第6章 MCS-51單片機擴展及應用

1、單片機原理及應用任課教師 鄭桐 電話email zheng_擴展及應用擴展及應用6.1單片機單片機I/O接口接口6.1.1 I/O口的口的直接使用直接使用1. 數據的無條件傳送數據的無條件傳送2. 中斷方式的條件傳送中斷方式的條件傳送6.1.2 為什么要擴展為什么要擴展I/O口口1.單片機本身接口功能有限單片機本身接口功能有限1）口電路只有數據鎖存和緩沖）口電路只有數據鎖存和緩沖無控制功能無控制功能。2）口電路）口電路數量少數量少。P0、P2數據地址線，數據地址線，P3控制信號?？刂菩盘枴?.單片機控制應用中的復雜接口要求單片機控制應用中的復雜接口要求1）速度差異大。

2、）速度差異大。2）設備種類繁多。）設備種類繁多。3）數據信號形式多種多樣。）數據信號形式多種多樣。6.1.1 I/O口的直接使用口的直接使用6.1.2 為什么要擴展為什么要擴展I/O口口1.單片機本身接口功能有限單片機本身接口功能有限2.單片機控制應用中的復雜接口要求單片機控制應用中的復雜接口要求3.擴展擴展I/O接口電路的功能接口電路的功能1）速度協(xié)調（異步）。）速度協(xié)調（異步）。2）輸出數據鎖存。）輸出數據鎖存。3）輸入數據三態(tài)緩沖。）輸入數據三態(tài)緩沖。4）數據轉換。）數據轉換。6.1.3 I/O擴展的相關技術擴展的相關技術1. 接口與端口（一個接口包含多個端口）。接口與端口（一個接口包含

3、多個端口）。2. 數據總線隔離技術。數據總線隔離技術。3. 單片機單片機I/O編址計數（獨立編址、編址計數（獨立編址、統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址）。）。擴展及應用擴展及應用6.1單片機單片機I/O接口接口6.2.1 單片機的最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)擴展及應用擴展及應用6.1單片機單片機I/O接口接口6.2系統(tǒng)擴展概述系統(tǒng)擴展概述6.2.1 單片機的最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)6.2.2 系統(tǒng)擴展的總線結構系統(tǒng)擴展的總線結構擴展及應用擴展及應用6.2系統(tǒng)擴展概述系統(tǒng)擴展概述6.2.1 單片機的最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)6.2.2 系統(tǒng)擴展的總線結構系統(tǒng)擴展的總線結構擴展及應用擴展及應用6.2系統(tǒng)擴展概述系統(tǒng)擴展

4、概述6.2.3 系統(tǒng)擴展的主要方面系統(tǒng)擴展的主要方面1. 外部程序存儲器外部程序存儲器擴展；擴展；2. 外部外部RAM的擴展；的擴展；3. 外部中斷源外部中斷源的擴展；的擴展；4. I/O接口接口的擴展。的擴展。擴展及應用擴展及應用6.1單片機單片機I/O接口接口6.2系統(tǒng)擴展概述系統(tǒng)擴展概述6.38255A可編程通用并行接口芯片可編程通用并行接口芯片6.3.1 可編程可編程I/O接口擴展概述接口擴展概述中小規(guī)模集成電路：中小規(guī)模集成電路：74LS244、74LS377可編程接口芯片：可編程接口芯片：8255A（可編程通用并行接口）（可編程通用并行接口）8155 （帶（帶RAM和定時器的可編程

5、并行接口）和定時器的可編程并行接口）8259 （可編程中斷控制器）（可編程中斷控制器）8279 （可編程鍵盤（可編程鍵盤/顯示器接口）顯示器接口）6253 （可編程通用定時器）（可編程通用定時器）6.3.2 8255A的邏輯的邏輯結構結構1. 口電路口電路1）3個個8位并行位并行I/O接口接口A、B和和C口?？凇?）2組控制組控制 A組組：PA和和PC03； B組組：PB和和PC47 。6.3.3 8255A的信號的信號引腳引腳2. 總線接總線接口電路口電路CS：片選信號（低電平有效）：片選信號（低電平有效）RD：讀信號：讀信號 （低電平有效）（低電平有效）WR：寫信號：寫信號 （低電平有效）

