目录

一、单片机系统扩展

（一）单片机系统扩展的概念

1、单片机系统扩展方式

2、单片机系统总线

（二）单片机系统的的I/O端口扩展

1、I/O接口的分类

2、I/O接口的功能

3、I/O接口与端口的区别

4、I/O端口编址

5、单片机与外设间的数据传送方式

二、串行总线的扩展应用

（一）IIC总线的基础

1、IIC总线的概述

2、IIC总线的信号以及时序定义

3、 IIC总线协议

三、IIC总线驱动程序设计

四、总结

一、单片机系统扩展

（一）单片机系统扩展的概念

8051单片机扩展外部存储器或I/O口采用总线分时复用方式

1、单片机系统扩展方式

单片机系统扩展方式一般有片内扩充、片外串行总线扩展和片外并行总线扩展。

片内扩充：重视单片机选型，根据不同的应用，选择不同性能的单片机芯片。

片外串行总线扩展：主要为了弥补片内资源不足，一般选择串口总线扩展。

片外并行总线扩展：通过单片机的三总线实现对外部并行器件的扩展连接。

2、单片机系统总线

（1）数据总线

数据总线用于在单片机与扩展的外部器件之间传输数据，是数据传输的通道，总线位数外8位。

（2）地址总线

地址总线用于单片机向外发出地址信号，选择要访问的外部扩展器件或存储单元，地址总线是单向总线，只能由单片机向外发出。

（3）控制总线

控制总线实际上市一组控制信号线，可以有单片机产生并发出，也可以有外部器件产生并传送给单片机，每个控制信号都是单向传送。

单片机扩展常用的控制信号如下：

ALE：地址锁存信号，用以实现对低8位地址的锁存。

PSEN：对片外程序存储器输出的取指令信号。

RD：对片外数据存储器或端口输出的读信号。

WR：对片外数据存储器或端口输出的写信号。

（二）单片机系统的的I/O端口扩展

输入/输出（I/O）端口是单片机与外部设备交换数据的桥梁。

1、I/O接口的分类

I/O接口分为串行I/O接口和并行I/O接口。

串行I/O接口采用逐行串行移位的方式传输数据，适用于速度要求不高的串行设备接口。

并行I/O接口采用并行方式传输数据，可以与外设高速传输数据。

2、I/O接口的功能

（1）数据传输速度匹配。

（2）输出数据锁存。

（3）输入数据三态缓冲。

（4）信号或电平变换。

3、I/O接口与端口的区别

I/O接口是CPU与外界的连接电路，是CPU与外界进行数据交换的通道，外设输入原始数据或状态信号，CPU输出运算结果或发出命令等都要通过I/O接口电路。

I/O端口是CPU与外设直接通信的地址，通常是把I/O接口电路中能够被CPU直接访问的寄存器或缓冲器为端口。

4、I/O端口编址

I/O端口编址有独立编址方式和统一编址方式。

5、单片机与外设间的数据传送方式

单片机与外设间的数据传送方式有同步、异步和中断三种方式。

（1）同步传送方式

采用同步传送方式，要求单片机与外设的速度相差不大，以实现同步无条件的数据传送。

（2）异步传送方式

由于单片机与外设的速度相差较大时，采用异步传送方式，以查询外设的状态进行有条件的传送数据。其通用性好。

（3）中断传送方式

中断传送方式是指利用单片机本身的中断功能实现数据传送。

二、串行总线的扩展应用

（一）IIC总线的基础

1、IIC总线的概述

IIC总线是飞利浦公司退出的芯片间串行数据传输总线，采用两线制实现全双工同步数据传送。

 IIC总线有2根信号线，一根是数据线SDA，一根是时钟线SCL，且SDA和SCL均为双向信号线。

2、IIC总线的信号以及时序定义

（1）总线上数据的有效性

在IIC纵向上传输数据时，时钟线（SCL）为高电平期间，数据线（SDA）必须保持稳定是逻辑电平状态。其中只有在时钟信号为低电平期间，才允许数据线上的电平发生变化。

（2）数据传输的起始位和结束位。

IIC总线在传送数据过程中有三种类型信号，分别为起始信号、结束信号和应答信号。

起始信号：在时钟线（SCL）为高电平期间，数据线（SDA）出现有高电平向低电平跳变时，启动IIC总线，开始传送数据。 在起始信号之后，必须是器件的控制字节，即设备地址，其中高4位是对应器件件的类型识别符，紧接着3位是片选信号，最后1位是读写控制位，读操作为1，写操作为0。

结束信号：在时钟线（SCL）为高电平期间，数据线（SDA）出现有低电平向高电平跳变时，停止IIC总线，结束传送数据。

应答信号：当IIC总线传输数据时，每传送一字节数据后必须跟随等待一个应答信号，即接收器在接收在接收到一字节数据后，向传送器发出特定的低电平信号，表示已收数据。

3、 IIC总线协议

 IIC总线协议规定，每次传送一个字节数据，都要有一个应答信号，以确定数据传送是否被对方收到。

三、IIC总线驱动程序设计

总线时序设计IIC接口的驱动成一般包括：起始信号、停止信号、产生应答、等待应答、发送数据和接收数据6个函数。

下面提供IIC总线确定程序（该程序为蓝桥杯官方提供的IIC总线驱动程序）

#include "reg52.h"#include "intrins.h"#define DELAY_TIME 5#define SlaveAddrW 0xA0#define SlaveAddrR 0xA1//总线引脚定义sbit SDA = P2^1;  /* 数据线 */sbit SCL = P2^0;  /* 时钟线 */void IIC_Delay(unsigned char i){    do{_nop_();}    while(i--); }//总线起始信号void IIC_Start(void){    SDA = 1;    SCL = 1;    IIC_Delay(DELAY_TIME);    SDA = 0;    IIC_Delay(DELAY_TIME);    SCL = 0;}//总线停止信号void IIC_Stop(void){    SDA = 0;    SCL = 1;    IIC_Delay(DELAY_TIME);    SDA = 1;    IIC_Delay(DELAY_TIME);}//发送应答void IIC_SendAck(bit ackbit){    SCL = 0;    SDA = ackbit;  // 0：应答，1：非应答    IIC_Delay(DELAY_TIME);    SCL = 1;    IIC_Delay(DELAY_TIME);    SCL = 0;     SDA = 1;    IIC_Delay(DELAY_TIME);}//等待应答bit IIC_WaitAck(void){    bit ackbit;    SCL  = 1;    IIC_Delay(DELAY_TIME);    ackbit = SDA;    SCL = 0;    IIC_Delay(DELAY_TIME);    return ackbit;}//通过I2C总线发送数据void IIC_SendByte(unsigned char byt){    unsigned char i;    for(i=0; i<8; i++)    { SCL  = 0; IIC_Delay(DELAY_TIME); if(byt & 0x80) SDA  = 1; else SDA  = 0; IIC_Delay(DELAY_TIME); SCL = 1; byt <<= 1; IIC_Delay(DELAY_TIME);    }    SCL  = 0;  }//从I2C总线上接收数据unsigned char IIC_RecByte(void){    unsigned char i, da;    for(i=0; i<8; i++)    {SCL = 1;IIC_Delay(DELAY_TIME);da <<= 1;if(SDA) da |= 1;SCL = 0;IIC_Delay(DELAY_TIME);    }    return da;    }

四、总结

在蓝桥杯单片机开发与设计大赛中，官方提供了IIC总线的底层驱动代码，但是参赛选手需要了解其IIC总线的原理和其底层驱动程序相关函数的功能，才能对其涉及到的PCF8591和24C02存储器编写对应的程序，进而实现相关的功能。