1、第五章 MCS-51系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)5-1 MCS-51單片機(jī)最小系統(tǒng)5-2 存儲器的擴(kuò)展5-3 并行I / O端口的擴(kuò)展方法5-4 可編程并行接口芯片81555-5 常用通道配置與接口技術(shù)5-6 D / A轉(zhuǎn)換5-7 A / D轉(zhuǎn)換第1頁，共64頁。項(xiàng)目引入1.項(xiàng)目描述片外RAM對信號燈的控制及可編程I/O口的應(yīng)用2.硬件電路與工作原理讓學(xué)生根據(jù)任務(wù)分析硬件要求，畫出具體電路，并在實(shí)驗(yàn)開發(fā)板上接線3.程序設(shè)計(jì)（給出控制程序） 第2頁，共64頁。第3頁，共64頁。 參考程序：對片外RAM寫入數(shù)據(jù)并輸出，控制P1口的亮滅狀態(tài)。 ORG 0000H MOV DPTR,#1000H ；指向片外RAM的首

2、地址 MOV A,#0FEH ；設(shè)置第一個(gè)要送入的數(shù)據(jù) MOV R1,#08H ；設(shè)循環(huán)次數(shù)第4頁，共64頁。 WRITE: MOVX DPTR,A ；向RAM中寫入數(shù)據(jù) INC DPTR ；片外RAM地址加1 CLR CY RL A ；更新數(shù)據(jù) DJNZ R1,WRITE ；8次未送完，繼續(xù)寫入，否則順序執(zhí)行下一條指令 MOV R1,#08H ；再次設(shè)置循環(huán)次數(shù) START: MOV DPTR,#1000H ；指向第一個(gè)數(shù)據(jù)單元1000H第5頁，共64頁。 READ: MOVX A,DPTR ；讀出數(shù)據(jù)到A累加器 MOV P1,A ；送P1口點(diǎn)亮發(fā)光二極管 LCALL DELAY ；延時(shí)一段

3、時(shí)間 INC DPTR ；更新地址 DJNZ R1,READ ；連續(xù)讀出8個(gè)數(shù)據(jù)，送P1口顯示 SJMP START ；8個(gè)數(shù)據(jù)讀完，繼續(xù)從第一個(gè)數(shù)據(jù)單元開始。 第6頁，共64頁。 單片機(jī)內(nèi)資源少，容量小，在進(jìn)行較復(fù)雜過程的控制時(shí)，它自身的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。為此，應(yīng)擴(kuò)展其功能。 MCS-51單片機(jī)的擴(kuò)展性能較強(qiáng)，根據(jù)需要，可擴(kuò)展： ROM、RAM； 定時(shí) / 計(jì)數(shù)器； 并行I / O口、串行口； 中斷系統(tǒng)擴(kuò)展等。第7頁，共64頁。7-1 MCS-51單片機(jī)最小系統(tǒng)一、8051/8751硬件最小系統(tǒng)對于片內(nèi)有ROM型單片機(jī)，其自身可以構(gòu)成最小系統(tǒng) 第8頁，共64頁。 該系統(tǒng)的資源如下： 4K

4、B ROM，256B RAM； 五源中斷系統(tǒng)； 兩個(gè)十六位加一定時(shí) / 計(jì)數(shù)器； 一個(gè)全雙工串行UART； 四個(gè)并行I / O口。二、8031硬件最小系統(tǒng) 8031單片機(jī)片內(nèi)無ROM，若要正常工作，必需外配ROM。外接ROM后，P3口、P2口、P0口均被占用只剩下P1口作I / O口用，其它功能不變。 第9頁，共64頁。圖中：/E 三態(tài)門控制端 G 低電平鎖存 第10頁，共64頁。三總線的概念:地址總線 AB，P0口提供（A7 A0）； P2口提供（A15 A8），共16位。數(shù)據(jù)總線 DB，P0口提供（D7 D0），共8位。控制總線 CB，ALE 、 、 、 、等。第11頁，共64頁。7-2

