輸入輸出端口第1頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握51單片機(jī)擴(kuò)展總線的結(jié)構(gòu)及組成掌握并行總線的邏輯與時(shí)序掌握并行總線擴(kuò)展的地址譯碼方法掌握51單片機(jī)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的方法掌握51單片機(jī)擴(kuò)展I/O接口的方法第2頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日7.151單片機(jī)擴(kuò)展總線基礎(chǔ)

單片機(jī)集成了CPU、I/O接口、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和中斷系統(tǒng)等計(jì)算機(jī)的基本部件，外加電源、復(fù)位和時(shí)鐘等輔助電路即構(gòu)成一個(gè)能夠正常工作的最小系統(tǒng)。

第3頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

然而，51單片機(jī)的片上資源終歸有限，針對(duì)某些應(yīng)用可能需要擴(kuò)展，如增加存儲(chǔ)器容量和輸入輸出端口數(shù)量，增加ADC和DAC等。

第4頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日MCS—51P2，P0 RD WR外部程序存貯器擴(kuò)展RAM并行I/O接口串行I/O接口A/D轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換定時(shí)器計(jì)數(shù)器并行I/O設(shè)備串行I/O設(shè)備模擬量輸入模擬量輸出數(shù)據(jù)總線和地址總線PSENPSEN、RD和WR等信號(hào)構(gòu)成了控制總線。第5頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日為減少引腳數(shù)量，擴(kuò)展總線中的數(shù)據(jù)總線和地址總線低8位采用了分時(shí)復(fù)用技術(shù)，即P0口分時(shí)傳送地址總線信號(hào)的低8位（A0-A7）和數(shù)據(jù)總線信號(hào)（D0-D7）.7.1.1單片機(jī)擴(kuò)展總線的結(jié)構(gòu)和組成第6頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日從P0口中分離出地址總線低8位地址信號(hào)一般采用外接一個(gè)鎖存器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。第7頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日51系列單片機(jī)的擴(kuò)展總線信號(hào)包括：地址總線信號(hào)A0-A15；數(shù)據(jù)總線信號(hào)D0-D7；控制總線信號(hào)ALE、EA、PSEN、RD和WR.第8頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

擴(kuò)展總線信號(hào)名信號(hào)的含義與單片機(jī)引腳號(hào)信號(hào)定義的對(duì)應(yīng)關(guān)系A(chǔ)0-A7數(shù)據(jù)總線低8位P0口鎖存輸出A8-A15數(shù)據(jù)總線高8位P2口D0-D7數(shù)據(jù)總線，8位寬度P0口ALE控制信號(hào)，地址鎖存使能ALE控制信號(hào)，程序存儲(chǔ)器使能，低電平有效控制信號(hào)，外部訪問(wèn)使能信號(hào)，低電平有效/VPP控制信號(hào)，讀信號(hào)，低電平有效/P3.7控制信號(hào)，寫信號(hào)，低電平有效/P3.7第9頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1.訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器模式2.訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)端口模式(讀XRAM)

3.訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)端口模式(寫XRAM)7.1.2擴(kuò)展總線的邏輯關(guān)系和時(shí)序分析第10頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器模式第11頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)端口模式(讀XRAM)第12頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)端口模式(寫XRAM)第13頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日所謂地址空間分配是把64KB的尋址空間通過(guò)地址譯碼的方法分成若干個(gè)頁(yè)面，不同的存儲(chǔ)器芯片占用不同的頁(yè)面，I/O端口與存儲(chǔ)器芯片一般也占用不同的頁(yè)面。7.1.3總線擴(kuò)展的地址譯碼方法64KB1KB1KB存儲(chǔ)器芯片I/O端口第14頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日低位地址線用來(lái)選擇頁(yè)內(nèi)單元，稱為頁(yè)內(nèi)地址；高位地址線用于選擇頁(yè)面，稱為選頁(yè)（片）地址。00000111

0000000000000111

0111111100000111

111111111KB(一頁(yè))......第15頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日地址譯碼時(shí)，選頁(yè)地址用于產(chǎn)生頁(yè)面選擇信號(hào)，頁(yè)內(nèi)地址用于產(chǎn)生頁(yè)內(nèi)單元選擇信號(hào)。第16頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日I/O端口擴(kuò)展時(shí)要直接產(chǎn)生端口選擇信號(hào)。第17頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日地址譯碼的方法通常有三種:全地址譯碼部分地址譯碼線選譯碼。第18頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1.全地址譯碼所有的地址線都參與譯碼，每個(gè)存儲(chǔ)單元或端口與一個(gè)確定的地址一一對(duì)應(yīng)。所有的選頁(yè)地址線參與選頁(yè)地址譯碼；

