單片機(jī)原理及應(yīng)用：第6章 MCS-51系列單片機(jī)的擴(kuò)展技術(shù)

1、外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù)并行接口的擴(kuò)展技術(shù)第6章 MCS-51系列單片機(jī)的擴(kuò)展技術(shù)1 在很多復(fù)雜的應(yīng)用情況下，單片機(jī)內(nèi)的RAM、ROM和I/O接口不夠使用時(shí)，就需要進(jìn)行擴(kuò)展。 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展主要是指外接程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O接口等，以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的需要。2 單片機(jī)是通過(guò)地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線與外部交換信息的。MCS-51單片機(jī)的總線接口信號(hào)見(jiàn)圖。3(1) 地址總線A0A15 地址總線的高8位是由P2口提供的，低8位是由P0口提供的。 在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，由地址鎖存信號(hào)ALE的下降沿把P0口的低8位以及P2口的高8位鎖存至地址鎖存器中，從而構(gòu)成系統(tǒng)的16位地址總線。(2) 數(shù)據(jù)總線D

2、0D7 數(shù)據(jù)總線是由P0口提供的，因?yàn)镻0口線既用作地址線，又用作數(shù)據(jù)線(分時(shí)使用)，因此，需要加一個(gè)8位鎖存器。4(3) 控制總線 系統(tǒng)控制總線共12根，既P3口的第二功能再加上RESET、EA、ALE和PSEN。實(shí)際應(yīng)用中的常用控制信號(hào)如下。 使用ALE作為地址鎖存的選通信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)低8位地址的鎖存。 以PSEN信號(hào)作為擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),在取指令碼時(shí)或執(zhí)行MOVC指令時(shí)變?yōu)橛行А?以EA信號(hào)作為內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)。 以RD和WR作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O端口的讀、寫(xiě)選通信號(hào)。執(zhí)行MOVX指令時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)分別自動(dòng)有效。 51.外部程序存儲(chǔ)器時(shí)序分析 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的安

3、排應(yīng)滿足單片機(jī)從外存取指令的時(shí)序要求。從時(shí)序圖中分析ALE、PSEN、P0和P2怎樣配合使程序存儲(chǔ)器完成取指操作，從而得出擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的方法。 單片機(jī)一直處于不斷的取指令碼執(zhí)行取指令碼執(zhí)行的工作過(guò)程中，在取指令碼時(shí)和執(zhí)行MOVC指令時(shí)PSEN會(huì)變?yōu)橛行?，和其它信?hào)配合完成從程序存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)。6.1 外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù)6.1.1外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù)6外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)序EA=0，選擇外部ROM。S2P1開(kāi)始，P2口輸出高8位地址A15-A8，一直持續(xù)到S4。S2P1開(kāi)始，P0口輸出低8位地址A7-A0，S2P1結(jié)束ALE下降沿鎖存A7-A0。S3P1開(kāi)始，PSEN讀選通外部存儲(chǔ)器，延

4、時(shí)等待TPLIV存儲(chǔ)器把數(shù)據(jù)送到P0口。在PSEN上升沿來(lái)以前，單片機(jī)讀取P0數(shù)據(jù)，完成一次外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)。一個(gè)機(jī)器周期可訪問(wèn)兩次外部程序存儲(chǔ)器，讀兩字節(jié)指令。72.外部程序存儲(chǔ)器的連接方法三總線分別連接8 單片機(jī)外部擴(kuò)展常用程序存儲(chǔ)器芯片為EPROM，其掉電后信息不會(huì)丟失，且只有在紫外線的照射下，存儲(chǔ)器的單元信息才可擦除。 用作擴(kuò)展的EPROM主要是27系列，如2716、2732、2764、27128、7256等，其中高位數(shù)字27表示該芯片是EPROM，低位數(shù)字表明存儲(chǔ)容量，如2716表示16K個(gè)存儲(chǔ)位，亦即字節(jié)容量為2K的EPROM。 常用的還有EEPROM ，即28系列，如2816/

5、2817、2864等，型號(hào)含義同上。 3.外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（1）常見(jiàn)的EPROM存儲(chǔ)器及擴(kuò)展電路9 EPROM除2716外均為28線雙列直插式封裝，各引腳定義如下。 A0Ai：地址輸入線，i=1215。 D0Di：三態(tài)數(shù)據(jù)總線，讀或編程校驗(yàn)時(shí)為數(shù)據(jù)輸出線，編程時(shí)為數(shù)據(jù)輸入線。其余時(shí)間呈高阻狀態(tài)。 PGM：編程脈沖輸入線。 OE：讀出選通線，低電平有效。 CE：片選線，低電平有效。 VPP：編程電源線，其值因芯片及制作廠商而異。 VCC：電源線，接+5V電源。 GND：接地。1074LS373為8D鎖存器在ALE下跳沿鎖存地址，高位地址直接相連。只擴(kuò)展了一片EPROM，片選端接地。PSEN的

