MCS-51单片机的系统扩展.ppt

第5章MCS 51单片机的系统扩展 程序存储器的扩展外部数据存储器的扩展外部I O口的扩展 5 1程序存储器的扩展 1 外部程序存储器的扩展原理及时序 图5 1MCS 51单片机程序存储器的扩展 外部程序存储器 读取 控制 访问外部程序存储器的时序如图5 2所示 图5 2从外部程序存储器取指令时序 2 地址锁存器 由于MCS 51单片机的P0口是分时复用的地址 数据总线 因此在进行程序存储器扩展时 必须利用地址锁存器将地址信号从地址 数据总线中分离开来 图5 3为几种地址锁存储器的管脚配置图 图5 3地址锁存器 74LS373和8282都是透明的带有三态门的八D锁存器 可简化成图5 4所示的结构 图5 474LS373和8282结构图 3 EPROM扩展电路 紫外线擦除电可编程只读存储器EPROM可作为MCS 51单片机的外部程序存储器 其典型产品是Intel公司的芯片2716 2K 8 2732A 4K 8 2764A 8K 8 27128A 16K 8 27256 32K 8 和27512 64K 8 等 这些芯片上均有一个玻璃窗口 在紫外线下照射20分钟左右 存储器中的各位信息均变为1 此时 可以通过编程器将工作程序固化到这些芯片中 2732AEPROM2732A是4K 8位紫外线擦除电可编程只读存储器 单 5V供电 最大静态工作电流为100mA 维持电流为35mA 读出时间最大为250ns 2732AEPROM扩展电路 图5 72732AEPROM扩展电路 4 EEPROM扩展电路 EEPROM是电可擦除的可编程只读存储器 它既有EPROM编程后长期保存信息的特点 又可像静态RAM那样随机读写 由于这一特点 它在单片机系统中广泛地用作程序存储器和数据存储器 Intel2864A是8K 8位电擦除可编程只读存储器 单 5V供电 最大工作电流160mA 最大维持电流60mA 典型读出时间250ns 2864A管脚配置如图5 8所示 图5 82864A管脚配置 图5 92864AEEPROM扩展电路 5 2外部数据存储器的扩展 1 外部数据存储器的扩展方法及时序 图5 10扩展外部RAM电路原理图 图5 11读外部数据RAM时序 图5 12写外部数据RAM时序 2 静态RAM6264扩展 6264是8K 8位的静态随机存储器芯片 它采用CMOS工艺制造 单一 5V供电 额定功耗200mW 典型存取时间200ns 图5 14扩展6264静态RAM 单片机在访问6264时 可以采用以下指令 MOVX DPTR AA中内容传至外部RAM或MOVXA DPTR外部RAM内容读至A中 5 3外部I O口的扩展 MCS 51单片机有4个8位并行I O端口 P0 P1 P2和P3 由于P0是地址 数据总线口 P2是输出高8位地址的动态端口 P3是双功能多用端口 因此在构成单片机系统后 通常只有P1静态口空出并具有通用功能 这对于复杂的单片机应用系统来说 往往不能满足应用上的要求 为此 常需要在单片机外部扩展输入 输出端口 1 I O口地址译码技术 线选法全地址译码法 线选法 所谓线选法即是把单独的地址线 通常是P2口的某一根线 接到外围芯片的片选端上 只要该地址线有效 通常为低电平 就选中该芯片 图5 15线选法地址译码 图中6116为2K字节的数据存储器 还有I O扩展芯片8255 8155 D A变换器0832和定时 计数器8253 在外围芯片中除了片选地址外 还有片内地址 而片内地址是由低位地址线进行全译码选择的 根据图5 15中地址线连接方法 全部地址译码如表5 2所示 表5 2图5 15的线选法地址译码 全地址译码法 对于RAM或I O容量较大的应用系统 当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时 常采取全地址译码法 它将低位地址线作为芯片的片内地址 用译码器对高位地址线进行译码 