河海大學(xué)單片機(jī)PPT (3).ppt

1、1,單片機(jī)原理及應(yīng)用,史中權(quán) 機(jī)電工程學(xué)院 河海大學(xué)常州校區(qū),第六章 MCS-51存儲(chǔ)器和I/O擴(kuò)展,2,6-1 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,6-2 并行I/O口擴(kuò)展,一、MCS-51總線擴(kuò)展結(jié)構(gòu) ,二、存儲(chǔ)器擴(kuò)展的基本方法 ,一、用74系列器件擴(kuò)展并行I/O口 ,二、可編程并行接口8255A ,三、* 可編程并行接口芯片8155 ,三、存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)例 ,3,6-1 存儲(chǔ)器擴(kuò)展 一、MCS-51總線擴(kuò)展結(jié)構(gòu) 1、單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),4,2、單片機(jī)總線擴(kuò)展結(jié)構(gòu),5,（1）地址線與存儲(chǔ)器容量的關(guān)系 A7A0：8根地址線，有28=256個(gè)單元 A9A0：10根地址線，有210=1KB A10A0：11根地址線，有21

2、1=2K A11A0：12根地址線，有212=4K A12A0：13根地址線，有213=8K 等等 （2）16位地址/8位數(shù)據(jù)的形成 51系列單片機(jī)P0口和P2口既是通用I/O口，同時(shí) P0口還是分時(shí)復(fù)用的雙向數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線 （一般需要加一級(jí)鎖存器），而P2口則是高8位地址總 線。,6,低8位地址和數(shù)據(jù)的區(qū)分：ALE高電平信號(hào)與P0口有 效地址信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)，ALE下降沿時(shí)鎖存低8位地址， ALE低電平時(shí)P0口為數(shù)據(jù)。 高8位地址的形成：有P2口送出高8位地址，A15A8，在執(zhí)行MOVX、MOVC指令時(shí)P2口數(shù)據(jù)作為高地址送出，一部分還用來(lái)作為RAM、ROM的片選信號(hào)。 （3）地址鎖存

3、器-74LS373 （8D三態(tài)同相鎖存器） 引腳功能： D7D0：8位并行數(shù)據(jù)輸入端 Q7Q0：8位并行數(shù)據(jù)輸出端 G：為1時(shí)D端數(shù)據(jù) = Q端數(shù)據(jù)，為0時(shí)Q端數(shù)據(jù)保持。 ：片選端，低電平有效,7,74LS373的引腳和示意圖： 真值表： G D Q LHHH LHLL LL不變 H 高阻,8,3、典型RAM和ROM芯片介紹 1) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分為：RAM和ROM。RAM分為靜態(tài)RAM（SRAM）和動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）兩種。目前計(jì)算機(jī)內(nèi)的主存儲(chǔ)器都是DRAM。圖示為靜態(tài)RAM的原理圖,9,2）6116的引腳結(jié)構(gòu)如下圖所示,6116-2K SRAM,6116引腳功能,A7 A6 A5 A4

4、A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND,Vcc A8 A9 WE OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3,6116,10,3）ROM的組成結(jié)構(gòu),11,典型的EPROM芯片有Intel公司的2716(2K8)、2732(4K8)、 2764(8K8)、27128(16K8)、 27256(32K8)、27512(64K8)等。,2732-4K EPROM,2732引腳功能,A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 O0 O1 O2 GND,Vcc A8 A9 A11 OE/Vpp A10 CE O7 O6 O5 O4 O3,2732,12,二、存儲(chǔ)器擴(kuò)展的基本方法 1、

5、存儲(chǔ)器擴(kuò)展的基本問題。 1）擴(kuò)展容量：16根地址線最大可擴(kuò)展到64K 2）擴(kuò)展要解決的問題：地址線、擴(kuò)展芯片在64K范圍內(nèi) 所占的地址范圍 3）存儲(chǔ)器擴(kuò)展的編址：存儲(chǔ)芯片片的選擇、片內(nèi)單元的 編址 4）選擇芯片的方法：片選技術(shù) 2、存儲(chǔ)器擴(kuò)展的片選技術(shù) 一般產(chǎn)生片選有兩種方法: 線選法和譯碼法。,13,（1）線選法 線選法用低位地址線對(duì)片內(nèi)的存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址，所需的 地址線由片內(nèi)地址線決定，用余下的高位地址線分別接至芯片 的片選端，以區(qū)分各芯片的地址范圍。例如要擴(kuò)展8K容量的外 RAM，地址線和片選如下： 地址線：log2(8K)log2（213）13條(A12A0) 片選線：余下的A15A1