5、存儲器的擴(kuò)展一、三總線的連接 1、數(shù)據(jù)線的連接 P0口的八位線承擔(dān)此任，此時(shí)不用外接上拉電阻。2、地址線的連接 P0口承擔(dān)地址低八位線，A0 A7； P2口承擔(dān)地址高八位線。A8 A15。注意：P0口線地址 / 數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用，需用地址鎖存器 74LS373鎖存地址。 第12頁，共64頁。A10 A8A7 A0D7 D0 CB第13頁，共64頁。3、控制線的連接對存儲器來講控制線無非是：芯片的選通控制、讀寫控制。單片機(jī)與外部器件數(shù)據(jù)交換要遵循兩個(gè)重要原則：一是，地址唯一性，一個(gè)單元一個(gè)地址。二是，同一時(shí)刻，CPU只能訪問一個(gè)地址，即只能與一 個(gè)單元交換數(shù)據(jù)。不交換時(shí)，外部器件處于鎖閉狀態(tài)，對總線

6、呈浮空狀態(tài)。 第14頁，共64頁。讀 / 寫：CPU向外部設(shè)備發(fā)出的讀/寫控制命令。 EPROM：/OE /PSEN SRAM： /WE /WR /OE /RD 選通：CPU與器件交換數(shù)據(jù)或信息，需先發(fā)出選通信號/CE或/CS，以便選中芯片。第15頁，共64頁。二、存儲器地址編碼SRAM6116：“16” 2K8 = 2KB 21210 = 211即6116有11根地址線。地址空間： A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0最低地址： 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0000H 最高地址： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 07FFH MCS-51單片

7、機(jī)尋址范圍：64KB 26210 = 216即16位地址線地址空間：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A0 單片機(jī) A10A9A8A7A0 6116 25 = 322KB第16頁，共64頁。上式中：“”表示0或1。即單片機(jī)地址空間中包含有32個(gè)2KB。某片6116占據(jù)的是哪2KB不能確定地址浮動。 只有限定A15A11的取值才能確定6116在系統(tǒng)中的地址范圍。如，P2.6 = 0 ，選中6116的/CS線。設(shè)P2.7 P2.5 P2.4 P2.3假定全為1 則: 6116地址范圍是B800H BFFFH。 同理， P27 P25 P24 P23假定全為0 則: 6116地址范圍是

8、 0000H 07FFH；再設(shè)P27選中6116 （設(shè)P26 P25 P24 P23全為1） 則：地址范圍是7800H 7FFFH 第17頁，共64頁?？梢姡捍鎯ζ餍酒谙到y(tǒng)中地址分布由兩個(gè)因素決定： 一是，芯片本身的地址線（與容量有關(guān)） 二是，芯片選通信號的獲得方式。擴(kuò)展存儲器時(shí)，總是讓單片機(jī)低位地址與存儲器芯片地址線相接；而讓單片機(jī)剩余的高位地址線（在P2口）常作為片選信號線。這種方法對SRAM、EPROM、擴(kuò)展I / O芯片、外設(shè)同樣適用。 P2.5 = 0時(shí)，選中2764；“64” 8K8b = 23210 = 213 A15 A14 A13 A12 A11 A0 23 = 88KB第

9、18頁，共64頁。若取P2.7 P2.6均為1；則2764在本系統(tǒng)內(nèi)地址范圍：C000H DFFFH可以。此時(shí)6116：D800H DFFFH 2764：C000H DB00H 若6116與2764都用A13 （P25）選中可否第19頁，共64頁。6116與2764在0800H DFFFH范圍內(nèi)地址重疊，這是不是違反交換原則呢？不會！因?yàn)椋?116是SRAM，2764是EPROM。除地址和選通信號外，還有讀/寫控制信號起作用。RAM /WE /WR /OE /RD ROM /OE /PSEN可用來區(qū)分二器件第20頁，共64頁。包括： 256B靜態(tài)RAM； 2 個(gè)8位和1個(gè)6位可編程并行I /

10、O口； 1個(gè)14位定時(shí)器（減1計(jì)數(shù)）； 1個(gè)8位地址鎖存器； 一些控制邏輯電路等。 5-5 可編程并行接口芯片8155 第21頁，共64頁。一、引腳 AD0 AD7 地址/數(shù)據(jù)線。 傳送地址、數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)等。 ALE 地址鎖存（輸入） IO/M IO口/RAM選擇；0:選內(nèi)RAM；1:選內(nèi)IO口 /CE 片選線 /RD、/WR 讀、寫控制 PA7 PA0 A口輸入/輸出線 PB7 PB0 B口輸入/輸出線 PC5 PC0 C口輸入/輸出線 TIMERIN 定時(shí)器輸入（輸入定時(shí)器所需時(shí)鐘） TIMEROUT 定時(shí)器輸出（輸出所產(chǎn)生的方波脈沖） 第22頁，共64頁。二、8155的RAM和I /

