单片机控制原理七八章

1、单片机控制原理单片机控制原理第一章第一章 单片机的基础知识单片机的基础知识第二章第二章 MCS-51单片机结构及工作原理单片机结构及工作原理第三章第三章 指令系统和汇编语言指令系统和汇编语言第四章第四章 定时计数器定时计数器第五章第五章 串行通讯串行通讯第六章第六章 中断处理中断处理第七章第七章 单片机的存储器扩展单片机的存储器扩展第八章第八章 单片机单片机IO扩展扩展第七章第七章 单片机的存储器扩展单片机的存储器扩展在本章中，主要讲以下几个部分：在本章中，主要讲以下几个部分：总线扩展总线扩展程序存储器的扩展；程序存储器的扩展； 数据存储器的扩展；数据存储器的扩展； 单片微机系统总线扩展的方法

2、有单片微机系统总线扩展的方法有并行扩展法并行扩展法和和串行扩展串行扩展法两种法两种。 并行扩展法并行扩展法是指利用单片机本身具备的三组总线是指利用单片机本身具备的三组总线(AB、DB、CB)进行的系统扩展，并行扩展法应用较为广泛。进行的系统扩展，并行扩展法应用较为广泛。 串行扩展法串行扩展法利用利用SPI三线总线和三线总线和I2C双线总线进行系统扩双线总线进行系统扩展。甚至有的单片机应用系统可能同时采用并行扩展方法和展。甚至有的单片机应用系统可能同时采用并行扩展方法和串行扩展方法。串行扩展方法。5.2 系统总线扩展系统总线扩展一、总线扩展一、总线扩展 当单片机最小系统不能满足系统功能的要求时，

3、 就需要扩展当单片机最小系统不能满足系统功能的要求时， 就需要扩展ROM（EPROM） 、） 、RAM、I/O 口及其它所需的外围芯片。为了使单片机能口及其它所需的外围芯片。为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接，应将单片机的外部连线变为一般的微型方便地与各种扩展芯片连接，应将单片机的外部连线变为一般的微型机机三总线三总线结构形式。结构形式。 地址总线地址总线 AB： P2 - A8A15 P2 具有输出锁存的功能，能保留地址具有输出锁存的功能，能保留地址信息。信息。 P0 - A0A7 P0 口是地址口是地址/数据分时使复用，为保存数据分时使复用，为保存地址信息需加地址锁存器锁存地址信息需加

4、地址锁存器锁存器，如：器，如：74LS373, M8282。 数据总线数据总线 DB：由：由 P0 口提供。此口是双向、输入三态控制的通道口。口提供。此口是双向、输入三态控制的通道口。 控制总线控制总线 CB：扩展系统时常用的控制信号为地址锁存信号：扩展系统时常用的控制信号为地址锁存信号 ALE； 片外程序存贮器片外程序存贮器 ROM 读取指信号读取指信号PSEN； RAM 和外设接口共用的读和外设接口共用的读/写控制信号写控制信号RD，WR等。等。 8051P2P0高8位的地址线8位的数据线地址锁存器低8位的地址线ALEPSENWRRD16位地址总线8位数据总线控制总线图图1为单片机扩展成为

5、单片机扩展成三总线三总线的结构图。扩的结构图。扩展芯片与主机相展芯片与主机相连的方法同一般三总线结构的微处理机就完全一样了。连的方法同一般三总线结构的微处理机就完全一样了。图图1 单片机扩展成三总线的结构图单片机扩展成三总线的结构图(P164)2. 扩展扩展一一片片 ROM-2716 分析：分析： ROM 的扩展容量为：的扩展容量为：2KB结论：结论：1) 一片一片2716的容量为的容量为2 KB；2) 若将悬空的若将悬空的A11A15看作看作“0”，则，则 2716 的地址范围为：的地址范围为： 0000H07FFH；3) 若将若将悬空的悬空的A11A15看作看作“1” ，则，则 2716（

