秦晓飞系列单片机原理及应用第8章单片机小系统及片外扩展资料课件.ppt

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1、第8章单片机小系统及片外扩展主讲教师：秦晓飞上海理工大学光电学院第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简单并行I/O口的扩展最小系统：包括计算内核、振荡电路、电源、复位逻辑及必要外设等组成的，具有计算机基本功能的系统称之为最小系统。89C51/S51单片机芯片已经具有了很强的功能，可以看成是一个最小系统。但它的硬件资源毕竟还是有限的，某些应用场合需要对其扩展。比如：可通过SPI或I2C总线扩展E2PROM、A/D、D/A、显示器、看门狗

2、、时钟等芯片，8.1串行扩展总线接口技术8.1串行扩展总线接口技术89C51/S51单片机除了可以利用上一章讲的UART口进行I/O口扩展外，还可以利用3~4根I/O线进行SPI或I2C外设扩展，或者利用1根I/O线进行1-wire扩展。8.1.1SPI串行外设接口总线SPI(SerialPeripheralInterface——串行外设接口）总线是Freescale公司（原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，全双工通信

3、），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条用于数据交换，1条用于片选）：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）。与并行总线相比，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

4、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。8.1串行扩展总线接口技术8.1.1SPI串行外设接口总线1.SPI总线系统的组成SPI总线上挂接的设备，在时钟线SCK、数据线MOSI和MISO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（SPI是硬寻址，I2C是软寻址）。图8-1SPI外围扩展示意图8.1串行扩展总线接口技术8.1.1SPI串行外设接口总线1

5、.SPI总线系统的组成当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（如图8-1），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。SPI有较高的数据传送速度，主机方式最高速率可达1.05Mb/s（目前有一些器件的SPI口最高速率可达20Mb/s或更高）。数据的传输格式是高位（MSB）在前，低位(LSB）在后。SPI总线有以下主要特性：全双工，3线同步传输，主从机制，时钟频率可编程，发送结束中断标志，写冲突保护，总线竞争保

6、护等。实际的SPI器件种类繁多，时序也可能不同，但通常配有4个SPI引脚：SCK，时钟端。SI(或MOSI)，从器件串行数据输入端。SO(或MISO)，从器件串行数据输出端。CS(或SS)，从器件片选端。8.1串行扩展总线接口技术8.1.1SPI串行外设接口总线2.SPI串行总线数据传输时序SPI传输的数据为8位。单片机发出从器件片选信号，并产生移位脉冲。传输时高位在前，低位在后，SPI串行总线数据传输时序如图8-2所示。单片机读(从器件输出)操作时，在CS有效的情况下，SCK的下降沿时从器件将数据放在MISO

7、线上，单片机经过延时采样MISO线，并将相应数据位读入，然后将SCK置为高电平形成上升沿，数据被锁存。单片机写(从器件输入)操作时，在CS有效的情况下，SCK的下降沿时单片机将数据放在MOSI线上，从器件经过延时后采样MOSI线，并将相应的数据位移入，在SCK的上升沿数据被锁存。图8-2SPI串行总线数据传输时序8.1串行扩展总线接口技术8.1.1SPI串行外设接口总线3.89C51/S51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/S51来说，可使用软件

8、来模拟SPI的操作，包括串行时钟、数据输入和输出。图8-3为89C51/S51用软件模拟SPI口，与MCM2814（E2PROM）进行SPI通信的硬件连接图。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）。图8-3SPI总线接口原理图8.1串行扩展总线接口技术8.1.1SPI串行外