11、 O口地址編碼包括：內(nèi)RAM 256B對應(yīng)256個(gè)地址 命令/狀態(tài)寄存器地址 1個(gè)地址 PA口地址 1個(gè)地址 PB口地址 1個(gè)地址 PC口地址 1個(gè)地址 定時(shí)器低8位地址 1個(gè)地址 定時(shí)器高8位地址 1個(gè)地址 由AD7 AD0及IO/M決定。第23頁，共64頁。三、8155的工作方式與基本操作有三種基本操作：1、作單片機(jī)片外256B數(shù)據(jù)存儲器IO/M=0，與其它數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。用MOVX訪問。2、作擴(kuò)展I / O口使用IO/M=1，PA口、PB口、PC口，可通過編程決定如何使用。命令寄存器（命令控制字） I / O口工作方式狀態(tài)標(biāo)志寄存器 PA口、PB口狀態(tài)標(biāo)志。 第24頁，共64頁。命令

12、寄存器，只寫不讀狀態(tài)標(biāo)志寄存器，只讀不寫 二者使用同一地址 I / O口工作方式有四種：A口、B口 基本I / O口， C口輸入；A口、B口 基本I / O口， C口輸出；A口選通I / O、B口基本I / O、C口作聯(lián)絡(luò)線；A口、B口選通I / O、C口作聯(lián)絡(luò)線。狀態(tài)標(biāo)志寄存器： BF 緩沖器滿標(biāo)志； INTR 端口中斷請求標(biāo)志； INTE 端口中斷允許標(biāo)志； TIMER 定時(shí)器中斷請求。第25頁，共64頁。3、作定時(shí)器擴(kuò)展使用可以通過編程決定輸出4種信號，即有四種工作臺方式 （P172 圖5-27） 單方波； 連續(xù)方波； 單脈沖； 連續(xù)脈沖。由兩個(gè)8位寄存器，決定14位定時(shí)器計(jì)數(shù)常數(shù)及四種

13、工作方式。由命令寄存器的最高兩位對定時(shí)器進(jìn)行四種控制。 第26頁，共64頁。T7T6T5T4T3T2T1T0(a) 定時(shí)器格式T7T6T5T4T3T2T1T0D7 D7 D7 D7 D7 D7 D7 D7 減1計(jì)數(shù)器低8位減1計(jì)數(shù)器低6位定時(shí)器方式編輯位D7 D7 D7 D7 D7 D7 D7 D7 M2 M1方式定時(shí)器輸出波形0 0單波形0 1 連續(xù)波形1 0單脈沖1 1連續(xù)脈沖(b)定時(shí)器方式及輸出波形第27頁，共64頁。四、單片機(jī)與8155的接口及操作軟件 圖 5-28 （P173）如圖連線后地址分布是：內(nèi)RAM地址 7E00H 7EFFH I / O口地址： 命令狀態(tài)口 7F00H P

14、A口 7F01H PB口 7F02H PC口 7F03H 定時(shí)器低8位 7F04H 定時(shí)器高8位 7F05H第28頁，共64頁。第29頁，共64頁。操作軟件： MOV DPTR，#RAM或I / O口地址 MOV A，#欲寫內(nèi)容或命令字 MOV DPTR，A 第30頁，共64頁。5-6 常用通道配置及接口基礎(chǔ)一、按鍵、鍵盤及其接口1、按鍵操作存在的問題 鍵抖動 硬件消除抖動 P180圖5-37，RS觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)電路軟件去抖 延時(shí)10ms左右。 第31頁，共64頁。2、按鍵分類（1）獨(dú)立式按鍵單片機(jī)一條I / O口線對應(yīng)一個(gè)按鍵。（2）鍵盤一般指矩陣式鍵盤。若干I / O口線作行線；若干I /