译出的信号作为片选线 一般采用74LS138作地址译码器 图5 16为全地址译码电路实例 图5 16全地址译码电路 表5 4图5 16的全地址译码法地址 2 用缓冲器和锁存器扩展I O端口 当单片机需要扩展的端口数量不多时 可利用缓冲器和锁存器直接在总线上扩展I O端口 通常这种I O口都是通过P0口扩展的 由于P0口只能分时使用 故构成输出口时 接口芯片应具有锁存功能 构成输入口时 根据输入数据是常态还是暂态 要求接口芯片应能三态缓冲或锁存选通 数据的输入 输出由单片机的读 写信号控制 一种常见的电路如图5 17所示 图5 17用缓冲器和锁存器扩展I O端口 例如 若把数据50H由74LS273输出 把74LS244上的信息输入到A中 按照图5 17的电路 程序如下 MOVR0 0BFH 选中74LS273地址MOVA 50HMOVX R0 AMOVR0 7FH 选中74LS244地址MOVXA R0 3 用串行口扩展I O接口 74LS164是8位串入并出的移位寄存器 可以实现将单片机串行输入数据并行显示到8个信号线上 同时由于是移位寄存器 74LS164可以多片连接 在多片74LS164接连的应用中 将第一片的串行数据输入 A B 与单片机串口的P3 0相连 第二片的串行数据输入信号线与第一片的并行数据输出信号线最低位 Qh 相连 依次连接 所有CP脉冲短接后接入单片机串口的P3 1相连 图5 18将4片74LS164接连起来 通过单片机的串口在工作方式0下依次发送数据给4片74LS164 在移位脉冲的作用下 串行口发送缓冲器的数据一位一位地移入74LS164中 图5 18利用74LS164扩展并行输出口 下面是将RAM缓冲区30H 33H的内容经串行口由74LS164并行输出的子程序 START MOVR7 04H 设置要发送的字节个数MOVR0 30H 设置地址指针MOVSCON 00H 设置串行口方式0SEND MOVA R0MOVSBUF A 启动串行口发送数据WAIT JNBTI WAIT 一帧数据未发送完 循环等待CLRTIINCR0 取下一个数DJNZR7 SENDRET 4 并口扩展芯片8255A原理与应用 8255A可编程并行输入 输出接口芯片是Intel公司生产的标准外围接口电路 它采用NMOS工艺制造 用单一 5V电源供电 具有40条引脚 采用双列直插式 DIP 封装 它有A B C三个8位端口共24条I O线 可以通过编程的方法来设定端口的各种I O功能 芯片引脚及其内部结构8255A的控制字与工作模式MCS 51单片机和8255的接口 芯片引脚及其内部结构 图5 208255A内部结构示意图 1 数据端口A B C8255A有三个并行口 PA PB和PC 都可以选择作为输入输出工作模式 但在功能和结构上有些差异 PA口 一个8位数据输出锁存器和缓冲器 一个8位数据输入锁存器 PB口 一个8位数据输出锁存器和缓冲器 一个8位数据输入缓冲器 PC口 一个8位数据输出锁存器和缓冲器 一个8位数据输入缓冲器 2 A组和B组控制电路这是两组根据CPU写入的控制字控制8255A工作方式的控制电路 A组控制PA口和PC口的上半部 PC7 PC4 B组控制PB口和PC口的下半部 PC3 PC0 并可根据命令字对端口的每一位实现置位或复位 3 双向三态数据缓冲器这是8255A和CPU数据总线的接口 CPU和8255A之间的命令 数据和状态的传递都是通过双向三态总线缓冲器传送的 4 读写控制逻辑电路读写逻辑控制电路包括8255A的端口选择信号 A0 A1 和片选信号 以及读写控制信号 这些信号线分别和单片机的地址线和读写信号线相连接 实现单片机对8255A的端口选择和数据传送 其组合状态如表5 5所示 8255A的控制字与工作模式 8255A有3种工作方式 即模式0 模式1和模式2 这些工作方式可用软件编程来指定 其设定格式如图5 21所示 设定指令由单片机根据表5 5所示的地址选择表实现 