第6章_MCS-51單片機總線系統(tǒng)及IO口擴展

1、第六章第六章 MCS-51單片機總線系統(tǒng)與單片機總線系統(tǒng)與I/O口擴展口擴展6.1單片機擴展總線概述單片機擴展總線概述6.1.1 片外總線擴展結(jié)構(gòu)6.1.2 三總線擴展的方法6.1.3 AT89C系列單片機的片內(nèi)存儲容量6.2 MCS-51單片機單片機I/O口擴展及編址技術(shù)口擴展及編址技術(shù)6.2.1 單片機I/O口擴展6.2.2 89C51單片機總線擴展的編址技術(shù)6.3 MCS-51存儲器擴展技術(shù)存儲器擴展技術(shù)6.3.1 89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展6.3.2 89C51單片機的程序存儲器擴展6.1.1 片外總線擴展結(jié)構(gòu)片外總線擴展結(jié)構(gòu)總線：連接系統(tǒng)中主機與各擴展部件的一組公共信號線?？偩€

2、：連接系統(tǒng)中主機與各擴展部件的一組公共信號線。單片機數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器I/O接口I/O接口I/O設(shè)備I/O設(shè)備地址總線（AB）數(shù)據(jù)總線（DB）控制總線（CB） 傳送數(shù)據(jù)，雙向，： 傳送CPU發(fā)出的地址信息，單向，： 傳送使微機協(xié)調(diào)工作的定時、控制信號，雙向，8位微機的位微機的DB總是總是8位，位，AB總是總是16位，位，而而CB的數(shù)目則隨機的數(shù)目則隨機型不同而不同。型不同而不同。6.1.2 三總線擴展的方法三總線擴展的方法1P0口作為數(shù)據(jù)總線和低口作為數(shù)據(jù)總線和低8位地址線位地址線2以以P2口作為高口作為高8位地址線位地址線3地址、數(shù)據(jù)分離電路地址、數(shù)據(jù)分離電路ALE 信號就是 MCS-51

3、 單片機提供的專用于數(shù)據(jù)/地址分離的一個引腳。6.1.3 AT89Cxx片內(nèi)存儲容量片內(nèi)存儲容量DeviceFlash(Kbytes)EEPROM(Kbytes)RAM(Bytes)I/OPinsAT89C20512-12815AT89C40514-12815AT89C511516251220AT89C51AC2322128034AT89C51ID2642204832AT89C51RB216-128032AT89C51RC32-51232AT89C51RC232-128032AT89C51RD264-204832AT89C51RE2128-204834AT89C55WD20-256326.2

4、單片機單片機I/O口擴展及編制技術(shù)口擴展及編制技術(shù) 51系列單片機內(nèi)部有4個雙向的并行I/O端口P0P3，共占32根引腳。P0口的每一位可以驅(qū)動8個TTL負(fù)載，P1P3口的負(fù)載能力為3個TTL負(fù)載。 在無片外存儲器擴展的系統(tǒng)中，這4個端口都可以作為準(zhǔn)雙向通用I/O口使用。 6.2.1 單片機單片機I/O口擴展口擴展 MCS-51單片機的I/O端口通常需要擴充，以便和更多的外設(shè)（例如顯示器、鍵盤）進行連接。 簡單的I/O口擴展，通常是采用TTL或CMOS電路鎖存器、三態(tài)門等作為擴展芯片，通過P0口來實現(xiàn)擴展的一種方案。它具有電路簡單、成本低、配置靈活的特點。 實際中可使用74LS244、74LS

5、245等芯片作為并行輸入口進行擴展，使用74LS273、74LS377等芯片作為并行輸出口進行擴展。6.2.1 單片機單片機I/O口擴展口擴展74LS244為8同相三態(tài)緩沖/驅(qū)動器 6.2.1 單片機單片機I/O口擴展口擴展74LS273為8D三態(tài)同相觸發(fā)器 6.2.1 單片機單片機I/O口擴展口擴展圖6-3為采用74LS244作為擴展輸入、74LS273作為擴展輸出的簡單I/O口擴展。 6.2.1 單片機單片機I/O口擴展口擴展 P2.0決定了74LS244的地址為： 0B 其中“”代表任意電平。由于地址線中有無關(guān)位，且無關(guān)位可組成多種狀態(tài)，則會出現(xiàn)“地址重疊”問題。所謂“地址重疊”，是指一

