第6章單片機系統(tǒng)擴展設計6.1MCS-51系統(tǒng)擴展原理6.2MCS-51存儲器系統(tǒng)配置6.3程序存儲器擴展設計6.4數據存儲器擴展設計6.5I/O接口概述6.6可編程并行I/O接口芯片8255A6.7可編程RAM/IO擴展器8155/81566.8用TTL芯片擴展簡單的I/O接口6.9顯示器與鍵盤接口6.10并行打印機接口

單片機系統(tǒng)擴展及接口技術擴展內容：存儲器：ROM+RAMI/O:串行、并行、D/A、A/D等MCS-51擴展及接口結構MCS-51硬件性能回顧ALEP3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7P3.0EAPSENRST803180518751VccVssP1口P2口P0口373GE+5VA0~A7D0~D7I/OXTAL1XTAL2RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD數據總線DB晶振1.2~12MHZ8031地址總線AB擴展三總線的產生目的：獨立的三總線常用地址鎖存器：74LS373，74LS273，8282等74LS37374LS273一、程序存儲器MCS-51最小系統(tǒng)8051/8751內部有4KROM/EPROM8052/8752內部有8KROM/EPROMMCS-51最大系統(tǒng)：可尋址64KB單元。容量不夠時就要擴展片外程序存儲器。6.2存儲器系統(tǒng)二、數據存儲器MCS-51最小系統(tǒng)MCS-51最大系統(tǒng)：可尋址64KB單元。容量不夠時就要擴展片外數據存儲器RAM（I/O）。51子系列內部只有128BRAM52子系列內部只有256BRAM6.2存儲器系統(tǒng)6.3程序存儲器擴展——控制信號結論: ALE用于低8位地址鎖存信號

PSEN接外擴EPROM的OE腳

P0口分時作低8位地址和數據總線

P2口作高8位地址線

EA=0訪問程序存儲器的控制信號：地址鎖存信號ALE/PROG：低8位地址鎖存片外程序存儲器讀選通信號PSEN內部和外部程序存儲器選擇信號EA/Vpp：EA=1，片內程序存儲器；EA=0，片外程序存儲器操作時序_不執(zhí)行MOVX指令ALEPSENRD/WRP2PCH輸出PCH輸出PCH輸出PCH輸出P0指令輸入指令輸入指令輸入指令輸入PCL輸出PCL輸出PCL輸出PCL輸出PCL輸出有效PCL輸出有效PCL輸出有效外部程序存儲器操作時序（a）第一個機器周期第二個機器周期操作時序_執(zhí)行MOVX指令時PCL輸出有效DPL輸出有效OSCALEPSENP1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2S1S2S3S4S5S6機器周期P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2S1S2S3S4S5S6機器周期P2PCH輸出DPH或P2輸出PCH輸出RD/WRP0指令輸入指令輸入PCL輸出地址輸出數據輸出PCL輸出數據輸入外部程序存儲器操作時序（b）RDWR程序存儲器擴展——操作時序將ALE用作定時脈沖輸出時，執(zhí)行一次MOVX指令會丟失一個脈沖。只有執(zhí)行MOVX指令時的第二個機器周期期間，地址總線才由數據存儲器使用。結論常用程序存儲器芯片

只讀存儲器ROM有3種類型，即：固定掩膜型ROM可擦除可編程EPROM可電改寫EEPROM可擦除可編程EPROM常用EPROM芯片有：2732 4K×8B

2764 8K×8B27128 16K×8B27256 32K×8B27512 64K×8B27010 128K×8B27020 256K×8B27040 512K×8B27080 1M×8B

大容量的EPROM存貯器發(fā)展很快，價格日趨便宜，采用大容量8KB以上存貯器比采用小容量的更為適宜。EPROM芯片在引腳安排上考慮了它們的兼容和替代性能。

2764，27128，27256和27512為28引腳的雙列直插型芯片。除了1，26，27三個引腳外的全部控制信號、地址、數據線的引腳是一樣的。在印制板設計時采用跳接線的方法，就可以相互替代。2764EPROM的操作方式有：編程方式：把程序代碼固化到EPROM中。編程校驗方式：讀出EPROM的內容，校對編程操作的正確性。讀出方式：

