输入输出端口

1、第7章 单片机的系统扩展 1学习目标掌握51单片机扩展总线的结构及组成掌握并行总线的逻辑与时序掌握并行总线扩展的地址译码方法掌握51单片机扩展存储器的方法掌握51单片机扩展I/O接口的方法27.1 51单片机扩展总线基础 单片机集成了CPU、I/O接口、存储器、定时器和中断系统等计算机的基本部件，外加电源、复位和时钟等辅助电路即构成一个能够正常工作的最小系统。 3 然而，51单片机的片上资源终归有限，针对某些应用可能需要扩展，如增加存储器容量和输入输出端口数量，增加ADC和DAC等。 4MCS51 P2，P0 RD WR外部程序存 贮 器扩展RAM并行I/O接口串行I/O接口A/D转换D/A转

2、换定时器计数器并行I/O设 备串行I/O设 备模拟量输 入模拟量输 出数据总线和地址总线PSENPSEN、RD 和WR等信号构成了控制总线。5 为减少引脚数量，扩展总线中的数据总线和地址总线低8位采用了分时复用技术，即P0口分时传送地址总线信号的低8位（A0-A7）和数据总线信号（D0-D7）.7.1.1 单片机扩展总线的结构和组成6从P0口中分离出地址总线低8位地址信号 一般采用外接一个锁存器的方法来实现。751系列单片机的扩展总线信号包括： 地址总线信号 A0-A15； 数据总线信号 D0-D7； 控制总线信号 ALE、EA、PSEN、RD 和WR.891.访问外部程序存储器模式2.访问外

3、部数据存储器或数据端口模式(读XRAM) 3.访问外部数据存储器或数据端口模式(写XRAM)7.1.2 扩展总线的逻辑关系和时序分析10访问外部程序存储器模式11访问外部数据存储器或数据端口模式(读XRAM)12访问外部数据存储器或数据端口模式(写XRAM)13所谓地址空间分配是把64KB的寻址空间通过地址译码的方法分成若干个页面，不同的存储器芯片占用不同的页面，I/O端口与存储器芯片一般也占用不同的页面。7.1.3 总线扩展的地址译码方法 64KB1KB1KB存储器 芯片I/O端口14低位地址线用来选择页内单元，称为页内地址；高位地址线用于选择页面，称为选页（片）地址。0000 0111 0

4、000 00000000 0111 0111 11110000 0111 1111 11111KB (一页).15地址译码时，选页地址用于产生页面选择信号，页内地址用于产生页内单元选择信号。16I/O端口扩展时要直接产生端口选择信号。17地址译码的方法通常有三种:全地址译码部分地址译码线选译码。181.全地址译码 所有的地址线都参与译码，每个存储单元或端口与一个确定的地址一一对应。 所有的选页地址线参与选页地址译码； 所有的页内地址线参与页内单元的译码（存储器芯片自身功能）。19例：若页面的大小为8KB，64KB的存储空间分成8页，则页内地址应为13位，即A0-A12；其余地址为选页地址，即

5、A13-A15，全地址译码要求所有选页地址都参与选页译码，产生8个页面选择信号。202. 部分地址译码 只有部分地址参与译码，一个存储单元或端口与多个地址对应。 部分地址译码法可以简化译码电路的设计。 213. 线选译码 线选译码是部分地址译码的特殊形式，即直接用地址线来选通存储器芯片或端口，一个存储单元或端口与多个地址对应。22 例如，不用译码电路，仅用高位地址线就可以把64KB的存储空间划分为不同的区域。 23地址空间分配 总线驱动能力 电平的匹配 控制时序和逻辑的匹配 速度的协调状态信号的处理 7.1.4 扩展时应该考虑的问题2451系列单片机采用总线扩展方式可以实现：存储器扩展；输入/

6、输出端口扩展；功能部件（如定时器、计数器、键盘、显示器等）的扩展；A/D和的D/A扩展；257.2 51单片机存储器的扩展 7.2.1 存储器基础知识 7.2.2 程序存储器的扩展 7.2.3 数据存储器的扩展 7.2.4 存储器综合扩展举例261.半导体存储器的分类 7.2.1存储器基础知识 272.常用EPROM介绍 EPROM的电路结构主要包括: 地址译码器存储矩阵和输出缓冲器。28常用的EPROM芯片 型 号性 能2716273227642712827256容量/bit2KB84KB88KB816KB832KB8读写时间/ns350250250250250封装DIP24DIP24DIP

7、28DIP28DIP2829EPROM芯片引脚图 ( 2764 )303.常用SRAM介绍 ( 6264 )31常用的SRAM芯片型 号 性 能6116626462256容量/ bit2KB88KB832KB8读写时间/ns200200200工作电压/V555典型工作电流/mA35408典型维持电流/mA5205封装DIP24DIP28DIP2832SRAM芯片引脚图 ( 6264 )333.EEPROM简介 Electrically Erasable Programmable ROM 相同容量的EEPROM和EPROM的引脚是兼容的。型 号2816A28172817A2864A存储容量2KB