6、個擴展芯片占有多個額定地址空間。一般情況下，無關(guān)位取“1”。確定了地址以后，就可以讀入擴展輸入口的內(nèi)容。程序如下：MOVDPTR,#0FEFFH ;確定擴展芯片地址MOVXA,DPTR;將擴展輸入口內(nèi)容讀入累加器A當(dāng)與74LS244相連的按鍵都沒有按下時，輸入全為1，若按下某鍵，則所在線輸入為0。6.2.1 單片機單片機I/O口擴展口擴展輸出控制信號由P2.0和相“或”后形成。當(dāng)二者都為0后，74LS273的控制端有效，選通74LS273， P0上的數(shù)據(jù)鎖存到74LS273的輸出端，控制發(fā)光二極管LED，芯片地址與74LS244的選通地址相同（都是0B，通常取為FEFFH）。當(dāng)某線輸出為0時，

7、相應(yīng)的LED發(fā)光。雖然二個芯片的口地址都為FEFFH，但是由于分別由RD和WR控制，兩個信號不可能同時為0（執(zhí)行輸入指令例如MOVX A，DPTR或MOVX A，Ri時，有效；執(zhí)行輸出指令例如MOVX DPTR，A或MOVX Ri，A時，有效），所以邏輯上二者不會發(fā)生沖突。6.2.1 單片機單片機I/O口擴展口擴展例6-1：參照圖6-3，編寫程序?qū)崿F(xiàn)把按鈕開關(guān)狀態(tài)通過發(fā)光二極管（LED）顯示出來。分析：首先根據(jù)電路確定輸入/輸出擴展芯片的地址；讀入輸入口的數(shù)據(jù)并用此內(nèi)容控制輸出端口（注意要使用MOVX指令）。 循環(huán)檢測并輸出。匯編語言程序如下：MOVDPTR,# 0FEFFH;確定擴展輸入確定

8、擴展輸入/輸出芯片地址輸出芯片地址LOOP:MOVXA,DPTR;將擴展輸入端口內(nèi)容讀入累加器將擴展輸入端口內(nèi)容讀入累加器AMOVXDPTR,A;將讀入的數(shù)據(jù)送到擴展輸出端口將讀入的數(shù)據(jù)送到擴展輸出端口SJMPLOOP;循環(huán)檢測循環(huán)檢測6.2.1 單片機單片機I/O口擴展口擴展C51語言程序如下：#include /定義定義MCS-51的特殊功能寄存器的特殊功能寄存器SFR unsigned char xdata addr _at_ 0 xFEFF;/定義擴展輸入定義擴展輸入/輸出芯片地址輸出芯片地址main( )unsigned char x; /定義定義8位數(shù)據(jù)變量位數(shù)據(jù)變量while(1

9、)x = addr; /讀入擴展輸入端口內(nèi)容讀入擴展輸入端口內(nèi)容addr = x; /將讀入的數(shù)據(jù)送到擴展輸出端口將讀入的數(shù)據(jù)送到擴展輸出端口6.2.2 單片機總線擴展的編址技術(shù)單片機總線擴展的編址技術(shù)可供使用的編址方法有兩種：線選法線選法 適用于小規(guī)模單片機系統(tǒng)的總線擴展。 譯碼法譯碼法 適用于大容量多芯片存儲器擴展。常用譯碼器來完成譯碼功能。 常用的譯碼芯片有： 74LS139（雙2-4譯碼器）和74LS138（3-8譯碼器）等 。 6.2.2 單片機總線擴展的編址技術(shù)單片機總線擴展的編址技術(shù)3線-8線譯碼器74LS1386.2.2 單片機總線擴展的編址技術(shù)單片機總線擴展的編址技術(shù)OELE

10、DnQnLHHHLHLLLLLQn-1LLHQn-1HZ地址鎖存器74LS373 6.3 MCS-51存儲器擴展技術(shù)存儲器擴展技術(shù)存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)：存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)：存儲容量存儲容量存取速度存取速度可靠性可靠性功耗功耗工作溫度范圍工作溫度范圍封裝形式封裝形式6.3.1 89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展MCS-51系列單片機產(chǎn)品中片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器容量一般為系列單片機產(chǎn)品中片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器容量一般為1282048個字節(jié)。個字節(jié)。 表6-3 常用SRAM芯片的主要性能性能型號容量（bit）讀寫時間（ns）額定功耗（mw）封裝61162K8200200DIP2462648K8

11、200200DIP286225632K8200200DIP28例6-2：在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴展2K字節(jié)靜態(tài)RAM。（1）芯片選擇根據(jù)題目容量的要求我們選用SRAM 6116，它是一種采用CMOS工藝制成的SRAM，采用單一+5V供電，輸入輸出電平均與TTL電平兼容，具有低功耗操作方式。當(dāng)CPU沒有選中該芯片時（ ），芯片處于低功耗狀態(tài)，可以減少80%以上的功耗。6116的管腳如圖6-9所示。6.3.1 89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展1CE1CEA71A62A53A44A35A26A17A08I/O09I/O110I/O211GND12I/O313I/O414I/O515