CPU從EPROM中讀出指令和常數。維持方式：數據端呈高阻。編程禁止方式：用于多片EPROM并行編程。EPROM寫入器EPROM操作方式2764A6A7A5A0A1A2A3A4A13A8A9A10A11A12Q1Q0Q2Q7Q6Q5Q4Q3VccGNDVPPOECE271281D2D3D4D6D5D8D7D1Q2Q3Q4Q6Q5Q8Q7QGEVccGND+5V74LS373P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P2.0P3.1。。。P3.7P3.0P1.1。。。P1.7P1.0XTAL1XTAL2VccEAALEPSEN8031VSS+5V1、線地址譯碼法擴展16KBEPROM=0線地址0000H3FFFH～4000H7FFFH～=0=1常用的地址譯碼器是：3-8線譯碼器74LS138雙2-4線譯碼器74LS13974LS13812345678910141615131211ABCG2AG2BG1GNDY7Y6Y4Y3Y2Y1Y0Y5VCC8個輸出端3個選擇輸入端3個允許輸入端常用的地址譯碼器Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y7Y6111111111111111111111111111111110111111110111111110111111110111111110111111110110110110100100100100100100

000001011010010101CBAG2BG2AG1100110

11111101100111

11111110輸入輸出74LS138譯碼器真值表禁止允許74LS139123456789101416151312111個允許輸入端2個選擇輸入端4個輸出端1A1BGND1G1Y31Y21Y11Y02Y32Y22Y12Y0VCC2A2B2G輸出輸入GB

AY0Y1Y2Y311111000011100110110101101011111074LS139譯碼器真值表4個輸出端程序存儲器設計要點：⑴了解外部程序存儲器的操作時序，以及所使用控制信號的作用。⑵找出8031和存儲器芯片之間引腳接線的對應關系，將其相應的數據線、地址線和控制線正確連接。⑶地址譯碼選擇集成度高的芯片，若需多片則應選擇容量相同的芯片，以簡化電路的設計。選擇片選信號A6A7A5A0A1A2A3A4A13A8A9A10A11A12Q1Q0Q2Q7Q6Q5Q4Q3VccGNDVPPOECE271281D2D3D4D6D5D8D7D1Q2Q3Q4Q6Q5Q8Q7QGEVccGND+5V74LS373P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P2.0P3.1。。。P3.7P3.0P1.1。。。P1.7P1.0XTAL1XTAL2VccEAALEPSEN8031VSS+5V1、線地址譯碼法擴展16KBEPROM=0線地址0000H3FFFH～4000H7FFFH～=0=1P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P2.01、線地址譯碼法擴展16KBEPROMA6A7A5A0A1A2A3A4A13A8A9A10A11A12CE0×000000000000000×11111111111111基本地址范圍：0000H～3FFFH重疊地址范圍：4000H～7FFFH結構特點：地址范圍：⑴EPROM由PSEN進行讀選通控制，8031的EA接地。⑵用一根線（P2.7）去選擇芯片，P2.7=0時，選中該片。⑶P2.6懸空產生地址重疊。2712880316.3.3程序存儲器擴展設計EA。。。P0.7P0.0P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P2.7ALEPSEN80311D～8DGE1Q～8Q74LS373Q0～Q7CEOEA0～A122764⑵Q0～Q7CEOEA0～A122764⑴Q0～Q7CEOEA0～A122764⑶74LS1392Y32Y22Y12Y0VCC2A2B2GGND+5VA0～A7A8～A12D0～D7片選0片選1片選20000H～1FFFH2000H～3FFFH4000H～5FFFH2、部分地址譯碼法擴展24KBEPROM2、部分地址譯碼法擴展24KBEPROMP2.5P2.6P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.0A6A7A5A0A1A2A3A4A8A9A10A11A12選中地址000110111111111111100000000000001111111111111000000000000000000000000001111111111111片⑴片⑵片⑶0000H1FFFH2000H3FFFH4000H5FFFH地址范圍：結構特點：⑴8031內部無ROM，所以EA接地，EPROM由PSEN進行讀控制。⑶用譯碼后的部分地址選擇芯片，叫部分地址譯碼。⑵用地址譯碼信號選擇某片片選。EA。。。P0.7P0.0P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P2.7ALEPSEN80311D～8DGE1Q～8Q74LS373Q0～Q7CEOEA0～A122764⑵Q0～Q7CEOEA0～A122764⑴Q0～Q7CEOEA0～A122764⑻A0～A7A8～A12D0～D7片選0片選1片選70000H～1FFFH2000H～3FFFHE000H～FFFFH74LS138VCCABG2BGND+5VY7Y1Y0…G2ACG1…3、全地址譯碼法擴展64KBEPROMP2.5P2.6P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.0A6A7A5A0A1A2A3A4A8A9A10A11A12選中地址P2.7000001111111111111100000000000001111111111111000000000000000000000000001111111111111片⑴片⑵片⑻0000H1FFFH2000H3FFFHE000HFFFFH111……………所有地址都參加譯碼選擇芯片，叫作全地址譯碼。地址范圍：74LS138CBAA15A14A13A15A14A136.3.3程序存儲器擴展設計6.4數據存儲器擴展設計6.4.1外部數據存儲器操作時序可尋址256B外部數據存儲器可尋址64KB外部數據存儲器訪問外部RAM用專門指令MOVX，共4條。