6、下降沿使OE有效，由A0A12指定的單元指令碼從D0D7輸出。P0讀入指令到單片機(jī), 經(jīng)譯碼執(zhí)行。常見(jiàn)的EPROM存儲(chǔ)器及擴(kuò)展電路11 單片機(jī)擴(kuò)展2716，2732，27128等EPROM的方法與上圖相同，差別僅在于不同的芯片的存儲(chǔ)容量不同，因而使用高8位地址的P2端口線的根數(shù)不同。 擴(kuò)展2716（2KB）需使用A8A10 三條高位地址線 擴(kuò)展2732（4KB）需要A8A11 四條高位地址線。 擴(kuò)展27128（16KB)需要A8A13六條高位地址線。 注意：2764和27128的PGM引腳應(yīng)接Vcc。12（2）E2PROM存儲(chǔ)器及擴(kuò)展電路 電可擦除只讀存儲(chǔ)器EEPROM的特點(diǎn)如下： 單+5V供

7、電，電可擦除可改寫(xiě)。 使用次數(shù)為1萬(wàn)次，信息保存時(shí)間為10年。 讀出時(shí)間為ns級(jí)，寫(xiě)入時(shí)間為ms級(jí)。 芯片引腳信號(hào)與相應(yīng)的RAM和EPROM芯片兼容。1374LS373為8D鎖存器在ALE下跳沿鎖存地址，高位地址直接相連。只擴(kuò)展了一片EEPROM，片選端接地。PSEN和RD相與后與OE相連，支持讀指令和讀數(shù)據(jù)操作。WR和WE相連，支持寫(xiě)數(shù)據(jù)操作。14（3）多存儲(chǔ)器片選方法 線選法 所謂線選法，就是把單根高位地址線直接加在存貯器芯片的CE端。線選法的優(yōu)點(diǎn)是連接簡(jiǎn)單，不必附加邏輯，但擴(kuò)展的存貯芯片地址不連續(xù)。 15 譯碼法（全譯碼） 譯碼法能提供全部64KB地址空間，且擴(kuò)展的存貯器芯片地址是連續(xù)的

8、。 166.1.2 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù)1.外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)序分析 MCS-51單片機(jī)內(nèi)只有128字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM，當(dāng)應(yīng)用中需要更多的RAM時(shí)，只能在片外擴(kuò)展?？蓴U(kuò)展的最大容量為64KB。 當(dāng)執(zhí)行指令 MOVX A，Ri 或 MOVX A，DPTR 時(shí)，進(jìn)入外部數(shù)據(jù)RAM的讀周期。C51語(yǔ)言中采用什么指令訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器？17外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀周期 第一個(gè)機(jī)器周期讀指令，第二個(gè)機(jī)器周期讀數(shù)據(jù)。P2口輸出高8位地址A15-A8。P0口輸出低8位地址A7-A0。分時(shí)有效，需ALE下降沿鎖存。P0口讀8位數(shù)據(jù)D7-D0。分時(shí)有效，需RD選通外部存儲(chǔ)器。單片機(jī)在RD上升沿之前讀入P0數(shù)據(jù)，完成一

9、次外部存儲(chǔ)器讀操作。18外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫(xiě)周期第一個(gè)機(jī)器周期讀指令，第二個(gè)機(jī)器周期寫(xiě)數(shù)據(jù)。P2口輸出高8位地址A15-A8。P0口輸出低8位地址A7-A0。分時(shí)有效，需ALE下降沿鎖存。P0口讀8位數(shù)據(jù)D7-D0。分時(shí)有效，需WR選通外部存儲(chǔ)器。外部存儲(chǔ)器在WR上升沿之前將P0數(shù)據(jù)寫(xiě)入指定單元。192. 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的連接方法注意：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由RD或WR選通，可讀可寫(xiě)；203. 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 6116的地址為0000H07FFH，由于高位地址線未接入電路中，該芯片地址還可為1000H17FFH、2000H27FFH等等。 21完成外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM讀寫(xiě)操作的兩種方式： 例如把累

10、加器A的內(nèi)容寫(xiě)入外部存儲(chǔ)器RAM的02F3H單元中，可有如下兩種程序：第一種：MOV P2，#02H ；端口提供高8位地址 MOV R0，0F3H ；R0提供低8位地址 MOVX R0，A ；A中內(nèi)容寫(xiě)入02F3H單元第二種：MOV DPTR，02F3H ；DPTR提供16位地址 MOVX DPTR，A ；A 中內(nèi)容送02F3H單元 同樣地，若需將外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM 02F3H地址單元中的內(nèi)容讀入A累加器，其程序可為：第一種：MOV P2，02H ；端口提供高8位地址 MOV R0，0F3H ；R0提供低8位地址 MOVX A，R0 ；02F3H單元內(nèi)容送入A 中第二種：MOV DPTR，0