6、B）的地址范围为：）的地址范围为： F800HFFFFH；= 0 为片外为片外ROMEAEA= 1 如果如果PC0FFFH(4KB)时，则时，则CPU访问片内访问片内ROM ,否则自动转向外部否则自动转向外部ROM。3 扩展一片扩展一片 EPROM 图图 2 程序存储器扩展结构图程序存储器扩展结构图 P2.0P2.7ALE8051锁锁存存器器A8A11A0A7EPROMD0D7CEOEP2.0P2.3ALEA0A7EPROMOEPSENP0EA扩展一片扩展一片EPROM其结构如图其结构如图2所示，做一下说明：所示，做一下说明：(1) 数据线：数据线：P0口，实现口，实现D0D7 8位数据传送。

7、位数据传送。D0D7A0A7（2）地址线：地址线：高高 8 位用位用 P2 口，低口，低 8 位用位用 P0 口，通过锁存器与扩口，通过锁存器与扩展芯片的低展芯片的低 8 位相接，所以位相接，所以最大可扩展的存储容量为：最大可扩展的存储容量为： 216=64KB的的 EPROM。 提高了。 提高了 CPU 对外界异步事件的处理能力， 如对外界异步事件的处理能力， 如 CPU 可可以命令定时器，串行口及外设同时工作，大大提高以命令定时器，串行口及外设同时工作，大大提高 CPU 的工作效的工作效率；率； （3）控制线：控制线： ALE：为：为 P0 口地址锁存器锁存信号，与锁存器的控制信号相连，口

8、地址锁存器锁存信号，与锁存器的控制信号相连，ALE 利用其下降沿对地址信号进行锁存。 可使利用其下降沿对地址信号进行锁存。 可使CPU 及时处及时处理实时控制中许多随机参数和信息；理实时控制中许多随机参数和信息； EA：EA=1 片内片内 00000FFFH（4KB）EPROM 选择信号。选择信号。 ：为片外为片外 EPROM 选通信号选通信号，软件上用软件上用 MOVC 指令指令实现实现，硬件上与扩展芯片的数据输出选通线，硬件上与扩展芯片的数据输出选通线 OE 相连，与相连，与读信号功能相同。读信号功能相同。 图图 2 所示的系统中只用一片所示的系统中只用一片 EPROM，不需要片选信号，不

9、需要片选信号，所以将所以将 CE 接地，需用多少根地址线由所选用的接地，需用多少根地址线由所选用的 EPROM 的的容量决定。容量决定。 其中：其中：1 根地址线可给出根地址线可给出 21个存储单元，个存储单元， 2 根地址线可给出根地址线可给出 22个存储单元，个存储单元， 3 根地址线可给出根地址线可给出 23个存储单元，设某容量的个存储单元，设某容量的EPROM 芯片芯片有有 M 个存储单元， 即有个存储单元， 即有 M 个字节的存储容量，个字节的存储容量，需要的地址线的数目为需要的地址线的数目为 X，则，则 M 与与 X 的关系为的关系为： M=2X (4) EPROM的容量为的容量为

10、64KB,地址范围为：地址范围为： 00000FFFFH PSENEA图图5.6 EPROM的扩展电路图的扩展电路图OEABABDBDB三、数据存储器的扩展三、数据存储器的扩展 常使用的常使用的芯片以芯片以 6 打头打头，如，如 6116、6264 等，所用的引线基本等，所用的引线基本与程序存储器扩展相同，只是控制线中有与程序存储器扩展相同，只是控制线中有RD和和WR作为片外作为片外RAM 的读写信号。的读写信号。 数据存储器的扩展方可分为数据存储器的扩展方可分为： 1. 线选法：线选法：把单根的把单根的地址线地址线接到芯片的接到芯片的片选片选信信号号上，用地址上，用地址 线来选择需要的芯片。

11、线来选择需要的芯片。 2. 译码法：译码法：采用采用译码电路译码电路来来选择选择所需要的芯片所需要的芯片。 P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.0P0.7ALERDWR8051A10A9A8A0A7D0D7QE WECS6116（1#）8282A0A7A10A9A8A0A7D0D7QE WECS6116（2#）P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.0P0.7ALERDWR8051A10A9A8A0A7D0D7QE WECS6116（1#）8282A0A7A10A9A8A0A7D0D7QE WECS6116（2#）P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.0P0.7ALER