6、3分別接至芯片的片選端。A15A13輪流 出現(xiàn)低電平，可保證一次只選一片。 用線選法擴(kuò)展存儲(chǔ)器的缺點(diǎn) 各芯片間地址不連續(xù)。而習(xí)慣上使用連續(xù)地址,如24K范圍地址從0000H到5FFFH。 有相當(dāng)數(shù)量的地址不能使用,否則造成片選混亂。,14,例6-1 擴(kuò)展三片2K存儲(chǔ)芯片，試用線選法給出接線圖和地址。 分析：顯然要11根地址線和3根片選線，分配如下 低位地址線：P0.7P0.0-A7A0，P2.2P2.0-A10A8， 合成11根地址線； 高位地址線：P2.5、P2.4、P2.3-A13、A12、A11，作3片的片選， 余下： P2.7、P2.6不用，取00 擴(kuò)展接線結(jié)構(gòu)如圖：,15,編址：P2

7、.7、P2.6、P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0 P0.7P0.0 1號(hào)片 00 1 1 0 0 0 0 00H 00 1 1 0 1 1 1 FFH 2號(hào)片 00 1 0 1 0 0 0 00H 00 1 0 1 1 1 1 FFH 3號(hào)片 00 0 1 1 0 0 0 00H 0 0 0 1 1 1 1 1 FFH 顯然，三片的地址范圍是： 1號(hào)片 3000H37FFH 2號(hào)片 2800H2FFFH 3號(hào)片 1800H1FFFH （2）譯碼法 譯碼法將低位地址總線直接連至各芯片的地址線,將高位地 址總線經(jīng)地址譯碼器譯碼后作為各芯片的片選信號(hào)。 一般使用2/4譯碼器

8、、3/8譯碼器，對(duì)P2口高位地址線進(jìn)行譯 碼，適用于大規(guī)模擴(kuò)展。,16,2/4譯碼器、3/8譯碼器的引腳圖：如圖所示 74LS139 74LS138,17,74LS138真值表 例如：在上例中同樣擴(kuò)展三片2K存儲(chǔ)芯片，采用譯碼法 低位地址線：同前P0口A7A0，P2口A10A8，合成作為11根地址線 2/4譯碼器作為片選,18,高位地址線：P2口A12、A11，作為譯碼器輸入，利用2/4譯 碼輸出端Y0、 Y1、 Y2作為片選。 三個(gè)信號(hào)作為 3片芯片的片選，實(shí)際上可選4片，本例只需3片 擴(kuò)展接線結(jié)構(gòu)如圖：,19,編址：P2.7、P2.6、P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2

9、.0 P0.7P0.0 1號(hào)片 00 0 0 0 0 0 0 00H 00 0 0 0 1 1 1 FFH 2號(hào)片 00 0 0 1 0 0 0 00H 00 0 0 1 1 1 1 FFH 3號(hào)片 00 0 1 0 0 0 0 00H 0 0 0 1 0 1 1 1 FFH 顯然，三片的地址范圍是： 1號(hào)片 0000H07FFH 2號(hào)片 0800H0FFFH 3號(hào)片 1000H17FFH 3/8譯碼器作為片選 高位地址線：P2口A13、A12、A11，作為譯碼器輸入，利用 3/8譯碼輸出端Y0、 Y1、Y2三個(gè)信號(hào)作為 3片 芯片的片選，實(shí)際上可選8片，本例只需3片,20,擴(kuò)展接線結(jié)構(gòu)如圖：

10、,21,編址：P2.7、P2.6、P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0 P0.7P0.0 1號(hào)片 00 0 0 0 0 0 0 00H 00 0 0 0 1 1 1 FFH 2號(hào)片 00 0 0 1 0 0 0 00H 00 0 0 1 1 1 1 FFH 3號(hào)片 00 0 1 0 0 0 0 00H 0 0 0 1 0 1 1 1 FFH 顯然，三片的地址范圍是： 1號(hào)片 0000H07FFH 2號(hào)片 0800H0FFFH 3號(hào)片 1000H17FFH 三、存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)例 1、 擴(kuò)展外ROM 1）擴(kuò)展一片4K容量的EPROM，2732 地址線：A11A0，共12根，接8

11、031的P2.3.P2.0，P0.7P0.0 片選線：P2.7P2.4，不用，取0值，2732片選端直接接地，常選中。,22,擴(kuò)展接線結(jié)構(gòu)如圖： 數(shù)據(jù)線：P0.7P0.02732的D7D0 控制線：PSEN2732的OE端，ALE鎖存器74LS373門控端G 2732的地址范圍：0000H0FFFH,23,2）線選法擴(kuò)展二片2K容量的EPROM，2716，共4K 地址線：A10A0，共11根，接8031的P2.2P2.0，P0.7P0.0 片選線：利用P2.3，加一個(gè)非門，接存儲(chǔ)芯片的片選端，既可完成2片的選擇，而P2.72.4，取0值 數(shù)據(jù)線：P0.7P0.0分別接2片2732的D7D0 控

