数据传输量大，适用于数据量较大的数据传输。
串行接口是一种单线传输接口，可以逐位传输数据，需要较少的引脚，适用于数据量较小的数据传输。
模拟接口技术主要是模拟信号和数字信号之间的转换。
单片机内部只能处理数字信号，因此需要通过模拟接口将模拟信号转换为数字信号。
模拟接口技术包括模拟输入技术和模拟输出技术。
模拟输入技术是将模拟信号转换为数字信号输入到单片机内部。
模拟输出技术是将数字信号转换为模拟信号输出到外部设备中。
总之，单片机是现代控制技术和通信技术的核心，其接口技术在自动化控制和智
能化设备中具有重要的作用。
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3、P0输出D0-D7;P2输出A8-A15;地址锁存器输出A0-A7 4、同时产生16位地址信号+8位数据信号
第8章 单片机接口技术
8.1 单片机的系统总线
8.1.1 三总线结构 8.1.2 地址锁存原理及实现
8.2 8.3 8.4 8.5 8.6
简单并行I/O口扩展 可编程并行I/O口扩展 D/A转换与DAC0832应用 A/D转换与ADC0809应用 开关量功率驱动接口技术
三总线：地址总线(AB) 、数据总线(DB)、控制总线(CB)
51单片机属于总线型结构，片内各功能部件都是按总线关 系设计并集成为整体的。
第8章 单片机接口技术
51单片机有两种外设连接方式：
I/O方式（非总线方式 ）
总线方式
I/O方式——采用片内RAM指令访问外设 例如 MOV P0 , A （片内地址80H,90H,A0H,B0H） 总线方式——采用片外RAM指令访问外设 例如 MOVX @DPTR ,A（片外RAM 0～0FFFFH）
可编程并行I/O口扩展 D/A转换与DAC0832应用 A/D转换与ADC0809应用 开关量功率驱动接口技术
第8章 单片机接口技术
P0和P2口作为地址/数据总线后，留给用户使用的I/O口 只有P1口和部分P3口，通常需要扩展I/O口数量。 I/O口扩展可有3种办法： ①采用锁存或缓冲芯片的简单并行扩展； ②采用串口方式0的串并转换扩展； ③采用可编程控制功能芯片的并行扩展。
U2
9 8 R SRG8 D0
18
XTAL2
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
C1/-> 3 D0
9
RST
1 2
D1
&
1D 4 5 6 10 11 12 13 D1 D2 D3 D4 D4 D5 D6 D7 D6 D5 D3 D2
29 30 31
读锁存器
地址/数据
控制
A
VCC
地址 锁存 使能 输出
2
V2
P0.N锁存器
P0.N X MUX
内部总线 写锁存器
D
Q
V1
CLK
Q
1
接线关系：
读引脚
/OE→地，LE→正脉冲源，D0～D7→P0，Q0～Q7→外设地址端
P0口此时无需上拉电阻（总线方式）
第8章 单片机接口技术
P0与373的配合关系
MOVX @DPTR ,A
第8章 单片机接口技术
51单片机由P0、P2和P3引脚兼作总线引脚（没有专用总 线引脚） P0口为复用总线 方式，即数据总线 +低8位地址总线
通过地址锁存器 将数据与地址信息 分开
第8章 单片机接口技术
地址锁存器工作过程
1、P0输出的A0-A7出现在地址锁存器的输出端； 2、地址锁存器的输出与输入端隔离；
MOVX @Ri,A
第8章 单片机接口技术
MOVX指令的写端口时序
前半周期：P0→低8位地址，P2→高8位地址,ALE→正脉冲 后半周期：P0→8位数据， P2→高8位地址， WR →负脉冲
ALE用于低八位地址锁存，/WR可作为外设的片选信号
第8章 单片机接口技术
MOVX指令的读端口时序
部分时序图
S1P2～S2P2期间： P0 → (A0～A7）； ALE→正脉冲； Q0～Q7 →（A0 ～A7） S5P1～S6P1期间： 地址锁存 使能输出 P0 →（D0～D7） Q0～Q7 →（A0 ～A7） S1P2～ S6P1期间： P0分时输出低8位地址和8位 数据信息。
读锁存器
2
VCC VCC
U1
19 XTAL1 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17
第8章 单片机接口技术
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 单片机的系统总线 简单并行I/O口扩展 可编程并行I/O口扩展 D/A转换与DAC0832应用 A/D转换与ADC0809应用 开关量功率驱动接口技术
第8章 单片机接口技术
8.1 单片机的系统总线
8.1.1 三总线结构 8.1.2 地址锁存原理及实现
地址/数据
控制
A
VCC
V2
P0.N锁存器
P0.N X MUX
内部总线 写锁存器
D
Q
V1
CLK
Q
1
读引脚
第8章 单片机接口技术
8.1 单片机的系统总线 8.2 简单并行I/O口扩展
8.2.1 访问扩展端口的软件方法 8.2.2 简单并行输出接口的扩展 8.2.2 简单并行输入接口的扩展
8.3 8.4 8.5 8.6
8.2 8.3 8.4 8.5 8.6
简单并行I/O口扩展 可编程并行I/O口扩展 D/A转换与DAC0832应用 A/D转换与ADC0809应用 开关量功率驱动接口技术
第8章 单片机接口技术
计算机系统是由众多功能部件组成
ROM RAM
控制总线 CB
CPU
数据总线 DB 地址总线 AB
T/C
……
为减少连线简化结构，可将传送同类信息的连线作为一种 公共通道——总线（BUS）。
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 80C51
74164
D7
第8章 单片机接口技术
访问扩展端口有2种软件方法: 1、汇编语言方法 （读操作,RD） MOVX A,@DPTR MOVX A,@Ri
（写操作,WR） MOVX @DPTR,A
第8章 单片机接口技术
锁存器——74HC373，74LS373，54LS377等
负边沿D触发器
结构：带有三态输出门的八-D触发器 原理：当/OE端为低电平，LE端为高电平 时，1D-8D端的数据可由1Q-8Q 端锁存输出； LE为低电平时D端 与Q端隔离。
第8章 单片机接口技术
典型总线方式接口电路