11、2F3H ；DPTR提供16位地址 MOVX A，DPTR ；02F3H單元內(nèi)容送入A 中C51語(yǔ)言中采用什么指令實(shí)現(xiàn)上述功能？226.2 并行接口的擴(kuò)展技術(shù) MCS-51單片機(jī)共有4個(gè)8位并行I/O口, 在外部擴(kuò)展時(shí), P0和P2口做為總線使用，因而提供給用戶的 I/O口就只有P1或P3口的部分口線。所接的外設(shè)較多時(shí)，就必須擴(kuò)展I/O接口。 MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展的I/O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，即XBYTE宏定義。23（1）XBYTE宏定義讀取外設(shè)數(shù)據(jù)： 變量=XBYTE地址；RD=0； 1）送出地址：確定訪問(wèn)的單元 P2口送出高8位；P0

12、口送出低8位 2）讀取數(shù)據(jù)： 變量=P0（2）XBYTE宏定義通過(guò)外設(shè)輸出數(shù)據(jù)： XBYTE地址=數(shù)據(jù)；WR=0； 1）送出地址：確定訪問(wèn)的單元 P2口送出高8位；P0口送出低8位 2）輸出數(shù)據(jù)： P0=數(shù)據(jù)；246.2.1簡(jiǎn)單輸入/輸出口的擴(kuò)展74LS244的選通信號(hào)由RD和P2.0相或產(chǎn)生,當(dāng)執(zhí)行讀該片的指令時(shí), RD和P2.0有效, 打開(kāi)74LS244控制門, 從而把數(shù)據(jù)通過(guò)74LS244讀入8XX51。74LS244各引腳定義如下：1A11A4：第1組4條輸入線1Y11Y4：第1組4條輸出線2A12A4：第2組4條輸入線2Y12Y4：第2組4條輸出線1G：第1組三態(tài)門使能端， 低電平有

13、效2G：第2組三態(tài)門使能端， 低電平有效VCC：工作電源，接+5V電壓GND：接地 25程序如下（匯編）： MOV DPTR, #FEFFH; 數(shù)據(jù)指針指向74LS244 MOVX A, DPTR ; 外部數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)74LS244送入累加器A MOV 61H, A ; 數(shù)據(jù)送61H單元保存 26程序如下（C51語(yǔ)言）： (1)變量=XBYTE0 xfeff; (2)unsigned char xdata a _at_ 0 xfeff；（全局變量） 變量=a；2774LS273的選通信號(hào)由WR和P2.0相或產(chǎn)生，通過(guò)執(zhí)行對(duì)該片的寫(xiě)指令，WR和P2.0有效,使8XX51的數(shù)據(jù)往74LS273輸出。7

14、4LS273各引腳定義如下：D0D7：輸入線。Q0Q7：輸出線。CLR：清除控制端， 低電平有效。CLK：時(shí)鐘輸入端， 上升沿有效。VCC：工作電源， 接+5V電壓。GND：接地。28 從74LS273輸出數(shù)據(jù)，可使用如下指令（匯編）: MOV DPTR, #0FEFFH MOVX DPTR，A ;向74LS273輸出數(shù)據(jù)29 從74LS273輸出數(shù)據(jù)，可使用如下指令（C51語(yǔ)言）: （1） XBYTE0 xfeff=輸出數(shù)據(jù) （2） unsigned char xdata a _at_ 0 xfeff;（全局變量） a=數(shù)據(jù)；30【例】74LS273輸出端接8個(gè)LED發(fā)光二極管，以顯示8個(gè)按

15、鈕開(kāi)關(guān)狀態(tài)，某位低電平時(shí)二極管發(fā)光。74LS244擴(kuò)展輸入口，接8個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)。 31 74LS273和74LS244的工作受AT89C51的P2.0、RD、WR三條控制線控制。電路的工作原理如下: 當(dāng)P2.0=0,WR=0(RD=)選中寫(xiě)74LS273， AT89C51通過(guò)P0口輸出數(shù)據(jù)到74LS273，； 當(dāng)P2.0=0,RD=0(WR=1)時(shí)選中讀74LS244, 某開(kāi)關(guān)按下時(shí)則對(duì)應(yīng)位輸入為“0”。輸出程序段（匯編）：MOV A,#data ；數(shù)據(jù)AMOV DPTR,#0FEFFH ；I/O地址DPTRMOVX DPTR,A ；WR為低，數(shù)據(jù)經(jīng)74LS273口輸出輸入程序段（匯編）： MO