15、 O口線作列線，在每個(gè)行列交點(diǎn)設(shè)置按鍵組成。 圖5-42 P185 第32頁，共64頁。3、按鍵監(jiān)測方法（1）監(jiān)測有無鍵按下（中斷方式或查詢方式）（2）按鍵的識別 （哪一個(gè)鍵被按下） 掃描法 有鍵按下時(shí)，讀入行或列值， 則為0值的行列交點(diǎn)的鍵便是。 線反轉(zhuǎn)法院 第一步，行線輸出全0，列線輸入； 第二步，列線輸出全0，行線輸入； 輸入的行值、列值均為0的相應(yīng)鍵便是。 第33頁，共64頁。二、七段LED顯示器及接口1、字形碼表的產(chǎn)生， P192 表5-112、顯示方式1）靜態(tài)顯示2）動態(tài)顯示（利用人眼的視覺暫留效應(yīng)）3、接口方法1）與單片機(jī)直接相接：取字形碼表中的碼值來顯示。2）通過硬件七段譯碼器

16、相接：單片機(jī)利用口線輸出十六進(jìn)制數(shù)來顯示。 第34頁，共64頁。5-7 D / A轉(zhuǎn)換一、D / A轉(zhuǎn)換的作用第35頁，共64頁。二、D / A轉(zhuǎn)換的重要指標(biāo)分辨率的定義：最小輸出電壓與最大輸出電壓所對應(yīng)的數(shù)字量之比。如10位D / A轉(zhuǎn)換器：分辨率 = 1/（2101）= 1/1023 = 0.001反映了D / A轉(zhuǎn)換的靈敏度。 三、D / A轉(zhuǎn)換器DAC0830 08328位分辨率具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器（8位）；可單緩沖、雙緩沖或直接輸入，實(shí)現(xiàn)多通道D / A同步轉(zhuǎn)換輸出。須外接參考電壓源為電流輸出型D / A轉(zhuǎn)換器 第36頁，共64頁。 1、DAC 0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)P205 圖5-58

17、有20個(gè)引腳。 2、與8031單片機(jī)接口及操作軟件 （1）單緩沖方式 P206 圖5-60 第37頁，共64頁。第38頁，共64頁。第39頁，共64頁。有20個(gè)引腳DI0 DI7 數(shù)據(jù)輸入線 ILE 數(shù)據(jù)允許鎖存 /CS 輸入寄存器選擇 /WR1 輸入寄存器的寫選通 /WR2 DAC寄存器的寫選通 /XREF 數(shù)據(jù)傳送信號 Vref 基準(zhǔn)電源輸入 Rfb 反信號輸入（內(nèi)有反饋電阻） Iout1、Iout2 電流輸出Vcc、AGND、DGND 電源、地 第40頁，共64頁。 完成一次D / A轉(zhuǎn)換：MOV DPTR，#7FFFH ；DAC 0832口地址MOV A，#DATA ；欲轉(zhuǎn)換的數(shù)字量M

18、OVX DPTR , A ；轉(zhuǎn)換 （2）雙緩沖器同步方式 電路：圖5-61 圖中：P2.5 選中DAC 0832(1)P2.6 選中DAC 0832(2) 輸入鎖存器P2.7 控制兩芯片/XREF同步轉(zhuǎn)換 第41頁，共64頁。第42頁，共64頁。 3、應(yīng)用例、利用單片機(jī)及DAC 0832產(chǎn)生階梯波，DAC 0832采用單緩沖方式，定時(shí)1ms，增幅10，10ms一循環(huán)。解： START： MOV A，#00H MOV DPTR，#7FFFH ；轉(zhuǎn)換器地址 MOV R1，#0AH ；10個(gè)臺階（10ms） 1ms0vt第43頁，共64頁。 LOOP： MOVX DPTR，A ；送欲轉(zhuǎn)換數(shù)字量 CA

19、LL DL1 ；延時(shí)1ms DJNZ R1，NEXT ；10個(gè)臺階未完繼續(xù)增幅 SJMP START NEXT： ADD A，#10 JMP LOOP DL1 ： MOV 20H，#249 DLL ： NOP NOP DJNZ 20H，DLL RET 如此，還可產(chǎn)生鋸齒波，三角波等。 第44頁，共64頁。5-8 A / D轉(zhuǎn)換一、常用A / D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理 1、逐次逼近式 圖5-662、雙積分式 圖5-67第45頁，共64頁。第46頁，共64頁。第47頁，共64頁。分辨率的定義：輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需要輸入模擬電壓的變化量。用公式表示為：滿刻度電壓/2n （n為位數(shù)） 二、ADC