12、I/O616I/O717CE18A1019OE20WE21A922A823VCC2461166.3.1 89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展1CE（2）硬件電路單片機與6116的硬件連接如圖6-10所示。6.3.1 89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展1CECEOEWE（3）連線說明6116與單片機的連線如下：地址線：A0A10連接單片機地址總線的A0A10，即P0.0P0.7、P2.0、P2.1、P2.2共11根；數(shù)據(jù)線：I/O0I/O7連接單片機的數(shù)據(jù)線，即P0.0P0.7；控制線：片選端寫允許線.讀允許線6.3.1 89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展單片

13、機的數(shù)據(jù)存儲器擴展1CE.4）片外RAM地址范圍的確定及使用顯然只有P2.7=0，才能夠選中該片6116，故其地址范圍確定如表6-5所示：6.3.1 89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展1CE如果與6116無關(guān)的管腳取0，那么6116的地址范圍是0000H07FFH；如果與6116無關(guān)的管腳取1，那么6116的地址范圍是7800H7FFFH。單片機對片外RAM的讀寫除了可以使用：MOVXDPTR,A ;64K字節(jié)內(nèi)寫入數(shù)據(jù)MOVXA,DPTR ;64K字節(jié)內(nèi)讀取數(shù)據(jù)還可以使用以下對低256字節(jié)的讀寫指令：MOVXRi,A ;低256字節(jié)內(nèi)寫入數(shù)據(jù)MOVXA，Ri ;低256字

14、節(jié)內(nèi)讀取數(shù)據(jù)C51編寫方法：xdata和pdata用于單片機的片外RAM區(qū)，這兩個區(qū)聲明變量參見第四章。xdata片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)（64KB）；pdata分頁尋址片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)（256字節(jié)）。例6-3：擴展8K RAM，地址范圍是4000H5FFFH，并且具有唯一性；其余地址均作為外部I/O擴展地址。（1）芯片選擇靜態(tài)RAM芯片6264 6264是8K8位的靜態(tài)RAM，它采用CMOS工藝制造，單一+5V供電，額定功耗200mW，典型讀取時間200ns，封裝形式為DIP28。3-8譯碼器74LS138 這里采用全譯碼方式，6264的存儲容量是8K8位，占用了單片機的13條地址線A0A12，剩余的3

15、條地址線A13A15通過74LS138來進行全譯碼。6.3.1 89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展1CENC1A122A73A64A55A46A37A28A19A010I/O011I/O112I/O213GND14I/O315I/O416I/O517I/O618I/O719CE120A1021OE22A1123A924A825CE226WE27VCC2862646.3.1 89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展1CE（2）硬件電路（3）連線說明6.3.1 89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展1CE.4）片外RAM地址范圍的確定及使用6.3.

16、1 89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展單片機的數(shù)據(jù)存儲器擴展1CE.總結(jié)：總結(jié)： 擴展一片6264 (8K字節(jié))，需考慮步驟如下：確定地址線根數(shù)；確定地址線根數(shù)； 已知1KB=1024字節(jié)，則1K = 210 8K = 213 。所以需要13根地址線，A0A12。確定地址總線確定地址總線AB及其連接；及其連接； 地址總線 AB：低8位地址A0A7從P0口輸出，由于P0口是復(fù)用口，所以需通過74LS373鎖存。高8位地址A12A8直接從P2口輸出，其中A12為最高位。確定數(shù)據(jù)總線確定數(shù)據(jù)總線DB及其連接；及其連接； 數(shù)據(jù)總線 DB：直接接P0口，即D0D7。確定控制總線確定控制總線CB及其連接。及其連接。6.3.2 89C51單片機的程序存儲器擴展單片機的程序存儲器擴展1CE.通常擴展的外部程序存儲器使用EPROM或E2PROM。單片機與程序存儲器的連接方法和數(shù)據(jù)存儲器連接方法大致相同。 6.3.2 89C51單片機的程序存儲器擴展單片機的程序存儲器擴展1CE.89C51單片機擴展程序存儲器27C64的連接 6.3.2 89C51單片機的程序存儲器擴展單片機的程序存儲器擴展1CE.例6-4 采用譯碼器法擴展2片8KB EPROM，2片8KB RAM。EPROM選用2764，RAM選用6264。共擴展4片芯片，擴展接口電路見圖6-1