8單片機系統(tǒng)功能擴展

MCS-51單片機的總線結(jié)構(gòu)外部存儲器擴展并行I/O接口的擴展A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的擴展18.1概述一、單片機系統(tǒng)總體方案的設定單片機應用系統(tǒng)是為完成某項任務而研制開發(fā)的用戶系統(tǒng)，是以單片機為核心，配以外圍電路和軟件，能實現(xiàn)設定任務、功能的實際應用系統(tǒng)。根據(jù)不同的用途和要求，單片機應用系統(tǒng)的系統(tǒng)配置及軟件也就有所不同。2單片機應用系統(tǒng)所需要的一般配置：

單片機。人機交流設備。輸入設備有鍵盤和按鍵，輸出設備有數(shù)碼管、液晶顯示模塊和指示燈等。信號采集的輸入通道。如出租車的測距、測速裝置，溫控系統(tǒng)，溫度計的溫度傳感器、洗衣機的水位測量設備。向操作對象發(fā)出各種控制信號的輸出通道。如空調(diào)啟動壓縮機的開關(guān)電路，控制彩電的頻道切換、顏色、音量等的接口電路。如果需與其他計算機系統(tǒng)或智能設備實現(xiàn)信息交換，還需配置通信接口電路。有時還需擴展外部RAM、EEPROM用于存放數(shù)據(jù)。如彩電遙控系統(tǒng)中存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲器。3單片機典型應用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

4二、MCS-51單片機的總線結(jié)構(gòu)總線（BUS）

總線是單片機應用系統(tǒng)中，各部件之間傳輸信息的通路，為CPU和其他部件之間提供數(shù)據(jù)、地址以及控制信息。按總線所在位置可分：內(nèi)部總線和外部總線，前者是指CPU系統(tǒng)內(nèi)部各部件之間的通路，后者指CPU系統(tǒng)和其外圍單元之間的通路，通常所說總線是指外部總線。按通路上傳輸?shù)男畔⒖煞郑簲?shù)據(jù)總線(DB，DataBus)、地址總線(AB，AddressBus)和控制總線(CB，ControlBus)。

5數(shù)據(jù)總線（DB）

計算機各部件之間傳送數(shù)據(jù)，雙向；一般與CPU位長相同，如8位CPU，其數(shù)據(jù)總線為8位，符號為D7～D0。地址總線（AB）

用于CPU輸出存儲單元或I/O接口地址，單向；如地址總線為16位，標為A15～A0，可尋址216=65536（64K）個單元?？刂瓶偩€（CB）

用來傳輸控制信號，其中包括CPU送往外圍單元的控制信號，如讀信號、寫信號和中斷響應信號等；還包括外圍單元發(fā)給送給CPU的信號，如時鐘信號、中斷請求信號以及準備就緒信號等。6MCS-51單片機的總線結(jié)構(gòu)P2口作地址高8位A0~A7A8~A15DB地址鎖存器P2ALEP0PSEN(P3.6)WR(P3.7)RDEA80C51CBABPSEN是片外程序存儲器讀選通信號；RD、WR是片外數(shù)據(jù)存儲器讀、寫信號；EA用來選擇片內(nèi)/片外程序存儲器。P0口作地址/數(shù)據(jù)線,分時復用,ALE控制鎖存器鎖存地址信號。7特點 一組總線 無論在片外擴展程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器或其他外圍設備都使用同一組總線。 兩個空間 在片外可以分別擴展2個64KB空間，即片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。 兩套控制 片外擴展的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器雖然使用相同的地址總線和數(shù)據(jù)總線，有相同的64KB地址空間，但控制信號不同，以保證空間的獨立性。8地址鎖存器帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器74LS373/74HC373

P0A0~A7ALE輸出允許數(shù)據(jù)鎖存端，下降沿鎖存9帶清除端的8D鎖存器74LS273/74HC273CLKA0~A7P0ALE鎖存控制，上升沿鎖存清除端，CLR=“0”，輸出清0，做地址鎖存器時該端接高電平。108.2存儲器的擴展一、程序存儲器的擴展1.常用芯片 IntelEPROM27系列 如：2716（2KB）、2732（4KB）、2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB） 27系列EPROM引腳 地址線：A0~An-1（容量為2n字節(jié)）

數(shù)據(jù)線：O0~O7

控制線：輸出允許OE（低電平有效）、片選CE（低電平有效）。1127系列EPROM引腳排列圖122.擴展一片EPROM

13存儲器地址空間地址重疊 由于A15A14未用，可取0或1，出現(xiàn)同一存儲單元有多個地址的情況。P2.7.......P2.0A15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0

