第6章 单片机系统扩展技术

1、第六章 单片机系统扩展技术51单片机的功能较强,在智能仪器仪表,家用电器,小型检测控制系统中使用,本身就可满足要求,使用方便,但对于一些较大的应用系统来说,其内部功能及外部引脚将显得不足,应用时就需要进行扩展.1、扩展内容:程序存储器,数据存储器,I/O口扩展,定时计数器扩展,显示接口扩展,键盘接口扩展,A/D D/A转换等内容.最小系统所谓最小系统,是指一个真正可用的单片机最小系统配置.对于片内带有程序存储器的8051(8751)单片机,只要在芯片上外接时钟电路和复位电路就可以使用.P0P1P2P3+5V+5VEA8 80 05 51 18 87 75 51 1XTAL1XTAL28888

2、8051/8751最小应用系统+5VEA80318031XTAL 1XTAL 28031最小应用系统P2ALEP0PSENOED7D0A7A0A15A8CEG74LS373地址锁存器27512对于片内不带程序存储器的8031单片机,除了在芯片上外接时钟电路和复位电路,还要外接程序存储器,才能构成一个最小系统.系统扩展原理为了使单片机能方便的与各种扩展芯片相连接,常将单片机芯片的外部引线分为一般微型计算机的三总线形式.程序存储器的扩展 8031:需外接程序存储器8051:程序4K时,需外接程序存储器8751:程序8K时,需外接程序存储器P2ALEP0CPU锁存器A7-A0片选信号外部程序存储器+

3、5V 8051 8751GND 8031指令或常数读信号PSENA15-A8EA数据存储器的扩展 锁存器P2ALEP0A15-A8A7-A0片选信号RDWR外部数据存储器读信号写信号CPUI/O口的扩展（与数据存储器相同） 锁存器P2ALEP0A15-A8A7-A0片选信号RDWRI/OI/O口n片选信号CPU口151单片机常用系统扩展芯片单片机常用系统扩展芯片 1、程序存储器（EPROM）:常用程序存储器有27系列，表示了存储位容量的大小，单位为KB bit。如2716为16KB bit，通常写成2K8bit(2K字节)。本系列产品还有2732、2764、27128、27256(32K8)、

4、275122、数据存储器（SRAM）常用数据存储器有6116(2K8)、6264(8K8)、62256(32K8)、62512(64K8) .3、I/O接口 TTL芯片：74LS373、74LS244、74LS273、74LS374，它们常用作锁存器。 （1）并行口：8255（38位并行口） 8155（28+6并行口） （2568 SRAM） （一个14位减法定时/计数器） （2）、串行并转换：74LS164为串行输入并行输出芯片，用于串并转换。 74LS165为并行输入串行输出芯片，用于并串转换。 8251为可编程异步串行口接口芯片。（3）、A/D：常用芯片有0809和LM14433，常用于

5、数据采集系统中完成模/数转换。 （4）、D/A：常用芯片有DAC0832 和AD558，完成数/模转换。（5）、其他专用电路 常用的单片机接口电路还有键盘及显示器接口专用芯片8279、时钟日历芯片MC146816、DS1302、电压基准芯片MC1403、8位驱动ULN2803等。 P2.6P2.0-P2.5ALEP0G 74LS3732764/27128/27256VccVppD0-D7Q0-Q7A0-A7A8-A1325664/128+5VGNDCEEAOED0-D7 1KPSEN变容量程序存储器扩展示意图变容量程序存储器扩展示意图6.1 6.1 程序存储器程序存储器 扩展扩展74LS373

6、八D锁存器74LS373是一种带输出三态门的8 D锁存器0D7D:8个输入端0Q7Q:8个输出端G:数据锁存控制端 :输出允许端EQ1Q2D2D3Q6Q5D5D4Q0D0D1VccQ7D7D6Q3Q4GNDGE74LS37374LS373引脚图IN18OUT18G8D锁存器三态门E0Q7Q0D7D74HC373和74LS373原理一样，8数据锁存器。主要用于数码管、按键等等的控制 数据锁存:当输入的数据消失时,在芯片的输出端,数据仍然保持. 6.2 数据存储器 扩展静态静态RAM(SRAM) 特点:读写速度快，使用方便，价格较低，但掉电 后存贮信息丢失。主要型号：6116（2K8）6264（8