8、82KB82KB88KB834程序存储器的扩展主要考虑以下几个问题：地址线的连接数据线的连接控制信号的连接译码电路的设计7.2.2 程序存储器的扩展 35例7-1 若单片机为8031，试采用2764扩展8KB的程序存储器。扩展存储器地址范围.doc36例7-2 若单片机为8031,试采用2764扩展32KB的程序存储器。扩展存储器地址范围.doc37 扩展外部数据存储器与扩展外部程序存储器的设计方法基本一样，但所用的控制信号不同，片外数据存储器的读/写由单片机的 RD (P3.7)和 WR (P3.6)信号控制，而读片外程序存储器的信号为 PSEN.7.2.3 数据存储器的扩展 38例7-4

9、若单片机为8031，试采用SRAM芯片把外部数据存储器扩展为32KB。 分析：由于没有指定SRAM的具体型号，外部数据存储器扩展为32KB有多种设计方案。方案一：62256 的存储容量为32KB，可以采用1片62256来设计。方案二：62128的存储容量为16KB，可以采用2片62128来设计。方案三：6264的存储容量为8KB，可以用4片6264来设计。方案四：6116的存储容量为2KB，可以用16片6116来设计方案五：可以用1片62128和2片6264来设计。方案六：可以用1片62128和8片6264来设计。 采用大容量的SRAM芯片会使使用的芯片数量减少，译码电路的复杂性降低，从而提高

10、电路的可靠性。因此方案一和方案二是比较合理的设计方案。 39例7-4 采用一片62256扩展32KB外部数据存储器。扩展存储器地址范围.doc40扩展存储器地址范围.doc例7-4 采用两片62128扩展32KB外部数据存储器。41例7-5 若单片机为8031，请用1片2764扩展8KB程序存储器,用1片62256扩展32KB外部数据存储器。 7.2.4 存储器综合扩展 42扩展存储器地址范围?43扩展EPROM地址译码方式?部分地址译码44扩展RAM地址译码方式?线选译码457.3 51单片机并行IO端口的扩展 7.3.1 简单I/O端口扩展 7.3.2 采用专用芯片扩展I/O端口 7.3.

11、3 采用串行通讯方式扩展I/O端口46 常用的并行I/O端口扩展方法主要有简单扩展、专用接口芯片扩展和串行扩展三种。 简单扩展就是用74LS377、74LS373、74LS244、74LS245等锁存器、三态门或双向缓冲器构造一个简单的输入/输出端口； 专用接口芯片扩展是采用8155、8255等专用接口芯片来扩展输入/输出端口； 串行扩展是采用串行通讯的方式扩展并行输入/输出端口。47扩展时需要注意以下几点： 扩展的并行I/O端口和外部数据存储器统一编址，采用相同的控制信号，相同的寻址方式和相同的指令（MOVX）. 系统中所有并行I/O口扩展芯片均应按照“输入三态、输出锁存”的原则与总线相连。

12、 注意P0口的负载能力。481.采用锁存器扩展简单的8位输出端口7.3.1 简单I/O端口扩展 49访问外部数据存储器或数据端口模式(写XRAM)50地址译码方式?端口地址?51MOV DPTR, #7FFFHMOV A，#dataMOVX DPTR，A522.用三态门扩展8位并行输入端口53访问外部数据存储器或数据端口模式(读XRAM)54MOV DPTR, #0BFFFHMOVX A, DPTR55MOV DPTR , #0BFFFHMOVX A , DPTR3.采用锁存器扩展选通输入的8位并行口 564.简单I/O接口扩展应用574.不用总线信号扩展I/O端口端口地址多少?地址译码方式?

13、58CLRP3.2MOVP1, #6CHCLRP3.0SETBP3.0向U2对应的端口输出数据6CH的程序段:59 常用的并行扩展芯片有8255A和8155. 8255A可以外扩三个8位的并行输入/输出端口； 8155可以外扩256Bytes静态RAM、一个可编程的14位减法计数器、两个8位并行I/O端口和一个6位并行I/O端口。7.3.2 使用专用芯片扩展I/O端口 601. 8155的内部结构 61表7-11 8155内部RAM和I/O端口寄存器编址 名 称 地 址 名 称 地 址内部RAM 00H FFHPB口寄存器010命令字寄存器（仅写） 000PC口寄存器011状态字寄存器（仅读）

14、 000定时器/计数器低字节寄存器100PA口寄存器 001定时器/计数器高字节寄存器1012. 8155的RAM和I/O端口地址编码 62表7-12 8155操作控制逻辑 633. 8155的命令字 644. 8155的状态字 655. 8155的定时器/计数器 666. 8155与51单片机的接口方法 8155扩展端口地址67例：定义A口和C口为输入口， B口为输出口，写出初始化程序，并向B端口输出数据9BH.8155命令字：02HTM2 TM1 IEB IEAPC2 PC1 PB PA 0 0 0 0 0 0 1 0;初始化程序MOVDPTR，#4000HMOVA，#02HMOVXDPT

15、R，A;向B端口输出数据9BHMOVDPTR，#4002HMOVA，#9BHMOVXDPTR，A681.用74LS165扩展并行输入口 7.3.3 采用串行通讯方式扩展并行I/O端口 P3.0 (RXD): 数据引脚P3.1 (TXD): 输出同步移位脉冲S/ L (Shift/ Load): 0并行输出; 1移位.692.用74LS164扩展并行输出口 707.4 单片机串行扩展总线接口技术 7.4.1 SPI串行总线 7.4.2 IIC总线71 SPI是Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI是一种高速的、全双工、同步的串行总线接口，主要应用在 EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器和D/A转换器等芯