地址范圍

XX0

000000~00000H(X=0) ......XX0

111111~13FFFH14地址重疊現(xiàn)象153.擴展多片EPROM

擴展多片EPROM時，除了片內(nèi)存儲單元的選擇，還有片與片之間的選擇，即片選信號的控制問題。常用的方法有: 線選法 譯碼法16線選法17

存儲器地址空間:

P2.7.......P2.0 A15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0

地址范圍

1#2764110000000~0C000H

110111111~1DFFFH2#2764101000000~0A000H

101111111~1BFFFH3#2764011000000~06000H

011111111~17FFFH18譯碼法 將高位地址利用譯碼器進行譯碼，用產(chǎn)生的譯碼信號作為片選信號。 譯碼器193-8譯碼器

譯碼輸入使能控制端譯碼輸出20雙2-4譯碼器

21部分譯碼僅對部分高位地址進行譯碼22存儲器地址空間：

P2.7.......P2.0 A15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0

地址范圍

1#276400

000000~00000H

00

111111~11FFFH2#276401

000000~04000H

01

111111~15FFFH3#276410

000000~08000H

10

111111~19FFFH23全譯碼24全譯碼P2.7P2.6P2.5CY0BY1AY2

74LS138.G1.G2A.G2BY7+5V00000000

00000000B0000H0001111111111111B1FFFH0000010000000000000B2000H0011111111111111B3FFFH0100000000000000B2000H0101111111111111B5FFFH1110000000000000BE000H1111111111111111BFFFFH00101011125二、數(shù)據(jù)存儲器的擴展常用芯片 IntelSRAM

如：6116（2KB）、6264（8KB）、6256（32KB） 引腳 地址線：A0~An-1

數(shù)據(jù)線：I/O0~I/O7

控制線：讀OE（低電平有效）、寫WE（低電平有效）、片選CE（低電平有效）（6264有2個片選信號CE1低電平有效、CE2高電平有效）26常用靜態(tài)RAM芯片管腳配置27數(shù)據(jù)存儲器的擴展 數(shù)據(jù)總線

P0.0~P0.7I/O0~I/O7

地址總線的連接與程序存儲器擴展的連接方法相同 讀寫控制

RD（P3.7）OE WR（P3.6）WE2829三、EEPROM擴展電路

EEPROM是一種電擦除可編程只讀存儲器，其主要特點是能在計算機系統(tǒng)中進行在線修改，并能在斷電的情況下保持修改的結(jié)果。因而在智能化儀器儀表、控制裝置等領(lǐng)域得到普遍采用。常用的EEPROM芯片主要有Intel2817A、2864A等。30RDY=1才能進行讀寫操作讀出最大時間250ns寫入時間16ms3132注意：區(qū)分片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器的方法：不是看所采用的芯片類型，而是看所連接的讀寫控制信號（是RD和WR還是PSEN）！33四、綜合擴展舉例例：

34存儲器地址空間P2.7.......P2.0A15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0

地址范圍

000000000~00000H

000111111~11FFFH

001000000~02000H

001111111~13FFFH

010000000~04000H

010111111~15FFFHIC0、IC2IC1IC335 其中，IC0（程序存儲器2864）與IC2（數(shù)據(jù)存儲器6264）地址空間相同。但控制信號不同。操作時使用不同的指令。比如：要讀出1000H單元的內(nèi)容。 數(shù)據(jù)存儲器 程序存儲器

MOVA，#0MOVDPTR，#1000HMOVDPTR，#1000HMOVXA，@DPTRMOVCA，@A+DPTR368.3并行I/O接口的擴展一、

I/O接口及其編址I/O接口CPUI/O接口外圍設備ABDB控制狀態(tài)數(shù)據(jù)狀態(tài)命令端口37I/O接口的功能 尋址 數(shù)據(jù)緩沖 聯(lián)絡 信號的驅(qū)動 信號的隔離 信號電平和形式的轉(zhuǎn)換 提供定時和中斷功能 并非每個接口都具備上述所有功能，有些接口只具備上述部分功能。38端口 為傳送不同信息，通常I/O接口中有不同的寄存器以暫時存放各種信息（如數(shù)據(jù)、狀態(tài)、命令），這些寄存器就稱為端口。端口的編址方式 統(tǒng)一編址 與存儲器統(tǒng)一編址，與存儲器操作使用相同的指令。如MCS-51單片機的I/O接口與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。

獨立編址 與存儲器分開編址，有自己的尋址系統(tǒng)、指令。39二、簡單I/O接口的擴展擴展方式 通過并行總線進行擴展，數(shù)據(jù)通過P0口輸入、輸出，要求輸出接口有鎖存功能；輸入接口有三態(tài)隔離功能。擴展舉例 例：用鎖存器和三態(tài)門擴展輸出和輸入接口。