其中8255A芯片的三个端口在模式0下被分成两组 在模式1和模式2下PC口为读写控制信号线 只有PA能工作在模式2下 此外 PC口还具有位控制功能 可以通过工作方式控制字将其任意一位置 1 或者清 0 其控制方式见图5 22所示 图5 218255A方式控制字设置 图5 22PC口位操作控制字 1 方式0 基本输入 输出方式 这种工作方式不需要任何选通信号 A口 B口及C口的高4位和低4位都可以设定为输入或输出 作为输出口时 输出的数据均被锁存 作为输入口时 A口的数据能锁存 B口与C口的数据不能锁存 例如 欲设定PA口和PC口高四位工作在模式0输出以及PB口和PC口低四位工作在模式0输入方式的指令为 MOVDPTR 8003H 控制字的地址为8003HMOVA 83H 工作方式控制字为83HMOVX DPTR A 设定工作方式控制字在这种模式下 单片机可以对8255A的数据端口进行无条件读写 8255A三个I O端口数据可得到锁存和缓冲 因此 8255A的模式0属于基本输入输出模式 2 方式1 选通输入 输出方式 在这种工作方式下 A口可由编程设定为输入口或输出口 C口的3位用来作为A口输入 输出操作的控制和同步信号 B口同样可由编程设定为输入口或输出口 C口的另3位用来作为B口输入 输出操作的控制和同步信号 在方式1下A口和B口的输入数据或输出数据都能被锁存 C口的6条线作为控制和状态信号线 其定义如表5 6所示 3 方式2方式2只有PA口才能设定 其控制信号定义见表5 6 在此工作模式下 PA为双向口 PA口为输入口时 其工作过程以及控制信号逻辑与模式1中PA为输入口相同 PA口作为输出模式时 其工作过程以及控制信号逻辑与模式1中PA为输出口相同 MCS 51单片机和8255的接口 在图5 23中 8255的片选信号及口地址选择线A0 A1分别由单片机的P0 7和P0 0 P0 1经地址锁存后提供 所以8255的A B C口及控制口地址分别为FF7CH FF7DH FF7EH FF7FH 8255的复位端与单片机的复位端相连 假设要求8255工作在方式0 且A口作为输入 B口 C口作为输出 则工作程序如下 MOVA 90H 方式0 A口输入 B口 C口输出MOVDPTR 0FF7FH 控制寄存器地址 DPTRMOVX DPTR A 方式控制字送到控制寄存器MOVDPTR 0FF7CH A口地址 DPTRMOVXA DPTR 从A口读数据MOVDPTR 0FF7DH B口地址 DPTRMOVA DATA1MOVX DPTR A 将DATA1从B口输出MOVDPTR 0FF7EH C口地址 DPTRMOVA DATA2MOVX DPTR A 将DATA1从C口输出 图5 23单片机和8255接口电路 8255的C口8位中的任一位 均可用指令来置位或复位 例如 如果想把C口的第5位PC4置1 相应的控制字为 00001001B 09H 程序如下 MOVDPTR 0FF7FH 控制寄存器地址 DPTRMOVA 09HMOVX DPTR A PC4 1如果想把C口的第5位PC4复位 相应的控制字为 00001000B 08H 程序如下 MOVDPTR 0FF7FH 控制寄存器地址 DPTRMOVA 08HMOVX DPTR A PC4 0 习题解答 1 容量为4K 8b的存储器各有多少条数据线和地址线 答案 8条数据线 12条地址线2 画出单片机扩展片外16K字节程序存储器27128EPROM的接线图 答案 3 说明单片机扩展I O端口常用的选址方法 答案 线选法 把单独的地址线 通常是P2口的某一根线 接到外围芯片的片选端上 只要该地址线有效 通常为低电平 就选中该芯片 全地址译码法 将低位地址线作为芯片的片内地址 用译码器对高位地址线进行译码 译出的信号作为片选线 4 画出单片机扩展片外数据RAM6116的接线图 并将6116中前20个数据送入单片机内以30H起始的数据单元 写出源程序 答案