12、DWRRDWR8051A10A9A8A0A7D0D7QE WEA10A9A8A0A7D0D7QE WEQE WECS6116（1#）8282A0A78282A0A7A10A9A8A0A7D0D7QE WEA10A9A8A0A7D0D7QE WEQE WECS6116（2#）M其中其中：未接的引脚未接的引脚默认为高电平。即默认为高电平。即P2.7 P2.5=111 6116（1#）地址为地址为 0F000H0F7FFH 6116（2#）地址为）地址为 0E800H0EFFFH 表表 1 6116 的地址分配的地址分配 P2.7 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.0 P0.7 P0.0

13、 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1# 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2# 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 注：注：M8282为为8位寄存器缓存器位寄存器缓存器图图5 用与非门组成的用与非门组成的3线线-8线译码器线译码器74LS138G1G2AG2B例：下面以例：下面以2-4译码器为例，完成译码器为例，完成EPROM、RAM的扩展：的扩展：分析分析 EPROM、RAM 容量及寻址范围容量及寻址范围： 容量分析容量分析 EPROM 、

14、RAM； 2764( EPROM) 地址范围为：地址范围为： 6264(RAM) 地址范围为地址范围为： P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALE8051PSENWRP0A0A12A11A10A9A8A7D7D0OECE2764A0A12A11A10A9A8A7D7D0OECE2764A0A12A11A10A9A8A7D7D0WE OECE6264A0A12A11A10A9A8A7D7D0WE OECE626474LS373Q0D7D074LS139GBAY2Y1Y0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALE8051RDP0A0A12A

15、11A10A9A8A7D7D0OECE2764A0A12A11A10A9A8A7D7D0OECE2764A0A12A11A10A9A8A7D7D0WE OECEA0A12A11A10A9A8A7D7D0WE OECE626474LS373Q7Q0D7D074LS373Q0D7D074LS139GBAY2Y1Y074LS139GBAY2Y1Y01#2#1#2#EPROM EPROM RAM RAM P2.7 P2.6P2.5P2.4P2. 3 P2.0P0.7 P0.027641#0000000000000000001111111111112#00100000000000000111111111

16、111162641#0000000000000000001111111111112#010000000000000010111111111111RAM扩展电路 PSEN CE WR P2.5 P2.6 P2.7 P2.4 P2.0 8031 D0-D7 OE D0-D7 OE 1#6264 CE A8-A12 A0-A7 OE 74LS373 Q0 Q7 D0 D7 G ALE P0.7 P0.0 8 8 8 8 8 5 5 5 8 8 +5V WR 3# 6264 CS CE A8-A12 A0-A7 +5V WR CS A8-A12 A0-A7 OE OE 2# 6264 RD 5 8 ?

17、 ? ? ? ? ? ? ? ? P2.7 P2.6P2.5P2.4P2. 3 P2.0P0.7 P0.062641#0110000000000000111111111111112#1010000000000001011111111111113 #110000000000000110111111111111第八章第八章 单片机单片机I/O的扩展的扩展 I/O 接口扩展的特点有：接口扩展的特点有： a) 外部外部 RAM 与接口与接口统一编址统一编址， 即每一个端口号相当于， 即每一个端口号相当于外部外部 RAM 的一个存储单元。的一个存储单元。 b) CPU 用用 MOVX 指令访问指令访问

18、I/O 口。口。 c) 硬件上硬件上 I/O 口口的由的由写写/读读WR/RD控制，控制， 片选片选)(CECS。 单片机的扩展系统中，需要使用大量的单片机的扩展系统中，需要使用大量的 I/O 口口，但用户，但用户真正能使用于外设的真正能使用于外设的 I/O 口口并不多，也只有并不多，也只有 P1 口的口的 8 根根 I/O线，所以常要对线，所以常要对 I/O 口进行扩展口进行扩展。扩展的主要芯片有扩展的主要芯片有 8155，8255，74LS 系列系列等等。 8255可编程并行输入可编程并行输入/输出接口芯片是输出接口芯片是Intel公司公司 MCS-80/85微处理器扩展系统所用的微处理器