12、制線：PSEN分別接2片2732的OE端 ALE 鎖存器74LS373的門控端G 擴(kuò)展的接線如下頁(yè)圖所示： 2732的地址范圍： 1號(hào)片0000H07FFH 2號(hào)片0800H0FFFH,24,擴(kuò)展的接線如下頁(yè)圖所示：,25,2、 擴(kuò)展外RAM 1）擴(kuò)展一片2K容量的RAM，6116 地址線：A10A0，共11根，接8031的P2.2P2.0，P0.7P0.0 片選線：P2.7P2.3，不用，取0值，因?yàn)橹粩U(kuò)展1片，6116片選端直接接地，常選中 數(shù)據(jù)線：P0.7P0.06116的D7D0 控制線：WR6116的WE端 RD6116的OE端 ALE 鎖存器74LS373的門控端G 6116的地址

13、范圍：0000H07FFH 2）線選法擴(kuò)展二片2K容量的RAM，6116，一片4K容量的ROM，2716 接線圖如下頁(yè)所示：,26,擴(kuò)展一片2K容量的RAM，6116,27,線選法擴(kuò)展二片2K容量，6116，一片4K容量，2716 2716：0000H07FFH 6116（1）：0000H07FFH 6116（2）：0800H0FFFH,28,6-2 并行I/O口擴(kuò)展 一、用74系列器件擴(kuò)展并行I/O口 常用并行I/O擴(kuò)展芯片，如74LS244、74LS245、273、74LS377等 1、74LS273,29,2、74LS244,30,3、擴(kuò)展實(shí)例 高位地址組合法，如圖所示：,31,輸入：7

14、4LS244擴(kuò)展K0K7 并由P2.0+RD端，全0時(shí)，74LS244選通讀入K0K7狀態(tài)。 實(shí)現(xiàn)：MOV DPTR，#FEFFH MOVX A，DPTR；讀入 輸出：74LS273擴(kuò)展LED0LED7 并由P2.0+WR端，全0時(shí)， 74LS273將P0口數(shù)據(jù)送出，控制LED0LED7 實(shí)現(xiàn)：MOVX DPTR，A；輸出,32,二、可編程并行接口8255A 1、8255A的基本性能 可編程外設(shè)接口電路（Programmable Peripheral Interface)簡(jiǎn)稱 PPI，型號(hào)為8255（改進(jìn)型為8255A及8255A-5），具有24條輸入/輸出引腳、可編程的通用并行輸入/輸出接口

15、電路。 8255A具有三個(gè)相互獨(dú)立的輸入/輸出通道： 通道A、通道B、通道C。 A，B，C三通道可以聯(lián)合使用，構(gòu)成單線、雙線或三線聯(lián)絡(luò)信號(hào)的并行接口。 此時(shí)C口完全服務(wù)于A、B口。 A口有三種工作方式：方式0、方式1、方式2。 B口有兩種工作方式：方式0、方式1。,33,2、8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)由以下四部分組成： 數(shù)據(jù)端口A、B、C；A組控制和B組控制；讀/寫控制邏 輯電路；數(shù)據(jù)總線緩沖器。結(jié)構(gòu)如圖所示,34,端口A：包括一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè) 8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器，可作為數(shù)據(jù)輸入或輸出端口， 并工作于三種方式中的任何一種。 端口B： 包括一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)

16、輸出鎖存/緩沖器和一個(gè) 8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器，可作為數(shù)據(jù)輸入或輸出端口， 但不能工作于方式2。 端口C： 包括一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè) 8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器， 可在方式字控制下分為兩個(gè)4位的端口（C端口上和下），每個(gè)4位端口都有4位的鎖存器， 用來(lái)配合端口A與端口B鎖存輸出控制信號(hào)和輸入狀態(tài)信號(hào)，不能工作于方式1或2。 A組和B組控制的作用如下： A組控制邏輯控制端口A及端口C的上半部；B組控制邏輯控制端口B及端口C的下半部。,35,方式選擇控制字：,36,C端口置1置0控制字： 端口C的數(shù)位常常作為控制位來(lái)使用，所以，在 設(shè)計(jì)8255A芯片時(shí)，應(yīng)使端口C中的各位可以用置1置0