指令符號說明MOVXA,＠RiMOVX＠Ri,AMOVXA,＠DPTRMOVX＠DPTR,A外部數據存儲器讀時序（a）PSENP1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2S1S2S3S4S5S6機器周期P1P2S1RD/WRP0指令輸入懸浮A0～A7懸浮數據輸入懸浮ALEP2

地址A8～A15DPL(Ri)DPHMOVXA,@Ri@DPTRA6.4.1外部數據存儲器操作時序外部數據存儲器寫時序（b）PSENP1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2S1S2S3S4S5S6機器周期P1P2S1P0指令輸入懸浮A0～A7數據輸出ALEP2

地址A8～A15RD/WRMOVX，A@Ri@DPTRDPL(Ri)DPH（A）6.4.1外部數據存儲器操作時序常用數據存儲器靜態(tài)讀寫存儲器SRAM：基于觸發(fā)器原理；速度高，集成度低，成本高，功耗大。動態(tài)讀寫存儲器DRAM：基于分布電容電荷存儲原理。需增加刷新電路。偽靜態(tài)讀寫存儲器PSRAM或稱為集成讀寫存儲器：在動態(tài)存儲器片內集成了刷新控制電路。 下面顯示的是常用的靜態(tài)讀寫存儲器：6264數據存貯器的擴展與程序存儲器的擴充類似，即完成3總線的連接。區(qū)別是數據存儲器比程序存儲器多了寫信號WE，且其讀信號OE與程序存儲器的連接方法也不同，數據存儲器的讀／寫信號是由單片機讀／寫信號直接提供的。1D2D3D4D6D5D8D7D1Q2Q3Q4Q6Q5Q8Q7QGEVccGND+5V74LS373P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P2.0P3.1。。P3.6P3.7P3.0P1.1。。。P1.7P1.0XTAL1XTAL2VccEAALEPSEN8051VSS+5VA6A7A5A0A1A2A3A4A8A9A10I/O1I/O0I/O2I/O7I/O6I/O5I/O4I/O3VccVssOECE6116WE+5V0000H07FFH～1、8051擴展2KBRAMRDWD1D～8DGE1Q～8Q74LS373A0～A7A8～A14D0～D70000H～7FFFH0000H～7FFFH2、8031擴展32KBEPROM和32KBRAMQ0～Q7CEOEA0～A1427256⑴Q0～Q7CEOEA0～A1462256⑵WEEA。。。P0.7P0.0P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P2.7ALEPSEN8031RDWR6.4.3數據存儲器擴展設計000000000000000111111111111111基本地址范圍：0000H～7FFFHP0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P2.0A6A7A5A0A1A2A3A4A8A9A10A11A12A13A14結構特點：⑴EPROM和RAM共用地址總線和數據總線。⑵控制總線除ALE外，EPROM由PSEN進行讀選通，RAM由RD和WR進行讀寫控制。