19、扩展系统所用的标准外围接口电路标准外围接口电路。它采用。它采用的的NMOS工艺制造。工艺制造。一、一、 可编程的并行可编程的并行I/O接口接口8255 （P116）MCS-51接口外部设备 键盘输入 打印机8255A8255A 引脚说明：引脚说明： 8. 1 8255A的内部结构及功能（的内部结构及功能（P116）1. 主要引脚主要引脚D0D7：数据线，双向，连数据线，双向，连CPU数据总线；数据总线；RESET：复位输入，接系统总线的复位输入，接系统总线的RESET； :片选控制输入，接译码器；片选控制输入，接译码器； :读命令输入，接读命令输入，接CPU的的RD或或IOR； :写命令输入，

20、接写命令输入，接CPU的的WR或或IOW；A0，A1：片内端口地址输入，可选片内端口地址输入，可选4个片内个片内端口。接端口。接地址线地址线AB的任的任2位。位。WRRDCSWRD0D1D2D3D4D5D6D7VCCPB7RDCSGNDA1A0PA4PA5PA6PA7PB5PB6PB4PB3RESETPB1PB2PB0PC3PC2PC1PC0PC4PC5PC6PC7PA3PA2PA1PA051101535403025218255A组A口（8）B组B口（8）A组C口（4）B组C口（4）PA0PA7PC0PC7PB0PB7A组控制B组控制数据总线缓冲器读/写控制逻辑RDWRA1A0RESETCSD

21、0D7 A口、口、B口通常作为口通常作为独立的独立的I/O端口端口使用使用, 但当但当A口、口、B口作为口作为应答式的应答式的I/O口使用时口使用时，C口口分别用来为分别用来为A口、口、B口口提提供应答控制线供应答控制线。此时。此时C口分为口分为A组组C口口(或称或称上上C口口)、B组组C口口(或称或称下下C口口)，规定分别用来作为，规定分别用来作为A口和口和B口的应答控制线使口的应答控制线使用用。 各端口的功能如表各端口的功能如表8.1所示。所示。CS0CS CSRDCSRDWRCSWRCSRDWRA1 A0操操 作作0010010A口、口、B口、口、C口口数据总线（读操作）数据总线（读操作

22、）0010100数据总线数据总线A口、口、B口、口、C口（写操作）口（写操作）11100数据总线数据总线控制寄存器控制寄存器（写操作）（写操作）表表8.2 8255A端口选择及操作功能表端口选择及操作功能表(P118)WRRDCS3A组和组和B组控制电路组控制电路作用：作用：接收来自接收来自CPU的的读读/写控制写控制部分的信号和部分的信号和CPU送入送入的的控制字控制字，然后分别，然后分别决定各端口的功能决定各端口的功能。 A组控制电路控制端口组控制电路控制端口A和和C的高的高4位位(PC7PC4)； B组控制电路控制端口组控制电路控制端口B和和C的低的低4位位(PC3PC0)。 根据根据控

23、制字控制字对对端口端口C的某位实现的某位实现“置置0”或或“置置1”的操作。的操作。4数据总线缓冲器数据总线缓冲器与系统的数据总线直接相连，作为一个与系统的数据总线直接相连，作为一个双向三双向三态的态的8位缓冲器位缓冲器，实现在，实现在CPU和和8255A间传送信息。间传送信息。D7=1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 工作方式控制字标志工作方式选择00 方式001 方式11 方式2端口A端口A1 输入0 输出端口C(PC7PC4)1 输入0 输出工作方式选择端口B0 方式01 方式1端口B1 输入0 输出端口C(PC3PC0)1 输入0 输出A 组B 组3. 以以8255为例实现为

24、例实现I/O口的扩展口的扩展 实现：实现： PA口作为控制输出口、方式口作为控制输出口、方式0输出；输出； PB口作为开关状态输入口、方式口作为开关状态输入口、方式0输入输入 。图图8-2 8051与与8255间的连接间的连接开关输入开关输入控制输出控制输出02根根D7=1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 工作方式控制字标志工作方式选择00 方式001 方式11 方式2端口A端口A1 输入0 输出端口C(PC7PC4)1 输入0 输出工作方式选择端口B0 方式01 方式1端口B1 输入0 输出端口C(PC3PC0)1 输入0 输出A 组B 组分析：分析： PA口作为控制输出口、方式口