16、V DPTR,#0FEFFH ；I/O地址DPTR MOVX A,DPTR ；RD為低，74LS244口 ；數(shù)據(jù)讀入內(nèi)部RAM32輸出程序段（C51語(yǔ)言）： （1）XBYTE0 xfeff=輸出數(shù)據(jù) （2）unsigned char xdata a _at_ 0 xfeff;（全局變量） a=輸出數(shù)據(jù)輸入程序段（C51語(yǔ)言）： （1）變量=XBYTE0 xfeff; （2）unsigned char xdata a _at_ 0 xfeff;(全局變量) 變量=a；33例1 編寫(xiě)程序把按鈕開(kāi)關(guān)狀態(tài)通過(guò)上圖的發(fā)光二極管顯示出來(lái)。程序如下：DDIS:MOV DPTR,#0FEFFH ；輸入口地址D

17、PTRLP:MOVX A,DPTR ；按鈕開(kāi)關(guān)狀態(tài)讀入A中MOVX DPTR,A ；A中數(shù)據(jù)送輸出口SJMP LP ；反復(fù)連續(xù)執(zhí)行#include #include void main()unsigned char a;while(1) a=XBYTE0 xfeff; XBYTE0 xfeff=a; #include unsigned char xdata a _at_ 0 xfeff;void main() unsigned char b; while(1) b=a;a=b;34一、8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能 8255A是可編程并行輸入/輸出接口芯片，內(nèi)含A、B、C三個(gè)8位的輸入輸出數(shù)據(jù)端

18、口，A、B兩組控制電路，讀/寫(xiě)控制邏輯電路以及數(shù)據(jù)總線緩沖器, 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳配置如下圖所示。6.2.2可編程并行輸入/輸出口8255的擴(kuò)展358255A控制信號(hào)與端口信號(hào)傳送的I/O操作關(guān)系 A1A0 RD* WR* CS*工作狀態(tài)00010讀端口A：A口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線讀端口B：B口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線 讀端口C：C口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線010101001000100寫(xiě)端口A：總線數(shù)據(jù)A口寫(xiě)端口B：總線數(shù)據(jù)B口寫(xiě)端口C：總線數(shù)據(jù)C口寫(xiě)控制字：總線數(shù)據(jù)控制字寄存器0110010100111001數(shù)據(jù)總線為三態(tài)11010非法狀態(tài)110數(shù)據(jù)總線為三態(tài)36二、8255A的工作方式及選擇 8255A在三種基本的方式下

19、工作：方式 0：基本輸入/輸出。方式 1：選通的輸入/輸出。方式 2：雙向傳輸。1、方式選擇控制字 其中A口可工作于方式0、1、和2，而B(niǎo)口只能工作在方式0和方式1。例 寫(xiě)入工作方式控制字95H 可將8255A編程為：A口方式0輸入，B口方式1輸出，C口的上半部分（PC7 PC4）輸出，C口的下半部分（PC3PC0）輸入。372. C口按位置位/復(fù)位控制字可對(duì)C口8位中的任一位置“1”或清“0”。用于位控。例 控制字07H寫(xiě)入控制口，置“1” PC3；08H寫(xiě)入控制口，清“0” PC4。38三、AT89C51單片機(jī)和8255的接口1.硬件接口電路 如圖是89C51擴(kuò)展1片8255A的電路圖。7

20、4LS373是地址鎖存器，P0.1、P0.0經(jīng)74LS373與8255A的地址線A1、A0連接； P0.7經(jīng)74LS373與片選端相連，其他地址線懸空。392.確定8255A端口地址圖中8255A各端口寄存器的地址為：A口： FF7CH B口： FF7DHC口： FF7EH 控制寄存器： FF7FH403.軟件編程例 要求8255A工作在方式0，且A口作為輸入，B口、C口作為輸出，程序如下：MOV A,#90H ；A口方式0輸入，B口、 ；C口輸出的控制字送AMOVDPTR,#0FF7FH ；控制寄存器地址DPTRMOVX DPTR,A ；方式控制字控制寄存器MOVDPTR,#0FF7CH ；A口地址DPTRMOVX A,DPTR ；從A口讀數(shù)據(jù)MOV DPTR,#0FF7DH ；B口地址DPTRMOV A,#DATA1 ；要輸出的數(shù)據(jù)DATA1AMOVX DPTR,A ；將DATA1送B口輸出MOV DPTR,#0FF7EH ；C口地址DPTR41MOV A,#DATA2 ；DATA2AMOVX DPTR,A ；將數(shù)據(jù)DATA2送C口輸出C51語(yǔ)言程序：#include #include void main