地址范圍：6.4.3數據存儲器擴展設計1D～8DGE1Q～8Q74LS373A0～A7A8～A14D0～D73、程序存儲器空間和數據存儲器空間的合并Q0～Q7CEOEA0～A1462256⑵WEEA。。。P0.7P0.0P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P2.7ALEPSEN8031RDWRQ0～Q7CEOEA0～A1427256⑴8000H～FFFFH0000H～7FFFH6.4.3數據存儲器擴展設計0000000000000000001111111111111111P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P2.0A6A7A5A0A1A2A3A4A8A9A10A11A12A13A14結構特點：將PSEN和RD進行讀邏輯與產生低電平有效的讀選通信號，用于合并外部程序存儲器和數據存儲器空間。地址范圍：27256地址100000000000000001111111111111111162256地址A150000H7FFFH~8000HFFFFH~6.4.3數據存儲器擴展設計E2PROM——2864A8031擴展8KBE2PROM2864A的引腳與6264相同并兼容在讀工作方式時，2864A的引腳及功能與2764相同。地址范圍：0000H～1FFFH程序存儲器數據存儲器（掉電時，數據不易失）8031擴展8KBE2PROM6.5I/O接口概述擴展內容：存儲器：ROM+RAMI/O:串行、并行、D/A、A/D等45常用I/O接口8255：可編程通用并行接口電路8155/8156：可編程RAM/IO/TIMER擴展芯片8253/8254：可編程定時/計數器8251：可編程串行接口電路8279：可編程鍵盤顯示接口電路74系列LSTTL電路擴展接口466.6可編程并行I/O接口8255A3個8位并行I/O口——PA、PB口和PC口，其中PC口又分為高4位和低4位。8255A的結構476.6可編程并行I/O接口8255A8255A內部結構3個8位并行I/O端口（PA,PB,PC）A,B組控制電路雙向三態(tài)數據緩沖器讀寫控制邏輯電路488255A功能A組A口:8位輸出（帶鎖存器/緩沖器）和8位輸入（帶鎖存器）PC4-7：控制口B組B口：8位輸出（帶鎖存器/緩沖器）和8位輸入（帶鎖存器）PC3-0：控制口

C口:8位輸出（帶鎖存器/緩沖器）和8位輸入（帶緩沖器）49讀/寫控制邏輯電路接收CPU發(fā)來的控制信號RD、WR、RESET、地址信號A1、A0等,然后根據控制信號的要求,將端口數據讀出,送往CPU或將CPU送來的數據寫入端口。讀/寫控制邏輯電路508255A工作方式方式0：基本輸入/輸出方式

不需選通信號，PA，PB和PC中任一端口都可以通過方式控制字設定為輸入或輸出。方式1：選通輸入/輸出方式

A組包括A口和PC7~PC4，A口可由編程設定為輸入或輸出,PC7~PC4作為輸入/輸出操作的選通信號和應答信號。

B組包括B口和PC3~PC0，C口作為8255A和外設或CPU之間傳送某些狀態(tài)信息及中斷請求信號。方式2：雙向傳送方式

只有A口有方式2，此時，A口為8位雙向傳送數據口，C口的高5位PC7~PC3用來作為指定A口輸入/輸出的控制聯(lián)絡線。516.6.28255A的方式控制字