17、 控制字來(lái)單獨(dú)設(shè)置。其具體格式如下圖所示。 注意：C端口置1置0控制字盡管是對(duì)端口C進(jìn)行操 作，但此控制字必須寫入控制口，而不是寫入C端口。,37,工作方式： 1）方式0 是一種基本輸入或輸出方式，它適用于無(wú)需握手信號(hào)的簡(jiǎn)單輸入輸出應(yīng)用場(chǎng)合， 端口A、B、C都可作為輸入或輸出數(shù)據(jù)使用，輸出有鎖存而輸入無(wú)鎖存。 2）方式1 也稱選通的輸入/輸出方式。在這種方式下，無(wú)論是輸入還是輸出都通過(guò)應(yīng)答關(guān)系實(shí)現(xiàn)， 這時(shí)端口A或B用作數(shù)據(jù)口，端口C的一部分引腳用作握手信號(hào)線與中斷請(qǐng)求線。 若端口A工作于方式1,則B可工作于方式0； 若端口B工作于方式1,則A可工作于方式0或余下的13位可工作于方式0； 若端口

18、A和B同時(shí)工作于方式1,端口C余下的兩位還可用于傳送數(shù)據(jù)或控制信號(hào)。,38,3）方式2 也稱選通的雙向I/O方式，僅適用于端口A， 這時(shí)A口的PA7-PA0作為雙向的數(shù)據(jù)總線， 端口C有5條引腳用作A的握手信號(hào)線和中斷請(qǐng)求線，而B口和C口余下的3位仍可工作于方式0或1。 它可以認(rèn)為是方式1輸出和輸入的組合但有以下不同： (1)當(dāng)CPU將數(shù)據(jù)寫入A口時(shí)，盡管OBF變?yōu)橛行В?但數(shù)據(jù)并不出現(xiàn)在PA7-PA0上， 只有外設(shè)發(fā)出ACKA信號(hào)時(shí)， 數(shù)據(jù)才進(jìn)入PA7-PA0。 (2)輸出和輸入引起的中斷請(qǐng)求信號(hào)都通過(guò)同一引腳輸出， CPU必須通過(guò)查詢OBF和IBF狀態(tài)才能確定是輸入引起的中斷請(qǐng)求還是輸出引

19、起的中斷請(qǐng)求。 (3)ACKA 和STBA 信號(hào)信號(hào)不能同時(shí)有效， 否則將出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送“沖突”。,39,3、MCS-51和8255A的接口方法 如圖所示為MCS-51和8255A的一種接口邏輯。 PA口、PB口、PC口、控制口的地址分別為：7FFCH、7FFDH、7FFEH、7FFFH。,40,假設(shè)圖中8255A的PA口接一組開關(guān)，PB接一組指示燈， 如果，要將MCS-51的寄存器R2的內(nèi)容送指示燈顯示，將開關(guān)狀 態(tài)讀入MCS-51的累加器A，則8255初始化和輸入/輸出程序如下： ORG 1000H R8255：MOV DPTR，#7FFFH； MOV A，#98H MOVX DPTR,A

20、MOV DPTR,#7FFDH MOV A,R2 MOV DPTR,A MOV DPTR,#7FFCH MOVX A,DPTR RET,41,*三、可編程并行接口芯片8155 與8255A相比，8155具有更強(qiáng)的功能，可 以擴(kuò)展單片機(jī)的I/O口、定時(shí)器、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器RAM。 1、8155芯片的構(gòu)成 1）邏輯結(jié)構(gòu) 2）引腳圖 3）接口信號(hào),42,8155芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),256B 靜態(tài) RAM,A,定時(shí)器,B,C,口A,PA0PA7,口B,PB0PB7,PC0PC5,口C,IO/ M,AD0AD7,CE ALE RD WR RESET,定時(shí)器輸入,定時(shí)器輸出,接單片機(jī),接外設(shè),接外設(shè),接外設(shè),

21、43,8155引腳功能,PC3 PC4 PC5 IO/ M CE RD WR ALE AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 Vss,Vcc PC2 PC1 PC0 PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0,TIMER IN,RESET,TIMER OUT,44,IO/ M,RD、WR,45,2、8155的RAM和I/O口地址 RAM地址-當(dāng)IO/ M 加低電平： 此時(shí)AD0-AD7上得到的地址值是指8155的某一RAM單元的地址，地址范圍是： 0000 0000-1111 1111 分別指向8155 RAM 的256個(gè)存儲(chǔ)單元。 I/O口地址-當(dāng)IO/ M 加高電平： 此時(shí)AD0-AD7 （僅用到低三位AD2、AD1、AD0）上得到的地址值是指8155的某一I/O口的地址，具體端口地址分配是：,46,8155的RAM和I/O口編址,47,3、 8155的使用 1）8155內(nèi)RAM的使用： 與一般外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的使用基本一樣，唯一區(qū)別是事先要使IO/ M 為低電平。 2）8155各端口的使用： A、B、C各端口可工作于不同的工作方式，使用前要進(jìn)行初始化（寫命令字到命令口）。,48,