《單片機原理與應(yīng)用技術(shù)》課件第7章

第七章MCS-51單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)7.1單片機并行擴展總線7.2并行擴展外ROM7.3并行擴展外RAM7.4單片機系統(tǒng)綜合擴展外ROM和RAM7.5簡單并行I/O口的擴展7.6可編程并行I/O口擴展7.7串行擴展技術(shù)7.8習題實訓七MCS-51單片機系統(tǒng)擴展

7.1單片機并行擴展總線

7.1.1三總線擴展連接

1．三總線構(gòu)成

圖7-1三總線片外擴展示意圖7.1.2地址空間分配

1．線選法

線選法是將高位地址線直接連到存儲器芯片的片選端，電路簡單，不需要另外增加地址譯碼器硬件電路。如外擴3片都是2K?×?8位存儲器芯片A、B、C，高位地址線A11～A13分別與各片的連接實現(xiàn)片選，均為低電平有效，低位地址線A0～A10實現(xiàn)片內(nèi)尋址。為了不出現(xiàn)尋址錯誤，要求A11～A13中只允許有一根為低電平，另兩根必須為高電平，否則出錯。三片存儲器芯片地址分配如表7-1所示。表7-1線選法三片存儲器芯片地址分配表

2．譯碼法

譯碼法是使用譯碼器對單片機的高位地址進行譯瑪，將譯碼器的譯碼輸出作為存儲芯片的片選信號，這是一種最常用的地址空間分配的方法，它能有效地利用存儲器的空間，適用于多芯片的存儲器擴展。2條地址線能譯成4種片選信號，3條地址線能譯成8種片選信號，4條地址線能譯成16種片選信號。所對應(yīng)的TTL譯碼芯片有74139(雙2/4譯碼器)、74138(3/8譯碼器)和74154(4/6譯碼器)。下面以74LS138為例說明譯碼器的譯碼。

74LS138是一種3/8譯碼器，有3個數(shù)據(jù)輸入端，經(jīng)譯碼產(chǎn)生8種狀態(tài)。其引腳如圖7-2所示。圖7-274LS138引腳圖表7-2為74LS138真值表。表7-274LS138真值表三個存儲器芯片的地址空間分配見表7-3。表7-3譯碼法三片存儲器芯片地址分配表7.1.3外部地址鎖存器

MCS-51單片機受引腳數(shù)的限制，P0口兼用數(shù)據(jù)線和低8位地址線，為了將它們分離出來需要在單片機外部加地址鎖存器。目前，常用的地址鎖存器芯片有74LS373和74LS573。

74LS373是一種帶有三態(tài)門的8D鎖存器，引腳見圖7-3,其功能見表7-4。表7-474LS373功能表圖7-374LS373引腳圖

7.2并行擴展外ROM

7.2.1并行擴展程序存儲器EPROM

1．常用EPROM芯片

常用EPROM芯片有2716、2732、2764、27128、27256、27521，其中，27是EPROM芯片的代號，后2位數(shù)字代表EPROM的存儲容量。例如2764的64代表64?kbit。按字節(jié)計算,每字節(jié)8位，2764的存儲容量為64÷8=8，即8?KB(字節(jié))。

CMOSEPROM芯片有27C32、27C64、27C128等，中間字母C代表CMOSEPROM芯片，CMOSEPROM芯片與普通EPROM芯片相比，功耗要小，使用方法相同。

2．EPROM基本參數(shù)

27系列EPROM芯片的基本參數(shù)如表7-5所示。表7-5常用EPROM芯片的基本參數(shù)

3．EPROM引腳功能

表7-6為常用EPROM芯片引腳。表7-6常用EPROM芯片引腳表7-7EPROM的5種工作方式

5．典型擴展電路

圖7-4為2764與8051的典型連接電路，圖7-5為27128與8051的典型連接電路。圖7-42764與8051典型連接圖7-527128與8051典型連接

6．讀EPROM

對EPROM讀的操作有兩種形式：一是CPU自動讀。CPU在執(zhí)行程序時，會按照程序計數(shù)器PC所指出的地址讀出存放在EPROM中的程序指令；另一種是在執(zhí)行程序時讀存放在EPROM中的數(shù)據(jù)的指令。

【例7-1】

外部擴展一片EPROM2764，讀取2764中從地址1000H單元開始的30個單元的數(shù)據(jù)，存放到片內(nèi)RAM中，從地址40H開始存放。

解：編寫程序如下：7.2.2并行擴展E2PROM

E2PROM是電擦除可編程ROM，比EPROM具有更大的靈活性。EPROM擦除是必須在專用的強紫外線擦除器中照射若干分鐘，又必須在特定的電壓(例如12.5?V)下才能寫入，使用起來尚不方便。