所有的頁(yè)內(nèi)地址線參與頁(yè)內(nèi)單元的譯碼（存儲(chǔ)器芯片自身功能）。第19頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日例：若頁(yè)面的大小為8KB，64KB的存儲(chǔ)空間分成8頁(yè)，則頁(yè)內(nèi)地址應(yīng)為13位，即A0-A12；其余地址為選頁(yè)地址，即A13-A15，全地址譯碼要求所有選頁(yè)地址都參與選頁(yè)譯碼，產(chǎn)生8個(gè)頁(yè)面選擇信號(hào)。第20頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2.部分地址譯碼只有部分地址參與譯碼，一個(gè)存儲(chǔ)單元或端口與多個(gè)地址對(duì)應(yīng)。

部分地址譯碼法可以簡(jiǎn)化譯碼電路的設(shè)計(jì)。

第21頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3.線選譯碼

線選譯碼是部分地址譯碼的特殊形式，即直接用地址線來(lái)選通存儲(chǔ)器芯片或端口，一個(gè)存儲(chǔ)單元或端口與多個(gè)地址對(duì)應(yīng)。第22頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日例如，不用譯碼電路，僅用高位地址線就可以把64KB的存儲(chǔ)空間劃分為不同的區(qū)域。

第23頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日地址空間分配總線驅(qū)動(dòng)能力電平的匹配控制時(shí)序和邏輯的匹配速度的協(xié)調(diào)狀態(tài)信號(hào)的處理7.1.4擴(kuò)展時(shí)應(yīng)該考慮的問(wèn)題第24頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日51系列單片機(jī)采用總線擴(kuò)展方式可以實(shí)現(xiàn)：存儲(chǔ)器擴(kuò)展；輸入/輸出端口擴(kuò)展；功能部件（如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、鍵盤、顯示器等）的擴(kuò)展；A/D和的D/A擴(kuò)展；第25頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日7.251單片機(jī)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

7.2.1存儲(chǔ)器基礎(chǔ)知識(shí)

7.2.2程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

7.2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

7.2.4存儲(chǔ)器綜合擴(kuò)展舉例第26頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類7.2.1存儲(chǔ)器基礎(chǔ)知識(shí)第27頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2.常用EPROM介紹EPROM的電路結(jié)構(gòu)主要包括:地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣和輸出緩沖器。第28頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日常用的EPROM芯片

型號(hào)性能2716273227642712827256容量/bit2KB×84KB×88KB×816KB×832KB×8讀寫時(shí)間/ns350250250250250封裝DIP24DIP24DIP28DIP28DIP28第29頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日EPROM芯片引腳圖(2764)第30頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3.常用SRAM介紹(6264)第31頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日常用的SRAM芯片型號(hào)性能6116626462256容量/bit2KB×88KB×832KB×8讀寫時(shí)間/ns200200200工作電壓/V555典型工作電流/mA35408典型維持電流/mA520．5封裝DIP24DIP28DIP28第32頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日SRAM芯片引腳圖(6264)第33頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3.EEPROM簡(jiǎn)介

Electrically

ErasableProgrammableROM相同容量的EEPROM和EPROM的引腳是兼容的。型號(hào)2816A28172817A2864A存儲(chǔ)容量2KB×82KB×82KB×88KB×8第34頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：地址線的連接數(shù)據(jù)線的連接控制信號(hào)的連接譯碼電路的設(shè)計(jì)7.2.2程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

第35頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日例7-1若單片機(jī)為8031，試采用2764擴(kuò)展8KB的程序存儲(chǔ)器。擴(kuò)展存儲(chǔ)器地址范圍.doc第36頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日例7-2若單片機(jī)為8031,試采用2764擴(kuò)展32KB的程序存儲(chǔ)器。擴(kuò)展存儲(chǔ)器地址范圍.doc第37頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)方法基本一樣，但所用的控制信號(hào)不同，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀/寫由單片機(jī)的RD(P3.7)和WR(P3.6)信號(hào)控制，而讀片外程序存儲(chǔ)器的信號(hào)為PSEN.7.2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

第38頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日例7-4若單片機(jī)為8031，試采用SRAM芯片把外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展為32KB。分析：由于沒(méi)有指定SRAM的具體型號(hào)，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展為32KB有多種設(shè)計(jì)方案。方案一：62256的存儲(chǔ)容量為32KB，可以采用1片62256來(lái)設(shè)計(jì)。方案二：62128的存儲(chǔ)容量為16KB，可以采用2片62128來(lái)設(shè)計(jì)。方案三：6264的存儲(chǔ)容量為8KB，可以用4片6264來(lái)設(shè)計(jì)。方案四：6116的存儲(chǔ)容量為2KB，可以用16片6116來(lái)設(shè)計(jì)方案五：可以用1片62128和2片6264來(lái)設(shè)計(jì)。方案六：可以用1片62128和8片6264來(lái)設(shè)計(jì)。采用大容量的SRAM芯片會(huì)使使用的芯片數(shù)量減少，譯碼電路的復(fù)雜性降低，從而提高電路的可靠性。因此方案一和方案二是比較合理的設(shè)計(jì)方案。