6、（低電平有效）A1 、A0：端口選擇信號：端口選擇信號 A1 A0端端 口口 0 0A 口口 0 1B 口口 1 0C 口口 1 1控制寄存器控制寄存器6.38255A可編程通用并行接口芯片可編程通用并行接口芯片6.3.4 8255A的工作方式及數據的工作方式及數據I/O操作操作1. 8255A8255A的工作方式的工作方式1 1）方式）方式0 0：基本輸入：基本輸入/ /輸出方式輸出方式輸出鎖存，輸入三態(tài)，不用聯(lián)絡信號。輸出鎖存，輸入三態(tài)，不用聯(lián)絡信號。2 2）方式）方式1 1：選通輸入：選通輸入/ /輸出方式輸出方式輸入輸入/ /輸出均鎖存，輸出均鎖存，C C口用于傳送聯(lián)絡信號，口用于傳送

7、聯(lián)絡信號，讀讀C C口可了解外設當前狀態(tài)?？诳闪私馔庠O當前狀態(tài)。INTRBIBFBSTBBINTRASTBAIBFAC C口位線：口位線：STB：選通信號，輸入，低電平有效。：選通信號，輸入，低電平有效。IBF ：輸入緩沖器滿信號，輸出至單片機，高電平有效。：輸入緩沖器滿信號，輸出至單片機，高電平有效。INTR ：中斷請求信號，輸出至單片機，高電平有效。：中斷請求信號，輸出至單片機，高電平有效。輸入：輸入：6.3.4 8255A的工作方式及數據的工作方式及數據I/O操作操作1. 8255A8255A的工作方式的工作方式1 1）方式）方式0 0：基本輸入：基本輸入/ /輸出方式輸出方式2 2）方

8、式）方式1 1：選通輸入：選通輸入/ /輸出方式輸出方式輸入：輸入：輸出：輸出：INTRBIBFBSTBBINTRASTBAIBFAC C口位線：口位線：C C口位線：口位線：INTRBOBFBACKBINTRAACKAOBFA：輸出緩沖器滿信號，輸出至外設，低電平有效。：輸出緩沖器滿信號，輸出至外設，低電平有效。OBFINTR ：中斷請求信號，輸出，高電平有效。：中斷請求信號，輸出，高電平有效。ACK：應答信號，輸入，低電平有效。：應答信號，輸入，低電平有效。6.3.4 8255A的工作方式及數據的工作方式及數據I/O操作操作1. 8255A8255A的工作方式的工作方式1 1）方式）方式0

9、 0：基本輸入：基本輸入/ /輸出方式輸出方式2 2）方式）方式1 1：選通輸入：選通輸入/ /輸出方式輸出方式3 3）方式）方式2 2：雙向數據傳送方式：雙向數據傳送方式輸入：輸入：僅僅A A口有此方式、口有此方式、C C口為控制線口為控制線C C口位線：口位線：INTRASTBAIBFA輸出：輸出：ACKAC C口位線：口位線：INTRAOBFA6.38255A可編程通用并行接口芯片可編程通用并行接口芯片6.3.5 8255A控制字及初始化編程控制字及初始化編程1. 8255A8255A的控制字的控制字1 1）工作方式控制字：）工作方式控制字：D7: 工作方式控制字標志。工作方式控制字標志

10、。D6、D5: A組方式選擇。組方式選擇。00(方式方式0)、01(方式方式1)、1X(方式方式2)D4: 口口A方向。方向。 1（輸入）、（輸入）、0（輸出）（輸出）D3: 口口C高四位方向。高四位方向。 1（輸入）、（輸入）、0（輸出）（輸出）D2: B組方式選擇。組方式選擇。 1（方式（方式1）、）、0（方式（方式0）D1: 口口B方向。方向。 1（輸入）、（輸入）、0（輸出）（輸出）D0: 口口C低四位方向。低四位方向。 1（輸入）、（輸入）、0（輸出）（輸出）6.3.5 8255A控制字及初始化編程控制字及初始化編程1. 8255A8255A的控制字的控制字1 1）工作方式控制字：）

11、工作方式控制字：2 2）C C口位置位口位置位/ /復位控制字：復位控制字：D3、D2 、D1 : 口口C位方式選擇。位方式選擇。D7: 工作方式控制字標志。工作方式控制字標志。D0: 口口C所選位值。所選位值。6.3.5 8255A控制字及初始化編程控制字及初始化編程2. 8255A8255A的初始化編程的初始化編程例例：控制寄存器地址為：控制寄存器地址為1003H。PA口以口以方式方式0輸入輸入，PB口以口以方式方式0輸出輸出，PC口口高位輸出高位輸出、 PC口口低位輸入低位輸入。且。且PC3置置1，PC4清清0。#include#includeXdataXdatacharcharCOM8