25、作为控制输出口、方式0输出；输出； PB口作为开关状态输入口、方式口作为开关状态输入口、方式0输入输入输出：输出：000结论：结论： 控制字为控制字为82H.8255三个通道的端口和片内的控制寄存器的地址为：三个通道的端口和片内的控制寄存器的地址为：二二、D/A、D/A 原理及使用原理及使用； 在自动控制和测量系统中，被控制和被测量的对象往往是一些连在自动控制和测量系统中，被控制和被测量的对象往往是一些连续变化的物理量。如：温度、压力、流量、速度、电流、电压等。这续变化的物理量。如：温度、压力、流量、速度、电流、电压等。这些随时间连续变化的物理量，称为些随时间连续变化的物理量，称为模拟量模拟量

26、(Analog)。计算机参与测量。计算机参与测量和控制时，模拟量不能直接送入计算机，必须先把它们转换成和控制时，模拟量不能直接送入计算机，必须先把它们转换成数字量数字量(Digital)。能够将模拟量转换成数字量的器件称为。能够将模拟量转换成数字量的器件称为模拟数字转换器模拟数字转换器，简称简称 ADC。 同样，计算机输出的是数字量，不能直接用于使用模拟量的控制同样，计算机输出的是数字量，不能直接用于使用模拟量的控制执行部件，必须将这些数字且转换成模拟量。能够将数字量转换成模执行部件，必须将这些数字且转换成模拟量。能够将数字量转换成模拟量的器件称为数字模拟转换器， 简称拟量的器件称为数字模拟转

27、换器， 简称 DAC。 因此， 我们常把。 因此， 我们常把 ADC和和 DAC 器件以及相关电路成为器件以及相关电路成为模拟接口电路。模拟接口电路。 MUXADCCPUDAC.模拟量输入控制量 ADC 0809八位逐次逼近式八位逐次逼近式A/D转换器是一种单片转换器是一种单片CMOS器件器件, 有有8个模拟输入通道个模拟输入通道IN0IN7.1. ADC0809 介绍及应用（介绍及应用（p174） ADC0809 引脚介绍（引脚介绍（Pin28）其中：）其中： IN0-IN7：8 路模拟电压输入端路模拟电压输入端(05V)； D0-D7 ： 输出数据线；输出数据线； ADDA， ADDB，

28、ADDC： 8 路路地址输入，地址输入， ADDA 是最低位，是最低位， ADDC是最高位；是最高位； OECLKREF()ADC0809STARTIN0IN7D0D7EOCVCCGNDREF()ADDBADDAADDCALE说明：说明： 1）每个通道选择线）每个通道选择线ADDA, ADDB, ADDC来决定。来决定。 2） IN0IN7的的8个通道的地址分别为个通道的地址分别为7FF8H7FFFH. 3） 下降沿下降沿使使START及及ALE信号变高电平有信号变高电平有效来锁存地址信号。效来锁存地址信号。 4） 上升沿上升沿，START由由高变低高变低来启动来启动A/D转换。转换。WRWR

29、ADC0809 应用应用图图8-5 ADC0809与与MCS-51单片机的连接电路单片机的连接电路 IN -026msb2-1212-220IN -1272-3192-418IN -2282-582-615IN -312-714lsb2-817IN -42EOC7IN -53ADD-A25IN -64ADD-B24ADD-C23IN -75ALE22ENABLE9ST ART6ref (+)12CLOCK10ADC0809X119X218RES ET9RD17WR16P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0

30、633P0732P2728ALE /P30TXD11RXD108051456B7402123A740216ref(- )GND+5V4.7K+5VGNDIN1IN2IN3IN4IN5IN6IN710uF+5V20pF20pF6MHzGND1KGND7402B7402BOEADC08098051IN0IN774LS373解：解： （1）分辨率：输入给）分辨率：输入给DAC的单位数字量变化引起的的单位数字量变化引起的模模拟量的输出变化拟量的输出变化。 mVV20%4 . 02528n满刻度值分辨率7 . 2PWRSTART只有当只有当P2.7=0且且 = 0，则，则START有效，即启动数据转换。有效，即启动数据转换。WR片选信号只有当为片选信号只有当为 =0 且且 P2.7=0 才有效。即才有效。即P2.7 为低电平为低电平7 . 2RDPOEn ：转换器二进制位数：转换器二进制位数(2)RDP2.7P2.6P2.0P0.7P0.3P0.2