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第五章 单片机系统的扩展 1.基于三总线的扩展 2.系统监控芯片的接口扩展 3. PC机与MCS-51之间的串行通信 4. IIC SPI 总线标准与接口 5. CPLD与单片机接口设计 单片机最小系统 所谓单片机最小系统,就是使单片机能运行的 最少器件构成的系统。 对于基本型MCS-51单片机,如89C51,因其 有内部ROM,所以只要将单片机接上时钟电路和复 位电路即构成了最小系统 图1 89C51最小系统 • 单片机的扩展一般有下面几方面的内容: l外部程序存储器 ROM/EPROM 的扩展 l外部数据存储器 RAM 的扩展 l输出、输入接口的扩展 l管理功能器件(定时/计数器、中断优 先编码器)的扩展 • 单片机扩展的基本途径: 输出锁存、输入三态 TTL 锁存器作为输出口:74LS273 74LS373 573 三态门作为输入口:74LS274 74LS275 • 5.1.1 外部总线的扩展 5.1 基于三总线的系统扩展 总线概念 为了减少连接线,简化组成结构,把具有共性的线归并 成一组公共连线,称为总线。 传输数据用的公用线称为数据总线(DB—Data Bus); 传输地址的公用线称为地址总线(AB—Address Bus); 选通、控制的线称为控制总线(CB—Control Bus),它们统称 为“三总线”。 • 5.1.2 外部程序存储器的扩展 5.1 基于三总线的系统扩展 图9.5 89C51与62128的连接示意图 5.1.3 外部数据存储器的扩展 SRAM引脚图 (a) 引脚分类;(b) 引脚图 A0~A15:地址输入线。 D0~D7:双向三态数据线。 :片选信号输入线,低电平有效。 :读选通信号输入线,低电平有效。 (或) :写允许信号输入线,低电平有效。 VCC:工作电源,+5 V。 GND:地线。 5.1 基于三总线的系统扩展 • 5.1.3 采用局部译码法产生I/O外设片选信号 5.1 基于三总线的系统扩展 A15 A14 A13 A12A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 C B AX X X X X X X X X X X X /Y0的寻址范围:0000H-0FFFH /Y1的寻址范围: 1000H-1FFFH /Y2的寻址范围2000H-2FFFH /Y3的寻址范围3000H-3FFFH /Y4的寻址范围:4000H-4FFFH /Y5的寻址范围:5000H-5FFFH /Y6的寻址范围:6000H-6FFFH /Y7的寻址范围:7000H-7FFFH 第一级采用一个74LS138,产生8个片选信号 5.1 基于三总线的系统扩展 • 第二级采用两个74LS138,产生16个片选信号/Y7.0 ,/Y7.1 ,/Y7.2……/Y7.7的寻址范围 A15 A14 A13 A12A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 1 1 1C B A X X X X X X X X X /Y7.0的寻址范围:7000H-71FFH /Y7.1的寻址范围: 7200H-73FFH /Y7.2的寻址范围: 7400H-75FFH /Y7.3的寻址范围:7600H-77FFH /Y7.4的寻址范围:7800H-79FFH /Y7.5的寻址范围:7A00H-7BFFH /Y7.6的寻址范围: 7C00H-7DFFH /Y7.7的寻址范围:7E00H-7FFFH 5.1 基于三总线的系统扩展 /Y7.0的寻址范围:7000H-71FFH /Y7.1的寻址范围: 7200H-73FFH /Y7.2的寻址范围: 7400H-F5FFH /Y7.3的寻址范围:7600H-77FFH /Y7.4的寻址范围:7800H-F9FFH /Y7.5的寻址范围:7A00H-7BFFH /Y7.6的寻址范围: 7C00H-7DFFH /Y7.7的寻址范围:7E00H-7FFFH A15 A14 A13 A12A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 1 1 1C B A X X X X X X X X X /Y6.0 ,/Y6.1 ,/Y6.2, /Y6.3 ……/Y6.7的寻址范围 • 5.1.5输入输出接口电路的扩展 5.1 基于三总线的系统扩展 5.2 系统监控芯片的接口扩展 5.3 PC机与MCS-51的串行通讯 一、串行通信的基本特征 数据逐位顺序进行传送 二、串行通信的协议与接口标准 串行通信的格式及约定(如:同步方式、通讯速 率、数据块格式、信号电平……等)不同,形成了 多种串行通信的协议与接口标准。 