第六章MCS-51单片机的系统扩展.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,六,章,MCS-51,单片机的系统扩展,主要内容,1,.MCS-51,单片机系统扩展的基本概念,2.,程序存储器扩展技术,3,.,数据存储器扩展,4,.,输入,/,输出口扩展技术,重点：,系统扩展,的方法,地址译码与分析方法,第六章,1-,1,wyx,第一节 单片机系统扩展的一般方法,一、系统扩展基本内容与意义,早期的单片机,8051/8751,最小应用系统,由于集成度的限制，这种最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点是：,（,1,）全部,I/O,口线均可供用户使用。,（,2,）内部程序存储器容量不大（只有,4KB,地址空间）。,（,3,）应用系统开发具有特殊性,第六章,1-,2,系统扩展的内容：,1.,外部程序存储器的扩展；,2.,外部数据存储器的扩展；,3.I/O,接口的扩展；,4.,其他专用功能部件的扩展。,MCS-51,单片机内部虽然集成了储存器、,I/O,口、定时器,/,计数器等硬件资源，但它们的容量比较小，资源有限。为了满足各种复杂的应用系统的要求，常常需要单片机外部扩展存储器和各种功能的器件。,第六章,1-,3,二系统扩展三总线的形成,第六章,1-,4,3.,对,I/O,接口的读写操作如同外部,RAM,的读写,操作,用,MOVX,指令实现,外部程序存储器读操作,P0,口的分时输出地址信息和输入指令信息控制由,ALE,和,PSEN,实现。,为了将,P0,口的地址和数据分离，用,ALE,的下跳沿将,P0,口输出的地址信号低,8,位锁存在地址锁存器中，地址锁存器一般选用,74LS373,、,74LS573,、,8282,等芯片。,外部数据存储器读,/,写操作,对外部数据存储器的读操作控制由,ALE,和,RD,实现。,执行指令：,MOVX A,，,DPTR,对外部数据存储器的写操作控制由,ALE,和,WR,实现。,执行指令：,MOVX DPTR,，,A,第六章,1-,5,第二节,程序存储器的扩展,当程序量超过单片机的片内程序存储器时，可采用片外扩展程序存储器，通常采用,EPROM,、,E2PROM,、,Flash,存储器等芯片。,第六章,1-,6,一、,程序存储器扩展的基本方法,1.,地址线的连接：,P0,口,(P0.0,P0.7),经锁存器接存储器低,8,位地址线,(A0,A7),。,P2,口,(P2.0,P2.7),与存储器高,8,位地址线,(A8,A15),相连接；,2.,数据线的连接：,P0,口与存储器的,8,位数据线（,D0,D7,）相连接。,3.,控制线的连接,/PSEN,接存储器的允许输出信号,/OE,ALE,接地址锁存器锁存信号,G,。,4.,片选信号的连接与地址译码,当芯片的三组总线连接完后，将地址总线剩下的高位地址线作为片选信号，一般片选信号的产生有三种方法即：,线选法、部分译码法、全译码法等,。,1,典型,EPROM,扩展电路,Intel,的通用,EPROM,不同型号芯片由于其管脚有一定的兼容性，它们在单片机系统扩展中常常被采用。,EPROM,扩展的典型产品有：,2716,（,2KB,）、,2732,（,4KB),、,2764,（,8KB,）,、,27128,（,16KB,）,、,27256,（,32KB),、,27512(64KB,），它们的主要差别只是地址线的增减。,二、程序存储器扩展实例分析,EPROM,管脚功能：,（,1,）,A0,A15,地址线。,2764,（,A0,A12,），,27128,（,A0,A13,），,27256,（,A0,A14,）；,（,2,）,CE,芯片使能信号,（,3,）,OE/V,PP,输出使能信号,/,编程电压,（,4,）,PGM,编程脉冲输入端,（,5,）,O0,O7,数据线,第六章,1-,7,例,1,：,用一片,27128,扩展的,16K,字节单片机程序存储器。,扩展一片,程序存储器时，,片选信号,CS,可直接接地，也可接,A14,或,A15,，既采用线选法。,第六章,1-,8,27128,的,A0,A13,接地址总线,A0,A13,OE ,接,PSEN,O0,O7 ,接,D0,D7,地址锁存器的,G ALE,OC,直接接地,地址线和数据线,片选,地址锁存器,27128,的,CE,接地址总线,A14(P2.6),为了使程序存储器从,0000H,地址开始，设,A15,0,，,则由线选,确定的高位地址：,A15 A14,0 0,低位,A13,A0,0 0 0 0 H3FFFH,即,27128,的地址范围：,0 0 0 0 H 3FFFH,采用线选法时，存储器的地址不是唯一的，存在地址重叠现象。