7、K8）62256（32K8）628128(64K8)返回本节常用静态RAM芯片管脚配置返回表6-1 6264的操作方式返回图6-6 6264静态RAM扩展电路返回 6.3单片机扩展外部存储器空间地址分配存储器芯片的地址线：地址线的数目由芯片的字长决定。存储器芯片的地址线与单片机的地址总线按照由低位到高位的顺序顺次相接。一般来说，存储芯片的地址线数目总是少于单片机地址总线的数目，顺次相接后，单片机的高位地址线总有剩余。剩余的地址线一般作为译码线，译码输出与存储器芯片的片选信号线相接。存储芯片有一根或几根片选信号线。对存储器芯片访问时，片选信号必须有效。即选中存储器芯片。片选信号线与单片机系统的译

8、码输出相接后，就决定了存储芯片的地址范围。单片机的剩余的高位地址线的译码及译码输出与存储器芯片的片选信号线的连接是存储器扩展连接的关键。一线一用一线一用 利用高位地址线直接做片选信号U1:C000HDFFFHU2: A000HBFFFHU3: 6000H7FFFHP2.7P2.6P2.5P2.0-P2.4ALE805174LS3732764 U16264 U26264 U3PSE NW RR DA15A13A14A8-A12A7-A0D0-D7O EW EO EO EW EC SC SC SEP062646.3.1 线选法一线二用一线二用 P2.7P2.0-P2.6ALEP074LS37327

9、256 U127256 U2PSENA8-A14A7-A0OECSCSEA15OE8051综合线选综合线选 对于同一芯片有多个地址，为地址的浮动，一般只用其中一组地址 .两个芯片占用同一个地址，为地址的重叠，一般用软件区分 .P2.7P2.6P2.0-P2.4ALEP074LS3732764 U16264 U26264 U3PSENWRRDA8-A12A7-A0D0-D7OEWEOEOEWECSCSCSEA14A1580516.3.2 全地址译码 全地址译码:存储芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后，剩余的高位地址线全部参加译码，产生片选信号。 常用译码器件：74LS138特点：存储芯片

10、的地址空间唯一确定，但译码电路相对复杂。译码电路 作用：在有多个外部程序存储器和数据存储器时，对A15A0进行译码产生片 选信号，使CPU在任何时候只对其中一个芯片进行读、写操作。 74LS1383-8译码器74LS138是一种常用的地址译码器芯片,其引脚如图所示12345678910111213141516ABCS2S3S1GNDVCCY0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y174LS138引脚图74LS138A、B、C：译码信号输入端Y0Y7：译码信号（片选信号）输出端，低电平有效 G1、G2A、G2B ：为三个控制端,只有当 G1、G2A、G2B =100时,译码器才能进行译码输出,否则,译码器的

11、8个输出端全为高阻态.74LS138的译码逻辑关系如下C B A译码输出0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7输入输出G2BG2AG1CBAY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0111111111111111111011111111001000111111100010011111110100101011111011001011111101110011001110111100110111011111001110101111110011110111111174LS138功能表功能表P2.7P2.6P2.5P2.0-P2.4ALEP

12、074LS37327128 U16264 U2PSENCBAY0Y2G2A G2B+5VA0-A7A8-A12OEOEU1: 0000H-3FFFH(16K)U2: 4000H-5FFFHCSCSD0-D7AD0-AD7RDWRA13Y1&WE8051译码电路应注意的问题译码电路应注意的问题地址的浮动：同一芯片具有多个地址。地址的重叠：两个以上的芯片具有相同的地址。有效的电平：根据不同芯片提供相应电平的片 选信号。译码方法的选择：芯片较少的时候，选用线选法；芯片较多的时候，采用译码器进行芯片的选择。6.4 输入/输出口扩展技术IO接口概述接口概述1 、扩展IO接口电路原因：共有共有4