12、255COM8255_at_at_0 x1003;0 x1003;VoidVoidmain(void)main(void) COM8255=0 x91;COM8255=0 x91;/10010001B/10010001BCOM8255=0 x07COM8255=0 x07; ;/00000111B/00000111BCOM8255=0 x08;COM8255=0 x08;/00001000B/00001000B 1 1）讀地址讀地址：P2.7-cs-0；P0.1-A1；P0.0-A0 A口口7FFCH；B口口7FFDH；C口口7FFEH； 控制寄存器控制寄存器 7FFFH。2）工作方式：）工作

13、方式： A口方式口方式0輸入，輸入，B口方式口方式0輸出。輸出。1 1）讀地址讀地址：P2.7-cs-0；P0.1-A1；P0.0-A0 A口口7FFCH；B口口7FFDH；C口口7FFEH； 控制寄存器控制寄存器 7FFFH。2）工作方式：）工作方式： A口方式口方式0輸入，輸入，B口方式口方式0輸出。輸出。#include#includeXdataXdatacharcharPORTA8255PORTA8255_at_at_0 x7FFC;0 x7FFC;XdataXdatacharcharPORTB8255PORTB8255_at_at_0 x7FFD;0 x7FFD;XdataXdata

14、charcharPORTC8255PORTC8255_at_at_0 x7FFE;0 x7FFE;XdataXdatacharcharCOM8255COM8255_at_at_0 x7FFF;0 x7FFF;VoidVoidmain(void)main(void) COM8255=0 x90;COM8255=0 x90;/10010000B/10010000B VoidVoidmain(void)main(void) COM8255=0 x90;COM8255=0 x90;/10010000B/10010000Bunsignedunsignedcharchartemp;temp;while(1

15、)while(1) temp=PORTA8255;temp=PORTA8255;PORTB8255=temp;PORTB8255=temp; 擴展及應用擴展及應用6.1單片機單片機I/O接口接口6.2系統(tǒng)擴展概述系統(tǒng)擴展概述6.38255A可編程通用并行接口芯片可編程通用并行接口芯片6.4外部存儲器擴展外部存儲器擴展半導體存儲器的分類半導體存儲器的分類DRAMDRAM動態(tài)動態(tài)RAMRAM：使用電容作存儲元件，需要刷新電路。：使用電容作存儲元件，需要刷新電路。集成度高，反應快，功耗低，但需要刷新電路。集成度高，反應快，功耗低，但需要刷新電路。6.4.1 隨機讀寫存儲器隨機讀寫存儲器存儲器中的信息

16、可讀可寫，但失電后會丟失信息。存儲器中的信息可讀可寫，但失電后會丟失信息。1.1.雙極型：由雙極型：由TTLTTL電路組成基本存儲單元，存取速度快。電路組成基本存儲單元，存取速度快。2.MOS2.MOS型：由型：由CMOSCMOS電路組成基本存儲單元，集成度高、功電路組成基本存儲單元，集成度高、功耗低。耗低。SRAMSRAM：靜態(tài)：靜態(tài)RAMRAM。存儲單元使用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可帶電信。存儲單元使用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可帶電信息可長期保存。息可長期保存。2 2存儲器外部信號引線：存儲器外部信號引線：D D0 07 7數據線：傳送存儲單元內容。數據線：傳送存儲單元內容。根數與單元數的位數相同。根數與單元

17、數的位數相同。 A A0 09 9地址線：選擇芯片內部一個存儲單元。地址線：選擇芯片內部一個存儲單元。根數由存儲器容量決定。根數由存儲器容量決定。 1 1存儲器結構框圖存儲器結構框圖R/WR/W(OE/WE)(OE/WE)讀寫允許線讀寫允許線打開數據通道，決定數據的傳打開數據通道，決定數據的傳送方向和傳送時刻。送方向和傳送時刻。CSCS片選線：片選線：選擇存儲器芯片。選擇存儲器芯片。當當CSCS信號無效，信號無效，其他信號線不起作用。其他信號線不起作用。 3 3存儲器結構框圖存儲器結構框圖存儲器內部為雙向地址譯碼，以節(jié)省內部引線和驅動器存儲器內部為雙向地址譯碼，以節(jié)省內部引線和驅動器單向譯碼需