,第六章,1-,9,2.,E,2,PROM,扩展电路,扩展,2864,电路如图,第六章,1-,10,2864,是,8K,字节的,E,2,PROM,，,说明：,图中的,2864,既是程序存储器又是数据存储器，这时程序和数据存储器要统一编址。,27128,的,A0,A12,接地址总线,A0,A12,OE ,单片机的,RD,、,PSEN,通过与门输入,WE ,接,WR,O0,O7 ,接,D0,D7,第六章,1-,11,在,MCS-51,单片机中没有独立的,I/O,指令，将外部数据存储器与,I/O,接口统一编址，在设计扩展电路时首先考虑各个芯片的地址编址问题。,即存储器和,I/O,接口芯片的地址线及片选与单片机地址总线的连接问题,。,第,六,章,1-13,wyx,第三节,数据存储器的扩展,一、数据存储器和,I/O,接口扩展的基本方法,在单片机系统中常用的数据存储器是静态随机存储器（,SRAM,），,其典型的芯片有,6264,（,8K8,位）、,62256,（,32K8,位）。,RAM,管脚,(6264),：,（,1,）,A0,A15,地址线。,6264,（,A0,A12,），,62256,（,A0,A14,）；,（,2,）,CE1,、,CE2,芯片使能信号,（,3,）,OE,输出允许,（,4,）,WE,写允许,（,5,）,IO0,IO7,数据线,第,六,章,1-14,wyx,A0,A13 ,接地址总线,A0,A13,CE1,、,CE2 CE1,接片选信号,CE2,接电源,OE ,接,RD,WE ,接,WR,IO0,IO7 ,接,D0,D7,RAM,与单片机的连线：,片选信号的产生有三种方法,:,线选法,直接利用地址总线的高位地址线作为存储器芯片的片选信号。,优点：电路简单，不需要地址译码器硬件，体积小，成本低,缺点：可寻址的器件数目受限制，地址空间不连续,译码法,使用译码器对高位地址进行译码，译码器的输出作为存储器芯片的的片选信号，有全译码和部分译码。,是一种最常用的方法，能有效的利用存储空间，适用于大容量多芯片的存储器扩展。,常用译码器芯片有,74LS138,（,3,8,）、,74LS139,（,2,4,）、,74LS154,（,4,16,）,第六章,1-,14,例,1.,6264,静态,RAM,扩展电路,二、数据存储器扩展举例,第六章,1-,15,例,2,如图为采用,74LS139,译码扩展两片,2764,（,8K,）,EPROM,和两片,6264,（,8K,）,RAM,芯片的电路，分析它们的地址范围。,G Y3,B Y2,A Y1,Y0,A0 A7 A8 A12,CE 2764(1),D0D7 OE,DO Q0,D7 Q7,G,A0 A7 A8 A12,CE 2764(2),D0D7 OE,A0 A7 A8 A12,CE 6264(1),D0D7 WE OE,A0 A7 A8 A12,CE 6264(2),D0D7 WE OE,G Y3,B Y2,A Y1,Y0,G Y3,B Y2,A Y1,Y0,P2.7,P2.6,P2.5,P2.0,P2.4,P0.0,P0.7,ALE,8031,PSEN,WR,EA RD,2764(1):0000H1FFFH 2764(2):2000H3FFFH,6264(1):4000H5FFFH 6264(2):6000H7FFFH,第六章,1-,16,1,TTL,并行输入、输出接口,根据,“,输入三态，输出锁存,”,与总线相连的原则，可采用,TTL,电路或,CMOS,电路的锁存器、三态缓冲器扩展简单的,I/O,接口。,如采用,8,位三态缓冲器,74LS244,组成输入口，采用,8D,锁存器,74LS273,，,74LS373,等组成输出口。,第四节 一般,I/0,口的扩展,一、简单,I/0,扩展,CLR,Q0,D0,D1,Q1,Q2,D2,D3,Q3,GND,VCC,Q7,D7,D6,Q6,Q5,D5,D4,Q4,CLK,74LS273,74LS244,1EN,1A1,2Y4,1A2,2Y3,1A3,2Y2,1A4,2Y1,GND,VCC,2EN,1Y1,2A4,1Y2,2A3,1Y3,2A2,1Y4,2A1,当,CLR,为高电平，,CLK,的上升沿使,D,锁存。,当,EN,为低电平，,A,信号传送到,Y,；,EN,为高电平，,Y,为高阻态。,第六章,1-,17,简单,I/0,扩展举例：,第六章,1-,18,例中,74LS244,和,74LS273,地址都为,7FFFH,（,P2.7=0,）。