13、4个个8 8位并行位并行IOIO口：口：P0P0、P1P1、P2P2和和P3,P3,有时资源可能不够用。有时资源可能不够用。返回本章首页2 、使用、使用IO接口电路的原因：接口电路的原因：(1) (1) 外部设备的工作速度快慢差异很大。慢速设备如外部设备的工作速度快慢差异很大。慢速设备如开关、继电器、机械传感器等。每秒钟提供不了一个开关、继电器、机械传感器等。每秒钟提供不了一个数据；而高速设备如磁盘、数据；而高速设备如磁盘、CRTCRT显示器等，每秒钟可传显示器等，每秒钟可传送几千位数据。面对速度送几千位数据。面对速度 差异如此之大的各类外差异如此之大的各类外部设备，部设备，CPUCPU无法按

14、固定的时序与它们以同步方式协调无法按固定的时序与它们以同步方式协调工作。工作。(2) (2) 外部设备种类繁多。既有机械式的，又有机电式外部设备种类繁多。既有机械式的，又有机电式的，还有电子式的。不同种类的外部设备之间性能各的，还有电子式的。不同种类的外部设备之间性能各异，对数据传送的要求也各不相同的，无法按统一格异，对数据传送的要求也各不相同的，无法按统一格式进行。式进行。(3)(3)外部设备的数据信号是多种多样的。既有电压信外部设备的数据信号是多种多样的。既有电压信号，也有电流信号；既有数字形式，还有模拟形式。号，也有电流信号；既有数字形式，还有模拟形式。(4)(4)外设的数据传送有近距离

15、的，也有远距离的。因外设的数据传送有近距离的，也有远距离的。因此有的使用并行数据传送，而有的则需要使用串行传此有的使用并行数据传送，而有的则需要使用串行传送方式。送方式。 正是由于上述原因，使数据的正是由于上述原因，使数据的IO操作变得十分复操作变得十分复杂，无法实现外部设备与杂，无法实现外部设备与CPU进行直接的同步数据传进行直接的同步数据传送，而必须在送，而必须在CPU和外设之间设置一个接口电路，通和外设之间设置一个接口电路，通过接口电路对过接口电路对CPU与外设之间的数据传送进行协调与外设之间的数据传送进行协调。3 、接口电路应该具有如下几项主要功能：、接口电路应该具有如下几项主要功能：

16、(1)速度协调速度协调(2)输出数据锁存输出数据锁存(3)数据输入三态缓冲数据输入三态缓冲(4)数据转换数据转换4 、 IO接口电路扩展芯片接口电路扩展芯片 可编程可编程IO芯片：芯片：8155、8255，8243，8279 TTL、CMOS锁存、缓冲器电路芯片：锁存、缓冲器电路芯片： 74LS373、 273、 377（锁存），（锁存）， 244、367 （缓冲）（缓冲）5、 端口做数据总线进行端口做数据总线进行IO接口扩展时与外部接口扩展时与外部RAM统一编址，即两者合用统一编址，即两者合用64K地址空间地址空间(一部分给一部分给RAM，一部分给一部分给IO口）。因此，口）。因此，CPU可以像访问外部可以像访问外部RAM一一样访问外部样访问外部IO接口，对外部接口，对外部IO口进行输入口进行输入/输出操作。输出操作。只要根据“输入三态，输出锁存”与总线相连的原则，选择74LS系列的TTL电路或MOS电路即能组成简单的扩展I/O口。例如采用8位三态缓冲器74LS244组成输入口，采用8D锁存器74LS273，74LS373，74LS377等组成输出口。 图6-20给出了一种简单的输入、输出口扩展电路。当要扩展多个输入/输出口时，可采用图6-21所示连接方法。下一页用并行口扩展