常见的有: 通用异步收发器(UART) 通用串行总线(USB) IIC总线 CAN总线 SPI总线 RS-485,RS-232C,RS422A标准……等等 5.3 PC机与MCS-51的串行通讯 • 5.3.1 RS-232C标准串行接口总线 RS-232C规定:在负载为3K~7KΩ时 逻辑“0”:+5V~+15V, 逻辑“1”:-5V~-15V 接收器的输出检测电平为: 逻辑“0”:大于+3V, 逻辑“1”:小于-3V(负逻辑), 噪声容限为2V。 1. RS-232C总线规范 5.3 PC机与MCS-51的串行通讯 • 2.PC与MCS-51的电平匹配与接口连线 计算机的串行接口通过9针接插件引出 1. 机械特性 RS-232C接口规定使用25针连接器,但一般应用中 并不一定用到RS-232C标准的全部信号线,而常常使用9针 连接器。图中所示为阳头定义,通常的PC机主板上都采用这 种器件,对应的阴头用于连接线。使用时要注意每行的序号 顺序是相反的。 图8.8 9针RS-232C连接器 (a) 阳头;(b) 阴头 2. 电气特性 RS-232C规定了自己的电气标准,由于它是在TTL电路 之前研制的,因此它的电平不同于TTL,而是采用负逻辑电 平,即逻辑“0”:+ 3~ + 15 V;逻辑“1”:-3~-15 V。 RS-232C不能和TTL电平直接相连? 使用时必须进行电平转换,否则将使TTL电路烧坏,实际应 用时必须注意! RS-232C串行接口总线适用于:设备之间的通信距离不 大于15 m的场合。 3. RS-232C电平与TTL电平转换器 MCS-51系列单片机串行口与PC机的RS-232C接口不能 直接对接,必须进行电平转换。常用的有MAX232等芯片。 它能满足RS-232C的电气规范。该芯片与TTL/CMOS电平兼 容,片内有2个发送器,2个接收器,使用比较方便。 PC与MCS-51的串行口编程 5.3 PC机与MCS-51的串行通讯 • 5.3.2 RS-485/422标准串行接口总线 RS-485总线是半双工传输,可以连接多个发 送器和接收器,以分时工作方式发送数据,因此, RS-485的发送电路必须有使能端加以控制,它用 于多个设备的互连组网,许多智能型设备均配有 RS-485总线接口。 5.3 PC机与MCS-51的串行通讯 RS-232CRS-422RS-485 操作方式单发 送 单接收差分输出,差分输 入 差分发送,差分接收 最大传输 距离一般15m1200m1200m 最大传输 速率20kbps10Mbps10Mbps 可连接的台数1台发送,1台接收1台发送,10台接收32台发送,32台接收 驱动 器开路电 压 -15V~+15V-5V~+5V-5V~+5V 驱动 器负载电 压 -5V~+5V,-15V~ +15V -2V~+2V-1.5V~+1.5V 接收器灵敏度-3V~+3V-0.2V~+0.2V-0.2V~+0.2V 接收器输入阻抗3~7k大于4k大于12k 5.3 PC机与MCS-51的串行通讯 引 脚 名 称 功能 1RO接收器输出:当A(B)≥0.2V ,RO高电平 ;当A(B)≤0.2V ,RO低电平 2/RE接收器输出:/RE低电平使能,RO输出; /RE高电平,RO输出高阻抗 3DE发送器输出使能:高电平使能,输出端A 、B发送;DE低电平发送禁止 4DI发送器输入端:DI高电平则A为高电平B 为低电平;DI低电平,反之 5GN D 地 6A同向接收器输入端和同向发送器输出端 7B反向接收器输入端和反向发送器输出端 8VC C 电源:4.75V≦VCC≦5.25V 5.3 PC机与MCS-51的串行通讯 MAX3232将RS-232信号转换成RS-485信号 5.3 PC机与MCS-51的串行通讯
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