,要求当某开关合上时相对应的,LED,点亮，开关断时相应的,LED,暗，其控制程序如下,：,第,六,章,1-20,wyx,M1,：,MOV DPTR,，,#7FFFH,MOVX A,，,DPTR,MOVX DPTR,，,A,SJMP M1,2,TTL,串行输入、输出接口,用串行口的方式,0,，外接串行输入,并行输出的移位寄存器扩展并行输出口，或者外接并行输入,串行输出的移位寄存器，扩展并行输入口。常用的芯片,74LS164,74LS165,4014,4094,等。,二、可编程,I,0,口的扩展,可编程,I,0,口可以通过程序设置引脚不同的工作方式，,CPU,不需要其他的硬件，一片芯片可扩展较多的,I,0,接口，使用灵活方便，通用性强。,Intel,公司的可编程,I/O,接口芯片种类齐全，为,MCS-51,单片机扩展,I/O,接口提供了很大的方便。,常用,Intel,系列可编程接口芯片,型号,名称,说明,8155,并行接口,带,256,字节的,RAM,和,14,位定时,/,计数器,8255,通用并行接口,8251,同步,/,异步通讯接口,8253,定时,/,计数器,8279,键盘,/,显示接口,第六章,1-,20,8255A,是一个典型的可编程通用并行接口芯片。它具有三个,8,位的并行口，有三种工作方式，可作为单片机与各种外设连接的接口电路。,1.,结构：,（,1,）三个并行,I/O,口,A,、,B,、,C,各有,8,根线，分成,A B,两组,（,2,）数据总线缓冲器,:,用于 与,CPU,接口,（,3,）读写控制逻辑,:,选择 端口和数据的流向,（一）,8255,可编程并行,i/o,接口扩展,第六章,1-,21,2.,引脚：,I/O,线,24,根,A,、,B,、,C,口；,数据线,8,根,D7D0,，与,CPU,接口；,控制线,6,根,RESET,（,复位）,RD,、,WR,（,读、写）,A,1,、,A,0,（,端口选择）,CS,（,片选）,电源线,2,根,Vcc,、,GND,3.,端口寻址与控制信号功能,第六章,1-,22,4.8255A,与,MCS-51,单片机的连接,由,8255A,的管脚功能得到数据脚、控制脚与微处理器连接，而,PA,、,PB,、,PC,口与外部设备信号连接。,MCS-51,单片机管脚,8255A,管脚,P0.0,P0.7,D0D7,P3.6(),P3.7(),低位地址,2,位,A0、A1,地址译码信号,地址分析？,RD,WR,P2.7,ALE,8031,P0.7,0.0,RD,WR,CS,8255A,A1,A0,D7,D0,PC7PC0,PB7PB0,PA7PA0,373,G,Q1,Q2,分析：,8255A,的,4,个地址分别为（无关位取,1,）：,PA,口,7FFCH,，,PB,口,7FFDH,，,PC,口,7FFEH,，,控制字寄存器地址为,7FFFH,。,第六章,1-,23,5.,8255A,的工作方式,8255A,有,3,种基本的工作方式：方式,0,，方式,1,，方式,2,。其中,PA,口可以工作在,3,种方式，,PB,口可工作在方式,0,和方式,1,，,PC,口只能工作在方式,0,。,（,1,）工作方式,0,方式,0,为基本输入、输出方式。这种方式下：,PA,、,PB,口各,8,位均定义为输入或输出，,PC,口的低,4,位及高,4,位可独立定义为输入或输出。定义为输出口均有锁存数据的能力，而定义为输入口无锁存能力。,方式,0,适合于无条件传送方式，,CPU,直接执行输入输出指令。,第六章,1-,24,在这种方式下，,PA,口、,PB,口作为数据的输入或输出口，,均带有锁存，,PC,口自动作为,PA,口与,PB,口的选通控制线。,在方式,1,下，,A,口和,B,口的输入输出,数据要在选通信号控制下来完成，,P,A,口借用,PC,口的一些信号线用作控制和状态线，形成,A,组；,PB,口也借用,PC,口的一些信号线用作控制和状态线，组成,B,组。,（,2,）工作方式,1,（选通的输入输出方式）,方式,1,输出的控制和状态信号：,方式,1,输入的控制和状态信号：,STB,：选通输入信号线，输入,外部设备提供,IBF,：输入缓冲器满信号线，输出；,INTR,：中断请求输出信号。,ACK,：外设收到数据后的响应信号,，,输入,OBF,：输出缓冲器满信号，输出,INTR,：中断请求输出信号线,PC,口的功能定义见表,6,8,第六章,1-,25,P0.7P0.0,INT0,8031,EA,D7D0 PA7PA0,8255A,PC4,PC5,PC3,&,INTE,A,D0D7,输入设备,1,其中，,INTE,为中断允许触发器。