18、要單向譯碼需要10241024根譯碼輸出線和驅動器。根譯碼輸出線和驅動器。如：如：1K1K容量存儲器，有容量存儲器，有1010根地址線。根地址線。雙向譯碼雙向譯碼 X X、Y Y方向方向各為各為3232根譯碼輸出線根譯碼輸出線和驅動器，和驅動器，總共需要總共需要6464根譯碼根譯碼線和線和6464個驅動器。個驅動器。工作方式CSOEWEDi讀001DOUT寫010DIN禁止1Z6.4外部存儲器擴展外部存儲器擴展6.4.1 隨機讀寫存儲器（隨機讀寫存儲器（RAM）6.4.2 1.1.掩膜掩膜ROMROM：不可改寫不可改寫ROMROM由生產芯片的廠家固化信息。在最后一道工序用掩膜工藝寫入由生產芯片

19、的廠家固化信息。在最后一道工序用掩膜工藝寫入信息，用戶只可讀。信息，用戶只可讀。2.2.PROMPROM：可編程可編程ROMROM用戶可進行一次編程。存儲單元電路由熔絲相連，當加入寫脈用戶可進行一次編程。存儲單元電路由熔絲相連，當加入寫脈沖，某些存儲單元熔絲熔斷，信息永久寫入，不可再次改寫。沖，某些存儲單元熔絲熔斷，信息永久寫入，不可再次改寫。6.4外部存儲器擴展外部存儲器擴展6.4.1 隨機讀寫存儲器（隨機讀寫存儲器（RAM）6.4.2 3.3.EPROMEPROM：可擦除可擦除PROMPROM用戶可以多次編程。編程加寫脈沖后，某些存儲單元的用戶可以多次編程。編程加寫脈沖后，某些存儲單元的P

20、NPN結結表面形成浮動柵，阻擋通路，實現(xiàn)信息寫入。用紫外線照射可表面形成浮動柵，阻擋通路，實現(xiàn)信息寫入。用紫外線照射可驅散浮動柵，原有信息全部擦除，便可再次改寫。驅散浮動柵，原有信息全部擦除，便可再次改寫。4.4.EEPROMEEPROM：可電擦除可電擦除PROMPROM既可全片擦除也可字節(jié)擦除，可在線擦除信息，又能失電保既可全片擦除也可字節(jié)擦除，可在線擦除信息，又能失電保存信息，具備存信息，具備RAMRAM、ROMROM的優(yōu)點。但寫入時間較長。的優(yōu)點。但寫入時間較長。6.4外部存儲器擴展外部存儲器擴展6.4.1 隨機讀寫存儲器（隨機讀寫存儲器（RAM）6.4.2 只讀存儲器（只讀存儲器（RO

21、M）6.4.3 外部外部存儲器擴展連接存儲器擴展連接存儲器與微型機三總線存儲器與微型機三總線的一般連接方法和存儲器的一般連接方法和存儲器讀寫時序。讀寫時序。1.1.數據總線與地址總線數據總線與地址總線為兩組獨立總線。為兩組獨立總線。 DBDB0 0n n ABAB0 0N ND D0 0n nA A0 0N N ABABN+1N+1CSCSR/ WR/ WR/ WR/ W微型機微型機存儲器存儲器DB0n地址輸出地址輸出數據有效數據有效數據數據采樣采樣R/WAB0N2.2.微型機復用總線結構微型機復用總線結構數據與地址分時共用一數據與地址分時共用一組總線。組總線。單片機單片機 AD0n ALER

22、/WD0nA0nR/W存儲器存儲器Di Qi G地址地址鎖存器鎖存器ALE地址地址鎖存鎖存地址地址鎖存鎖存地址地址輸出輸出數據數據有效有效地址地址輸出輸出數據數據有效有效AD0n數據數據采樣采樣數據數據采樣采樣R/W8 8位位地址鎖存器地址鎖存器 74LS37374LS373、8282828274LS373、8282 功能鎖存輸出允許輸出G(STB)OEQi10Di0不變1Z當單片機外接芯片較多，超出總線負載能力，必須當單片機外接芯片較多，超出總線負載能力，必須加總線驅動器。加總線驅動器。單向驅動器單向驅動器74LS24474LS244用于用于地址總線驅動地址總線驅動雙向驅動器雙向驅動器74L