8255的工作方式可由CPU向8255的控制寄存器寫入一個“方式選擇字”來確定。例1：若方式選擇字為91H，則8255A工作方式？6.6.28255A的方式控制字設定91H=1001.0001B8255被編程為：A組方式0（基本I/O方式），PA口工作在方式0輸入B組方式0（基本I/O方式），PB口工作在方式0輸出PC口高4位為輸出，PC口低4位為輸入53PC口按位置/復位控制字6.6.28255A的方式控制字設定

8255PC口的輸出具有位控功能，PC7~PC0中的任一位都可由CPU寫入控制寄存器一個置/復位控制字來置位或復位（其它位的狀態(tài)不變）。8255的方式選擇字和PC口置/復位控制字共用一個地址（即共用一個控制寄存器）。D7=1，表示該控制字為8255方式選擇字；D7=0，表示該控制字為PC口置/復位控制字。54例：擴展一8255A，要求A口工作在方式0輸入,B口為方式1輸出,C口高4位PC7~PC4為輸入,C口低4位PC3~PC0為輸出。試設計擴展接口電路，并給出初始化程序。55擴展接口電路設計DB：P0口AB：P0，P2口—A0，A1，CSCB：P3口—WR，RD56擴展接口電路A口地址：7FFCHB口地址：7FFDHC口地址：7FFEH控制寄存器地址：7FFFH訪問指令：MOVX57初始化程序初始化程序:MOVDPTR,＃7FFFH ;7FFFH為8255A控制寄存器地址

MOVA,＃98H ;8255A工作方式字為98HMOVX@DPTR,A ;方式字送入8255A控制口控制器地址：7FFFH方式控制字：10011000B=98H58數據讀寫程序MOV DPTR,＃7FFFH;初始化程序MOV A,＃98H ;8255A工作方式字為98HMOVX @DPTR,A ;方式字送入8255A控制口MOV DPTR，#7FFCH；MOVX A，@DPTR；讀PA口數據MOV DPTR，#7FFDH；MOVX @DPTR，A；送PB口輸出6.7可編程RAM/IO擴展器8155/81566.7.18155結構256×8靜態(tài)RAMPA口PB口PC口14位定時/計數器PA7～PA0PB7～PB

0PC5～PC0TIMEOUTTIMEINAD7～AD0ALE/RD/WR/CEIO/MRESETVccGND8155/8156內部結構CPUI/O設備602：芯片引腳功能：IO/M：RAM及IO選擇。若IO/M=0，CE=0，選擇8155中的RAM讀寫；若IO/M=1，CE=0，選擇8155中的I/O口。ALE：內部地址鎖存信號，在ALE下降沿將AD0-AD7上的地址信息和CE，IO/M的狀態(tài)鎖存在8155內部寄存器。AD0-AD7：地址/數據復用線因8155內有地址鎖存器，AD0-AD7可直接與8031P0口相連。TIMERIN，TIMEOUT：定時/計數器的輸入和輸出端。616.7.2RAM和I/O端口尋址方式及應用若IO/M=0，CE=0，選擇8155中的RAM讀寫；若IO/M=1，CE=0，選擇8155中的I/O口。626.7.3命令寄存器及狀態(tài)寄存器一、命令字的含義及寫入（命令及狀態(tài)端口地址A2A1A0=0）