1．常用E2PROM芯片

常用E2PROM芯片有2816A、2817A、2864A，其中28是E2PROM芯片的代號，后2位數(shù)字代表E2PROM的存儲容量。例如2864的64代表64?kbit。按字節(jié)計算，每字節(jié)8位，2864的存儲容量為64?÷?8?=?8，即8KB(字節(jié))。2816和2817的容量均為2?KB，區(qū)別在于后者設(shè)置了寫入結(jié)束聯(lián)絡(luò)控制信號引腳端。

2．典型連接電路

圖7-6為2864A與8051的典型連接電路。圖7-62864A與8051典型連接

【例7-2】

將2864A中2000H為首地址的20個數(shù)據(jù)讀出取反后寫入原存儲單元。

解：編程如下：

7.3并行擴展外RAM

1．常用RAM芯片

擴展外RAM芯片一般采用靜態(tài)RAM(SRAM)，也可根據(jù)需要采用E2PROM芯片或其它RAM芯片。

常用的RAM芯片有6116(2?KB)24引腳、6264(8?KB)28引腳和62128(16KB)28引腳，6116引腳與2716兼容，6264引腳與2764兼容，如表7-8所示。

2．工作方式

RAM存儲器有讀出、寫入、維持三種工作方式，這些工作方式的控制如表7-9所示。表7-8常用RAM芯片引腳

3．典型連接電路

圖7-7為6116與8051連接的典型電路。表7-96116、6264、62256芯片三種工作方式的控制圖7-76116與8051典型連接

【例7-3】

試編寫程序，將外RAM7020H為首地址的20個數(shù)據(jù)讀出并寫入外RAM7040為首地址的存儲單元中。

解：編程如下：

7.4單片機系統(tǒng)綜合擴展外ROM和RAM

在實際應(yīng)用中經(jīng)常需要同時擴展外ROM和外RAM才能滿足要求。

單片機對外部ROM的訪問采用MOVC指令，外部RAM的訪問采用MOVX指令。外部ROM和外部RAM的地址可以重疊。圖7-8為8051同時擴展外ROM和外RAM的典型應(yīng)用電路。圖7-88051同時擴展外ROM和外RAM時典型連接 7.5簡單并行I/O口的擴展

7.5.1輸入口擴展

擴展輸入口的74系列芯片有很多，以74373最為方便和常用。

1．74373芯片

圖7-974373擴展輸入口

2．典型應(yīng)用電路

圖7-9是74373與8051單片機連接的典型應(yīng)用電路。7.5.2輸出口擴展

輸出口擴展常用的典型芯片為74377。

1．74377芯片

圖7-10為74377DIP封裝引腳圖，表7-10為其功能表。圖7-1074377封裝引腳圖表7-1074377功能表

2.典型應(yīng)用電路

圖7-11為74377與8051單片機連接的典型應(yīng)用電路。圖7-1174377擴展輸出口7.5.3總線擴展驅(qū)動

1.雙向總線擴展

1)74245芯片

圖7-12為74245DIP封裝引腳圖，表7-11為74245的功能表。表7-1174245功能表圖7-1274245引腳

1)?74244芯片

圖7-13為74244DIP封裝引腳圖，表7-12為74244的功能表。表7-1274244功能表圖7-1374244封裝引腳圖 7.6可編程并行I/O口擴展

1．可編程并行輸入/輸出接口芯片8255

8255是Intel公司生產(chǎn)的一種可編程并行I/O接口芯片，是專門針對單片機而開發(fā)設(shè)計的，其內(nèi)部集成了鎖存、緩沖及與CPU聯(lián)絡(luò)的控制邏輯?？赏ㄟ^編程改變其功能，它是一種靈活方便、應(yīng)用廣泛，可以與8051單片機方便地連接，簡單地編程應(yīng)用的I/O接口芯片。

圖7-14為8255DIP封裝引腳圖，共有40個引腳，內(nèi)有3個8位并行I/O口。圖7-148255封裝引腳圖

2．可編程多功能接口芯片8155

8155是Intel公司生產(chǎn)的一種可編程并行I/O接口芯片，除有兩個可擴展并行I/O口外，還有256個字節(jié)的靜態(tài)RAM和一個14位減法計數(shù)器。8155有4種工作方式，功能豐富，使用方便，特別適合于擴展少量RAM和定時/計數(shù)器的場合，是單片機系統(tǒng)中的傳統(tǒng)芯片。

圖7-15為8155DIP封裝引腳圖，共40個引腳，片內(nèi)3個I/O口。圖7-158155引腳圖

3．鍵盤、顯示器接口芯片8279

Intel公司的8279是一種通用可編程鍵盤、顯示器接口芯片，共40個引腳，它能同時完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能。采用8279作為鍵盤、顯示接口，能簡化鍵盤處理和顯示程序，減少CPU運行時間。

鍵盤接口部分提供一種掃描控制方式。最多可以和具有64個按鍵或傳感器的陣列相連，能對鍵盤不斷掃描，自動消除開關(guān)抖動，自動識別出按下的鍵并給出編碼，具有多鍵同時按下保護功能。