P0口為雙向數(shù)據(jù)線，既能從74HC244輸入數(shù)據(jù)，又能將數(shù)據(jù)傳送給74HC273輸出。40電路圖：41

端口的編址 輸入和輸出端口的地址相同，但控制信號不同。 輸入輸出操作 比如要實現(xiàn)的功能是按下任意鍵，對應的LED發(fā)光。則程序如下：P2.7.......P2.0A15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0

端口地址

XXXXXXX0X~XFEFFH(X=1)42LOOP：MOVDPTR，#0FEFFH；數(shù)據(jù)指針指向I/O口地址

MOVXA，@DPTR；從244輸入數(shù)據(jù)，檢測按鈕

MOVX@DPTR，A；從273輸出數(shù)據(jù)，驅(qū)動LED SJMPLOOP；重復43三、8255A可編程并行I/O接口的擴展（一）8255A結(jié)構(gòu)和引腳功能 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 并行I/O端口A、B、C 3個8位并行I/O口，都可通過編程選擇為輸入口或輸出口。 工作方式控制電路 數(shù)據(jù)總線緩沖器 三態(tài)雙向的8位緩沖器，是8255與單片機數(shù)據(jù)總線的接口。 讀/寫控制邏輯44數(shù)據(jù)總線緩沖器內(nèi)部控制線內(nèi)部數(shù)據(jù)線D0～D7A組控制A組端口C上部B組控制B組端口BB組端口C下部讀寫控制邏輯PC0～PC3CL口PB0～PB7B口PC4～PC7CH口PA0～PA7A口RDWRA0A1CSRESETA組端口A45引腳功能（DIP-40） D0~D7雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線 RESET復位信號，輸入，高電平有效。 復位狀態(tài)：控制寄存器被清0，口A、B、C被置為輸入方式。 CS片選信號，輸入,低電平有效。 RD讀信號，輸入,低電平有效。 WR寫信號，輸入,低電平有效。 PA0~PA7、PB0~PB7、PC0~PC7A口、B口、C口數(shù)據(jù)線，雙向。46

A1A0端口選擇信號，輸入。用于選擇8255A的4個端口，即A口、B口、C口、控制寄存器。

A1A0狀態(tài)所選端口00A口01B口10C口11控制口47數(shù)據(jù)線為高阻態(tài)110禁止操作非法狀態(tài)10110數(shù)據(jù)總線控制口01110數(shù)據(jù)總線C口01010輸出操作數(shù)據(jù)總線B口01100數(shù)據(jù)總線C口10010輸入操作數(shù)據(jù)總線B口10100數(shù)據(jù)線為高阻態(tài)1數(shù)據(jù)總線A口01000數(shù)據(jù)總線A口10000操作WRRDA0A1CSA1A0與RD、WR、CS信號確定8255A的操作狀態(tài)。48（二）8255A與單片機的連接49端口地址

P2.7~P2.0A15~A8A7A6A5A4A3A2A1A0

端口地址A口~000FF7CH（=1）B口~001FF7DH（=1）C口~010FF7EH（=1）控制口~011FF7FH（=1）50（三）8255A的控制字 工作方式控制字 用于確定A口、B口、C口的工作方式，該控制字在初始化時由CPU寫入8255A控制端口。 C口位操作控制字 用于對C口的某一位進行置“1”或清“0”操作，操作時將該控制字寫入控制口即可。51D0D1D2D3D4D5D6D7方式選擇0-方式01-方式1B口0-輸出1-輸入C口（下半部）0-輸出1-輸入B組方式選擇00-方式001-方式11x-方式2A口0-輸出1-輸入C口（上半部）0-輸出1-輸入A組控制選擇1-方式控制1）工作方式控制字522）C口置位/復位控制字D0D1D2D3D4D5D6D7操作0-復位1-置位PC7111PC6110PC5101PC4100PC3011PC2010PC1001PC0000位選擇控制選擇0-位操作53

例：將8255A各端口的工作方式設置為：A口方式0輸出，B口方式0輸入，C口高4位輸入，C口低4位輸出。工作方式控制字為：10001010B=8AH，指令：

MOVDPTR，#CONTROL；DPTR指向控制口

MOVA，#8AH；工作方式控制字送入A MOVX@DPTR，A；工作方式控制字輸出到控制口 例：將C口第5位置“1”。位操作控制字：00001011B MOVDPTR，#CONTROL；DPTR指向控制口

MOVA，#0BH；C口位操作控制字送入A MOVX@DPTR，A；C口位操作控制字輸出到控制口548255A的工作方式及應用工作方式0—基本輸入輸出工作方式A口、B口、C口高4位、C口低4位獨立工作，可分別初始化為輸入或輸出。55