邏輯結構8I/O8I/O6I/O外設CPU8155PAPBPCAD0~AD7WRRDALEIO/MCE8基本輸入時序MOVXA，＠DPTRINPUT端口數據RDDB數據有效DB數據有效WROUTPUT端口數據基本輸出時序MOVX＠DPTR，A8155基本I/O方式648155選通I/O方式A口作選通方式時，PC0，PC1，PC2作A口聯(lián)絡線；B口作選通方式時，PC3，PC4，PC5作B口聯(lián)絡線；INTR：中斷請求輸出線BF：緩沖器狀態(tài)標志線STB：設備選通信號線聯(lián)絡線的含義及工作時序INPUT端口數據BFINTRRDSTBMOVXA,@DPTR緩沖器滿緩沖器空選通輸入時序：帶聯(lián)絡信號的應答式輸入時序打入緩沖器CPU外設66聯(lián)絡線的含義及工作時序OUTPUT端口數據BFINTRWRSTBMOVX@DPTR,A緩沖器滿緩沖器空MOVX@DPTR,A端口數據打入外設帶聯(lián)絡信號的應答式輸出時序CPU外設67定時器的啟停控制D7D6=0時，無操作。對定時器不產生影響。D7D6=01時，停止計數。若定時器正在運行，則D7D6=01的命令字送給8155后便能立即停止定時器的計數。D7D6=10時，計數滿后停止。若定時器正在運行，則8155收到D7D6=10的命令字后必須等到定時器回零才會停止計數。D7D6=11時，開始計數。若定時器原為停止的，則收到D7D6=11時，立即開始計數，若定時器正在運行，則它在回零后立即按新的命令字開始計數。8155對定時器的控制由命令字中D7，D6兩位的狀態(tài)決定的：68二：狀態(tài)字的含義鎖存8155I/O口和定時器的當前狀態(tài)，供CPU查詢，它和命令寄存器公用一個地址，但只能讀出不能寫入。693：內部定時器及使用8155內部的計時器為14位減法計數器。引腳：TIMERIN:定時器時鐘輸入端TIMEROUT:定時器輸出單次方波連續(xù)方波單次脈沖連續(xù)脈沖70定時器工作方式的設定四種工作方式：通過向計數器端口寄存器寫入命令字來確定，定時器的端口地址由04H（低8位）和05H（D0-D5作高6位）組成，其中05H的D7，D6決定定時器的工作方式，如表7-9716.7.5MCS-51與8155的接口方法和應用實例例8031與8155接口并確定RAM和I/O口地址728155地址范圍（1）當P2.7=0，P2.0=0時，選中8155片內RAM，地址是7E00H~7EFFH。（2）當P2.7=0，P2.0=1時，選中I/O口，各口的地址分配為：7F00H（命令狀態(tài)寄存器）=0111111100000000B7F01H（PA口地址）=0111111100000001B7F02H（PB口地址）=0111111100000010B7F03H（PC口地址）=0111111100000011B7F04H（定時器低位地址）=0111111100000100B7F05H（定時器高位地址）=0111111100000101B73程序編寫例8031與8155硬件電路如上圖所示，其內部RAM和I/O操作如下。（1）將8155片內RAM的7E30H單元的內容讀入A累加器中。MOVR0,#30H;30H→（R0）MOVP2,#7EH;P2.7，P2.0置零，片選和選中片內RAMMOVXA,@R0;（30H）→A也可以:MOVDPTR,#7E30HMOVXA,@DPTR74（2）設A中的數據為5，并寫入8155的RAM中的7EF0H單元。MOVDPTR,#7EF0H;指向8155RAM的7EF0H單元MOVA,#05H;數據送入A累加器MOVX@DPTR,A;#05H→7EF0H單元75（3）將A口定義為基本輸入方式，B口定義為基本輸出方式，C口定義為輸入方式，定時器作為方波發(fā)生器對輸入脈沖進行24分頻，（注意8155定時器最高計數頻率為4MHZ），讀PA口數據送PB口輸出。TM2

TM1IEBIEAPC2

PC1PB

PA命令字010000110C2H76MOVDPTR,#7F04H;指向定時器低8位MOVA,#18H ;計數常數18H=24MOVX