第39頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日例7-4采用一片62256擴(kuò)展32KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。擴(kuò)展存儲(chǔ)器地址范圍.doc第40頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日擴(kuò)展存儲(chǔ)器地址范圍.doc例7-4采用兩片62128擴(kuò)展32KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。第41頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日例7-5若單片機(jī)為8031，請(qǐng)用1片2764擴(kuò)展8KB程序存儲(chǔ)器,用1片62256擴(kuò)展32KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

7.2.4存儲(chǔ)器綜合擴(kuò)展

第42頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日擴(kuò)展存儲(chǔ)器地址范圍?第43頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日擴(kuò)展EPROM地址譯碼方式?部分地址譯碼第44頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日擴(kuò)展RAM地址譯碼方式?線選譯碼第45頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日7.351單片機(jī)并行I／O端口的擴(kuò)展

7.3.1簡(jiǎn)單I/O端口擴(kuò)展

7.3.2采用專用芯片擴(kuò)展I/O端口

7.3.3采用串行通訊方式擴(kuò)展I/O端口第46頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

常用的并行I/O端口擴(kuò)展方法主要有簡(jiǎn)單擴(kuò)展、專用接口芯片擴(kuò)展和串行擴(kuò)展三種。

簡(jiǎn)單擴(kuò)展就是用74LS377、74LS373、74LS244、74LS245等鎖存器、三態(tài)門或雙向緩沖器構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入/輸出端口；

專用接口芯片擴(kuò)展是采用8155、8255等專用接口芯片來(lái)擴(kuò)展輸入/輸出端口；

串行擴(kuò)展是采用串行通訊的方式擴(kuò)展并行輸入/輸出端口。第47頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日擴(kuò)展時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：擴(kuò)展的并行I/O端口和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，采用相同的控制信號(hào)，相同的尋址方式和相同的指令（MOVX）.系統(tǒng)中所有并行I/O口擴(kuò)展芯片均應(yīng)按照“輸入三態(tài)、輸出鎖存”的原則與總線相連。注意P0口的負(fù)載能力。第48頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1.采用鎖存器擴(kuò)展簡(jiǎn)單的8位輸出端口7.3.1簡(jiǎn)單I/O端口擴(kuò)展

第49頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)端口模式(寫XRAM)第50頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日地址譯碼方式?端口地址?第51頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日MOVDPTR,#7FFFHMOVA，#dataMOVX@DPTR，A第52頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2.用三態(tài)門擴(kuò)展8位并行輸入端口第53頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)端口模式(讀XRAM)第54頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日MOVDPTR,#0BFFFHMOVXA,@DPTR第55頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日MOVDPTR,#0BFFFHMOVXA,@DPTR3.采用鎖存器擴(kuò)展選通輸入的8位并行口第56頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日4.簡(jiǎn)單I/O接口擴(kuò)展應(yīng)用第57頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日4.不用總線信號(hào)擴(kuò)展I/O端口端口地址多少?地址譯碼方式?第58頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日CLR P3.2MOV P1,#6CHCLR P3.0SETB P3.0向U2對(duì)應(yīng)的端口輸出數(shù)據(jù)6CH的程序段:第59頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

常用的并行擴(kuò)展芯片有8255A和8155.

8255A可以外擴(kuò)三個(gè)8位的并行輸入/輸出端口；

8155可以外擴(kuò)256Bytes靜態(tài)RAM、一個(gè)可編程的14位減法計(jì)數(shù)器、兩個(gè)8位并行I/O端口和一個(gè)6位并行I/O端口。7.3.2使用專用芯片擴(kuò)展I/O端口

第60頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1.8155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

第61頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日表7-118155內(nèi)部RAM和I/O端口寄存器編址

名稱

地址名稱

地址內(nèi)部RAM

00H～FFHPB口寄存器×××××010命令字寄存器（僅寫）×××××000PC口寄存器×××××011狀態(tài)字寄存器（僅讀）×××××000定時(shí)器/計(jì)數(shù)器低字節(jié)寄存器×××××100PA口寄存器×××××001定時(shí)器/計(jì)數(shù)器高字節(jié)寄存器×××××1012.8155的RAM和I/O端口地址編碼

第62頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日表7-128155操作控制邏輯

第63頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3.8155的命令字

第64頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日4.8155的狀態(tài)字

第65頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日5.8155的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

M2M1輸出方式T0引腳輸出波形00單負(fù)方波01連續(xù)方波10單負(fù)脈沖11連續(xù)脈沖第66頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日6.8155與51單片機(jī)的接口方法

8155擴(kuò)展端口地址第67頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日例：定義A口和C口為輸入口，B口為輸出口，寫出初始化程序，并向B端口輸出數(shù)據(jù)9BH.8155命令字： 02HTM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA

00000010;初始化程序MOV DPTR，#4000HMOV A，#02HMOVX @DPTR，A;向B端口輸出數(shù)據(jù)9BHMOV DPTR，#4002HMOV A，#9BHMOVX @DPTR，A第68頁(yè)，共76頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1.用74LS165擴(kuò)展并行輸入口7.3.3采用串行