4．單片機內(nèi)閃存儲器

AT89C51是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有4?KB/8?KB/20?KB的Flash可編程/可擦除ROM的8位CMOS單片機。其片內(nèi)的Flash存儲器允許在線編程。

89C51的主要性能：

(1)?89C51與MCS-51系列單片機兼容。

(2)片內(nèi)的Flash存儲器可循環(huán)寫入/擦除10?000次。

(3)數(shù)據(jù)保存時間為10年，工作電壓范圍為1.7～6?V。

(4)掉電后存儲器中內(nèi)容保持不變。

(5)可省去外擴程序存儲器的工作。

7.7串行擴展技術(shù)

1．單總線

單總線制的典型代表為Dallas公司推出的單總線(1-wire)。串行擴展芯片DS1820只有一根信號線與MCU相連接，DS1820的DQ端為數(shù)據(jù)輸入/輸出端，漏極開路，需外接上

拉電阻R，多片DS1820全部掛在一根總線上，MCU通過總線對每片DS1820尋址和傳輸信號。

2．雙總線

雙總線制的典型代表為Philips公司推出的I2C總線(IntelIntegratedCircuitBUS)，它是目前使用較廣泛的芯片間串行擴展總線。該總線用兩條連線實現(xiàn)全雙工同步數(shù)據(jù)傳輸。它可以使用具有I2C總線的單片機直接與具有I2C總線接口的各種擴展器件連接，實現(xiàn)I2C總線的串行功能。

I2C總線由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL構(gòu)成，SDA/SCL總線上可以掛接單片機(MCU)、外圍器件(如A/D、D/A、日歷時鐘、ROM、RAM和I/O口等)和外設(shè)接口(如鍵盤、顯示器、打印機等)，但所有掛接在I2C總線的器件和接口電路都應(yīng)具有I2C總線接口，總線輸出端為漏極開路，需外接上拉電阻，總線驅(qū)動能力為400?pF(通過驅(qū)動擴展可達4000?pF)，信號傳輸速率為100?kb/s(最新可達400?kb/s)。MCU通過總線對掛接到總線上的串行擴展器件尋址和讀寫。

4．移位寄存器串行擴展

MCS-51的串行口有四種工作方式，其中方式0為同步移位寄存器工作方式，通過移位寄存器方式可將串行數(shù)據(jù)并行輸出，也可以將并行數(shù)據(jù)串行輸入。TXD(P3.1)發(fā)出移位脈沖，RXD端(P3.0)輸入/輸出數(shù)據(jù)。74HC164為串行輸入并行輸出移位寄存器，74HC165為并行輸入串行輸出移位寄存器。

5．USB總線

USB(通用串行總線)總線是一個外部總線標準，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通信。它基于通用連接技術(shù)，實現(xiàn)外設(shè)的簡單快速連接，達到方便用戶、降低成本、擴展外設(shè)的目的。 7.8習題

1．填空題

(6)?MCS-51中，PC和DPTR都用于提供地址，但PC是為訪問()存儲器提供地址，而DPTR是為訪問()存儲器提供地址。

(7)?MCS-51能擴展ROM的容量是()，擴展RAM的容量是()。

2．MCS-51同時并行擴展外ROM和外RAM時，共同使用16位地址線和8位數(shù)據(jù)線，為什么兩個存儲空間不會發(fā)生沖突？

3．MCS-51并行擴展外ROM時，為什么P0口要接一個8位鎖存器74373，而P2口卻不接？

4．并行擴展存儲器，片選方式有哪幾種？各有什么特點？

5．并行展多片存儲器芯片時，什么叫地址空間不連續(xù)和|“地址重疊”現(xiàn)象？原因是什么？

6．簡述74138性能和使用方法。

7．單片機常用的EPROM有哪些型號的芯片？如何識別其存儲容量？

8．比較歸納EPROM/E2PROM及RAM讀寫速度的性能特點。

10．為什么8051并行擴展外RAM芯片時，一般需要片選？而擴展外ROM芯片時，卻不需要片選？

11．8051并行擴展外存儲器時，真正提供給用戶使用的I/O口有哪些？為什么？

12．與并行擴展相比，串行擴展有什么優(yōu)缺點？

13．簡述MCS-51系統(tǒng)總線的構(gòu)成。

實訓七MCS-51單片機系統(tǒng)擴展

實訓7.1I/O口擴展

一、實驗?zāi)康?/p>

(1)學習在單片機系統(tǒng)中擴展簡單I/O口的方法。

(2)學習數(shù)據(jù)輸入/輸出程序的設(shè)計和調(diào)試。

二、實驗設(shè)備

EL-8051型單片機實驗系統(tǒng)。三、實驗原理

MCS-51外部擴展空間很大，但數(shù)據(jù)總線口和控制信號線的負載能力是有限的。若需要擴展的芯片較多，則MCS-51總線口的負載過重，74LS244是一個擴展輸入口，同時也是一個單向驅(qū)動器，以減輕總線口