20、0808 / 0809 8路8位A / D轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近式A / D轉(zhuǎn)換原理（時(shí)鐘：10 1280KHz）模擬輸入有8個(gè)通道（任一通道模擬都可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)8位數(shù)字量輸出） 第48頁，共64頁。1、ADC 0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳（ 圖 5-72 ） 第49頁，共64頁。圖中SAR是逐次逼近寄存器；引腳（有28條）：IN0 IN7 8路模擬量輸入通道的輸入口； 2-1 2-8 8位數(shù)字量輸出口； START 啟動輸入口 啟動轉(zhuǎn)換 ALE 通道地址鎖存 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號 OE 輸出允許 CLK 時(shí)鐘端 ADDA、ADDB、ADDC 8路模擬開關(guān)的3位地址選擇端 REF（+）、REF（-）

21、 參電壓輸入端 Vcc、GND 電源、地。 第50頁，共64頁。2、ADC 0809 與8031單片機(jī)接口設(shè)計(jì) 有查詢方式、中斷方式、等待延時(shí)方式。片內(nèi)無時(shí)鐘，由單片機(jī)的ALE（fosc/6）經(jīng)二分頻后接入。若fosc = 6MHz，則接入時(shí)鐘為500KHz，滿足：10 1280KHz的要求。 圖 5-75 第51頁，共64頁。第52頁，共64頁。P2.7（片選） 地址碼 輸入通道C B A7FF8H 0 0 0 0 IN0 7FFFH 0 1 1 1 IN7 第53頁，共64頁。例、對通道IN0，采樣一次，轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存到數(shù)據(jù)存儲區(qū)。解：MAIN： MOV R1，#data ；存數(shù)地址

22、MOV DPTR，#7FF8H ；P2.7 = 0，指向IN0MOVX DPTR，A ；不論A中為何內(nèi)容都啟動轉(zhuǎn)換MOV R6，#0AH ；軟件延時(shí) DLAY： NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R6，DLAY MOVX A，DPTR ；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R1 , A ；存儲數(shù)據(jù) 第54頁，共64頁。A / D轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計(jì) 1、硬件連線 (圖P218 5-75) 第55頁，共64頁。 圖中， ALE = START = /（/WR+P2.7） OE = /（/RD+P2.7）通道地址：P27 P26 P20 P07 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 A15 A14 A

23、8 A7 A3 A2 A1 A0 7FFBH 0 0 0 0 7FFFH 0 1 1 1 第56頁，共64頁。 （1）延時(shí)等待方式 2、軟件設(shè)計(jì)方法 分別8路模擬信號輪流采樣一次，并依次把結(jié)果轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲區(qū)的采樣轉(zhuǎn)換程序如下（設(shè)數(shù)據(jù)區(qū)首地址30H；采樣采用循環(huán)程序，R7作計(jì)數(shù)器）： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H MAIN： MOV R1，#30H MOV DPTR，#7FF8H MOV R7，#08H 第57頁，共64頁。 LOOP： MOVX DPTR，A MOV R6，#0FH DLAY： NOP NOP NOP NOP DJNZ R6，DLAY MOVX A，DPTR MOV R1，A INC DPTR INC R1 DJNZ R7，LOOP RET 第58頁，共64頁。 (2) 中斷方式 合上K1，啟動轉(zhuǎn)換后，經(jīng)tEOC時(shí)間，EOC輸出負(fù)脈沖波形，表示某通道轉(zhuǎn)換已結(jié)束，單片機(jī)可以取走數(shù)據(jù)。讓八個(gè)通道輪流轉(zhuǎn)換一遍。ORG 0000HAJMP MAIN2ORG 0013HAJMP INTR1ORG 0300H MAIN2：MOV R1，#30HSETB IT1 ；下降沿觸發(fā)/INT1中斷SETB EX1 ；允許/INT1中斷SETB EA ；開中斷MOV R7，#08H ；待