23、S25574LS255用于用于數據總線驅動數據總線驅動3 3微型機總線擴展驅動微型機總線擴展驅動 1 1.擴充存儲器位數擴充存儲器位數例例1 1用用2K2K1 1位存儲器芯片組成位存儲器芯片組成 2K2K8 8位存儲器系統(tǒng)位存儲器系統(tǒng)。例例2 2用用2K2K8 8位存儲器芯片組成位存儲器芯片組成2K2K1616位存儲器系統(tǒng)。位存儲器系統(tǒng)。CED07D07R/WR/WCECEA010A010D07D815R/WA010地址、片選和讀寫引線并聯(lián)后引出，數據線并列引出地址、片選和讀寫引線并聯(lián)后引出，數據線并列引出2.2.擴充存儲器容量擴充存儲器容量例例用用1K4位存儲器芯片組成位存儲器芯片組成4K8

24、位存儲器系統(tǒng)。位存儲器系統(tǒng)。片選方法：片選方法： 1.1.線選法線選法微型機剩余高位地址總線直接連接各存儲器片選線。微型機剩余高位地址總線直接連接各存儲器片選線。 2 2譯碼片選法譯碼片選法微型機剩余高位地址總線通過地址譯碼器輸出片選信號。微型機剩余高位地址總線通過地址譯碼器輸出片選信號。多片存儲器芯片組成大容量存儲器連接常用片選方法。多片存儲器芯片組成大容量存儲器連接常用片選方法。地址線、數據線和讀寫控制線均并聯(lián)。地址線、數據線和讀寫控制線均并聯(lián)。 為保證并聯(lián)數據線上沒有信號沖突，必須用片選信號為保證并聯(lián)數據線上沒有信號沖突，必須用片選信號區(qū)別不同芯片的地址空間。區(qū)別不同芯片的地址空間。2.

25、2.擴充存儲器容量擴充存儲器容量例例三片三片8KB8KB的存儲器芯片組成的存儲器芯片組成 24KB 24KB 容量的存儲器。容量的存儲器。確定各存儲器確定各存儲器芯片的地址空間：芯片的地址空間：D07R/WCEA012D07R/WCE1A012CE2D07R/WCEA012D07R/WCEA012CE3設設CECE1 1、CECE2 2、CECE3 3分別連接微型機分別連接微型機的高位地址總線的高位地址總線ABAB1313、ABAB1414、ABAB1515ABABi i 1514131215141312 111098 7 6 5 4 111098 7 6 5 4 3 2 1 03 2 1 0

26、1514131215141312 111098 111098 7 6 5 47 6 5 4 3 2 1 03 2 1 0 ：1101100 0000 0000 00000 0000 0000 00001101101 1111 1111 1111=C000H1 1111 1111 1111=C000HDFFFHDFFFH：1011010 0000 0000 00000 0000 0000 00001011011 1111 1111 1111=A000H1 1111 1111 1111=A000HBFFFH BFFFH ：0110110 0000 0000 00000 0000 0000 0000

27、0110111 1111 1111 1111=6000H1 1111 1111 1111=6000H7FFFH 7FFFH 2 2譯碼片選法譯碼片選法Y Y0 0、Y Y1 1、Y Y2 2分別連接三片存儲器的片選端分別連接三片存儲器的片選端CECE1 1、CECE2 2、CECE3 3AB13AB14AB15 +5V A Y0 B Y1 C Y2 G1 G2A.B Y774LS138各片存儲器芯片分配各片存儲器芯片分配地址：地址：CE1CE2CE3：0000H0000H1FFFH1FFFH：2000H2000H3FFFH3FFFH：4000H4000H5FFFH5FFFH用用2片片6116（

28、2K8）芯片擴展）芯片擴展 MCS51單片機的片外存儲器單片機的片外存儲器空間空間, 分配的地址范圍為分配的地址范圍為 A000HA7FFH，A800HAFFFH。要求：要求： 采用完全譯碼的方法采用完全譯碼的方法, 即所有地址線全部連接即所有地址線全部連接, 每個單每個單元只占用唯一的元只占用唯一的1個地址。要求畫出系統(tǒng)連接圖，包括個地址。要求畫出系統(tǒng)連接圖，包括MCS51單片機、單片機、373鎖存器、鎖存器、138譯碼器和譯碼器和6116存儲器。存儲器。A15A15A14A14A13A13A12A12A11A11A10A10A9A9A8A8A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A

29、1A1A0A01 10 01 10 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0A000HA000H1 10 01 10 00 01 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1A7FFHA7FFH1 10 01 10 01 10 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0A800HA800H1 10 01 10 01 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1AFFFHAFFFHP2.5 P2.4 P2.3 P2.76116(1) CE6116(2) CEP2.6 74LS138A B C G1 G2A G2B Y0 Y1 Y4 Y7 Y5 用用4片片6116（2K8）芯片擴展）芯片