,方式,1,输入,INTEA,受,PC4,位置,1/,置,0,控制,INTEB,受,PC2,位置,1/,置,0,控制,方式,1,输出,INTEA,受,PC6,位置,1/,置,0,控制,INTEB,受,PC2,位置,1/,置,0,控制,如图为,A,口方式,1,输入的工作示意图：,STB,A,IBF,A,第六章,1-,26,（,3,）工作方式,2,（双向传输方式）,工作方式,2,是,A,组独有的工作方式。外设既能在,PA,口的,8,条引线上发送数据，又能接收数据。此方式也是借用,PC,口的,PC3,PC7,这,5,条信号线作控制和状态线，,PA,口的输入和输出均带有锁存。,第六章,1-,27,6,、,8255,的控制字及状态字,8255,有两种控制字，方式选择控制字和端口,PC,置位复位控制字，这两个控制字都写入,8255,的控制端口，由最高位特征位区别。,A,口,B,口,方式控制字,D7,1,方式选择控制字：,第六章,1-,28,8255A,的,PC,口位操作控制字,第六章,1-,29,MOV DPTR,#6003H,；,控制字寄存器地址,MOV A,#83H,；,方式控制字,MOVX DPTR,A,；,写入,8255A,如果全部输出，则方式控制字为,10000000B,80H,。,8255A,上电复位后所有口为输出“,1”,状态。,初始化编程举例,1,7,.,8255A,的应用,设某片,8255A,的端口地址是,6000H,6003H,，工作于方式,0,，端口,A,和端口,C,高,4,位输出，端口,B,和端口,C,低,4,位输入，设置该,8255A,的方式选择控制字。,解：方式选择控制字,=1,000,0,01 1,第六章,1-,30,要求从,8255,的,C,口,PC3,输出一个正 脉冲,1,）分析：,PC3,输出低电平,0,000,011,0,B,PC3,输出高电平,0,000,011,1,B,2,）,编程,MOV DPTR#6003H,MOV A,，,#06,MOVX DPTR,，,A,MOV A,，,#07,MOVX DPTR,，,A,MOV A,，,#06H,MOVX DPTR,，,A,初始化编程举例,2,第六章,1-,31,分析：,8255A,的,4,个地址分别为（无关位取,1,）：,PA,口,7CFFH,，,PB,口,7DFFH,，,PC,口,7EFFH,，,控制字寄存器地址为,7FFFH,。,（,2,）应用举例,例,6,6,第六章,1-,32,应用子程序如下：,EX8255:MOV DPTR,#7FFFH,；,指向控制口,MOV A,#89H,；,8255A,初始化,MOVX DPTR,A,MOV DPTR,#7FFEH,；指向,C,口,MOVX A,DPTR,；,取开关信号,MOV R3,#0,；开关号单元清,0,MOV R2,#8,；,8,个键,解：首先确定方式控制字，,PA,口应该工作在方式,0,且输出，,PB,口没有用任意，,PC,口输入，则方式控制字是,10001001B,。,例,6,6,：如图所示电路，由,PA,口输出点亮七段数码管，,PC,口接,8,个开关用作输入信号。当某开关合上时显示相应的开关号，即,K1,合显示“,1”,，,K2,合显示“,2”,，依此类推。试编程实现。,第六章,1-,33,EX82_1,：,RRC A,；,移出一位信号,JC EX82_2,；,判断开关断转跳,INC R3,；,键号,1,MOV A,R3,；,显示值转换显示码,MOV DPTR,#DIRTAB,；,七段数码管显示段码表首地址,MOVC A,A+DPTR,；,查表,MOV DPTR,#7CFFH,；送,PA,口显示,MOVX DPTR,A,RET,EX82_2,：,INC R3,；,键号,1,DJNZ R2,EX82_1,；,8,个键判完？,RET,DIRTAB,：,DB 0C0H,，,0F9H,，,0A4H,，,0B0H,；定义段码,0,，,1,，,2,，,3,DB 99H,，,92H,，,82H,，,0F8H,；,4,，,5,，,6,，,7,DB 80H,，,98H,，,88H,，,83H,；,8,，,9,，,A,，,B,DB 0C6H,，,0A1H,，,86H,，,8EH,；,C,，,D,，,E,，,F,第六章,1-,34,图为某,8255A,扩展电路，试分析各端口地址。编程实现在如图示接口电路的两个,LED,显示器（共阴极接法）上显示自己的学号。,A,口输出字形码，,C,口输出位控码。,综合练习：,RD,WR,P2.0,8051,P0,ALE,D7 Q1,D0 Q0,G,RD PA,口,WR,CS,A1,A0,PC4,PC5,D7D0,第六章,1-,35,第三章,6-24,wyx,三、分支程序与循环程序设计,课间休息,