例：用8255A作為8031和微型打印機接口，數(shù)據(jù)傳送采用查詢方式。568255A工作方式：A口：方式0，輸出B口：無關(guān)C口：高4位（PC4-PC7）輸入，低4位（PC0-PC3）輸出則工作方式控制字為：10001000B=88HBUSY——忙信號STB——選通信號BUSY（出）DATA0～7（入）STB（入）打印機忙一般用于查詢57設要打印的數(shù)據(jù)放在片內(nèi)RAM20H單元開始，共50個數(shù)，輸出打印程序如下：

PRINT：MOVDPTR，#CONTROL；指向8255A控制口

MOVA，#88H；工作方式控制字送入A MOVX@DPTR，A；輸出到控制口

MOVR0，#20H；指向打印數(shù)據(jù)首地址

MOVR2，#50；打印數(shù)據(jù)個數(shù)

LP：MOVDPTR，#PORTC；指向C口

LP1：MOVXA，@DPTR；輸入BUSY狀態(tài)

JBACC.7，LP1；若BUSY=1則等待58

MOVDPTR，#PORTA；指向A口MOVA，@R0；取出一個打印數(shù)據(jù)MOVX@DPTR，A；從A口輸出MOVDPTR，#CONTROL；指向控制口

MOVA，#00H MOVX@DPTR，A；PC0輸出“0”

MOVA，#01H MOVX@DPTR，A；PC0輸出“1”，即從STB輸入一個

;負脈沖

INCR0；指向下一個數(shù)據(jù)

DJNZR2，LP；數(shù)據(jù)未打印完，繼續(xù)

RET59

工作方式1—選通輸入輸出方式 輸入60

輸出61

例：用8255A作為8031和微型打印機接口，工作于方式1。62

ORG0000H LJMPMAIN ORG0013H；外部中斷1中斷入口

LJMPINT1 ORG0030HMAIN：MOVR0，#20H；指向打印數(shù)據(jù)首地址

MOVR2，#50；打印數(shù)據(jù)個數(shù)

MOVDPTR，#CONTROL；指向8255A控制口

MOVA，#84H；工作方式控制字，B口方式1輸出

MOVX@DPTR，A；工作方式控制字輸出到控制口

MOVA，#05H；PC2（INTEB）=1允許B口中斷

MOVX@DPTR，A；位控制字輸出到控制口

63

MOVDPTR，#PORTB；指向B口

MOVA，@R0；取出第一個打印數(shù)據(jù)

MOVX@DPTR，A；從B口輸出第一個打印數(shù)據(jù)

INCR0；指向下一個數(shù)據(jù)

DECR2；個數(shù)減１

CLR00H；00H位作為數(shù)據(jù)輸出是否結(jié)束標志

SETBIT1；外部中斷１為跳變觸發(fā)方式

SETBEX1 SETBEA；開中斷

SJMP$64

ORG2000H；中斷服務程序，從0013H轉(zhuǎn)來

INT1：PUSHACC；保護現(xiàn)場

MOVDPTR，#PORTB；指向B口

MOVA，@R0；取出一個打印數(shù)據(jù)

MOVX@DPTR，A；從B口輸出

INCR0；指向下一個數(shù)據(jù)

DJNZR7，BACK；若數(shù)據(jù)未發(fā)送完則返回

CLREX1；發(fā)送完畢，禁止外部中斷1中斷

SETB00H；置結(jié)束標志BACK：POPACC；恢復現(xiàn)場

RETI ；中斷返回 65

工作方式2—雙向傳送方式（僅A口）66四、8155可編程接口的擴展8155結(jié)構(gòu)和引腳功能

678155內(nèi)部資源并行I/O口

A口（8位）、B口（8位）、C口（6位）256字節(jié)靜態(tài)RAM一個14位定時器/計數(shù)器(減計數(shù))引腳功能（DIP-40）IO/M—I/O口或RAM選擇信號，輸入。CE—片選信號，輸入，低電平有效。68

AD0~AD7—地址/數(shù)據(jù)線，雙向三態(tài)。 用于輸入/輸出數(shù)據(jù)、輸出256字節(jié)靜態(tài)RAM地址或輸出8155中的端口地址（僅用低3位）。AD2AD1AD0端口名稱000命令狀態(tài)寄存器001A口010B口011C口100定時器低8位101定時器高6位及輸出信號波形69ALE—地址鎖存允許信號，輸入。 在ALE信號的下降沿，鎖存AD0~AD7上的地址信號。RD—讀信號，輸入，低電平有效。WR—寫信號，輸入，低電平有效。RESET—復位信號，輸入，高電平有效。PA0~PA7、PB0~PB7、PC0~PC5A口、B口、C口I/O口線。TIMERIN—定時器/計數(shù)器計數(shù)脈沖輸入

TIMEROUT--定時器/計數(shù)器輸出信號。708155與單片機的連接直接連接71地址

P2.7~P2.2P2.1P2.0A15~

A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0

地址控制口~01000FDF8HA口~0

1