单片机原理6第六章

单片机原理及应用第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

6.1MCS51并行扩展总线

6.2MCS51存贮器的扩展

6.3MCS51输入输出并行接口的扩展

6.4显示、键盘及接口

6.5专用键盘、显示接口芯片8279的扩展6.1MCS51并行扩展总线一、MCS51并行扩展 总线方法

MCS51可以扩展64KB的程序存贮器和64KB的数据存贮器或输入/输出口。

第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术803180518751P2ALEP0PSENWRRDD0~D7A0~A7A8~A15地址总线数据总线控制总线地址锁存器

P0、P2口可以直接作为输入输出使用，其更重要的用途是用来扩展总线口使用。

P0口作为地址（地址低8位）/数据（D0~D7）总线口。

P2口作为地址总线口（地址高8位）。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术803180518751P2ALEP0PSENWRRDD0~D7A0~A7A8~A15地址总线数据总线控制总线地址锁存器PSENMCS—51P2，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转换定时器计数器外部数据存贮器扩展并行I/O设备串行I/O设备模拟量输入模拟量输出扩展总线外部程序存贮器用PSEN作为读选通信号外部数据存贮器用RD和WR作为读/写选通信号★

第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

MCS51访问外部存贮器时序波形可以看出，输出的地址当ALE上升以后有效，当ALE下降以后消失，因此可以用ALE的负跳变将地址打入地址锁存器，即当ALE由高变低时，将出现在P0口的地址信号低8位锁存到外部地址锁存器中（如图61所示），直到下一次ALE变高时，地址才发生变化。用74LS373作地址锁存器D0...D7Q0...Q7锁存器三态门（a）74LS373逻辑符号GEINOUT19A716A69A35A12A0D0.0D0.1D0.2D0.3D0.4D0.5D0.6D0.78D7D6D5D4D3D2D1D321834143317351336837738439315A512A46A28Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1QGALE+5V20GND11074LS37330803180518751（b）MCS51地址扩展电路Vcc11EN第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术二、地址译码方法

（一）线选法一般片选端（CS、CE等）低电平有效，只要连接片选信号端的引线状态为低电平，就表示选中该芯片。在确定地址时，该芯片未用到的地址线为1，用到的地址线由所访问的芯片和单元确定。线选法有可能产生地址重叠：若片选线中除和存贮芯片CS相连的以外还存在悬空的片选线，则存贮单元的地址就有重叠现象；否则，存贮单元的地址就是唯一的。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术（二）全地址译码法全地址译码就是将系统中未用到的全部高位地址作为译码信号的输入端，由此产生的译码输出信号作为选片信号的一种译码方式。在全地址译码法中，存贮器每个存贮单元只有唯一的一个CPU地址和它一一对应，只要单片机发出这个地址就可选中该存贮单元工作，故不存在地址重叠现象。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术（三）部分地址译码法部分地址译码法是指单片机片选线中只有一部分参加了译码，其余部分是悬空的，在实际应用中这种使用方式不太多。当使用部分地址译码法时，无论CPU使悬空片选地址线上电平如何变化，都不会影响它对存贮单元的选址，故存贮器每个存贮单元的地址不是唯一的，必然会有一个以上的CPU地址和它对应（既地址有重叠）。采用部分地址译码法时必须把程序和数据放在基本地址范围内（即悬空片选地址线全为低电平时存贮芯片的地址范围），以避免因地址重叠引起程序运行的错误。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术三、总线驱动能力及扩展方法MCS51系列单片机，作为数据总线和低8位地址总线的P0口可驱动8个TTL电路，而如P2口等其它口只能驱动4个TTL电路。当应用系统规模过大，可能造成负载过重，致使驱动能力不够，系统不能可靠地工作时，需另增设总线驱动。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术（一）总线的驱动扩展G803180518751地址总线缓冲器控制总线83数据总线8A8~A15（P2口）D0~D7（P0口）PSENWRRDGDBEODBEI缓冲器ABDBCB单向驱动74LS244双向驱动74LS245第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术地址总线和控制总线的驱动器为单向驱动器，并具有三态输出功能。驱动器有一个控制端G，以控制驱动器开通或处于高阻状态。常用的地址总线和控制总线的驱动器有74LS240（带反向输出）、74LS241和74LS244。（二）、地址和控制总线的驱动扩展74LS244P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7246811131517A8A9A10A11A12A13A14A151816141297531020+5V119图67（b）P2口的单向驱动扩展74LS2441G1A12Y41A22Y31A32Y21A42Y1GND图67（a）单向驱动器74LS24412345678910VCC2G2Y12A41Y22A31Y32A21Y42A120191817161514131211第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术（三）数据总线的驱动扩展

数据总线为双向驱动器。常用的双向总线驱动器为74LS245。

1+5V74LS245P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.723456789D0D1D2D3D4D5D6D71817161514131211102019图68（b）P0口的双向驱动扩展74LS245DIRA0A1A2A3A4A5A6A7GND图68（a）双向驱动器74LS24512345678910VCCGB0B1B2B3B4B5B6B720191817161514131211GDIRPSENRDA0~A7B0~B774LS245当G=0时：DIR=1时，ABDIR=0时，BA第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

6.2MCS51存贮器的扩展对于用内部无ROM的芯片8031，8032来建立系统，则必须外部扩展程序存贮器。对于仅靠内部ROM，其ROM容量不能满足要求的情况，则可外部扩展程序存贮器。程序存贮器的作用：用于存贮程序代码或程序常数。一、程序存贮器的扩展EPROM和E2PROM都可作单片机的外部程序存贮器，由于EPROM价格低廉，性能可靠，故应用最广泛，目前因E2PROM的价格在不断下降，读、写速度在不断增快，加上可用电擦除及掉电后信息不会丢失，编程也方便等特点，故应用也越来越多。（一）常用的EPROM芯片介绍EPROM是紫外线可擦除电可编程的半导体只读存贮器，掉电后信息不会丢失。EPROM中的程序一般由专门的编程器写入，由专门的擦除器擦除（擦除后EPROM阵列全为1状态），擦除时紫外线强度为12000mw/cm2，波长为l=2537Å

，时间为10~20min。常用的EPROM有：2716，2732，2764，….。1、EPROM电路第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术A0~Ai：地址输入线。2716：i=10；27512：i=15； （2K~64K）O0~O7：三态数据总线。接CPU的P0.0~P0.7读或编程校验时为数据输出线编程时为数据输入线维持或编程禁止时呈高阻态有的芯片合用引脚CE：片选信号输入线（接CPU地址线）PGM：编程脉冲输入线OE：读选通信号输入线(输出使能)(接CPU

的PSEN线)VPP：编程电源输入线VCC：主电源输入线GND：线路地第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术2、E2PROM电路E2PROM是电可擦除电可编程的半导体存贮器，掉电后信息不会丢失。编程时简单，不需要专门的编程器和擦除器。故E2PROM实际上是一种特殊的可读写存贮器。E2PROM兼有程序存贮器和数据存贮器的特点，故在单片机应用系统中既可作为程序存贮器，又可作为数据存贮器。常用的并行E2PROM有：2817，2864。A0~Ai：地址输入线。2817：i=10；2864：i=12；（2K， 8K）I/O0~I/O7：双向三态数据线。（P0.0~P0.7）第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术CE：片选信号输入线（接CPU地址线）OE：读选通信号输入线(接CPURD∨PSEN)WE：写选通信号输入线(接CPUWR)RDY/BUSY：2817的状态输出线，为“0”表示正在进行写操作，写入完毕呈高阻态VCC：主电源+5VGND：线路地E2PROM有读、写、维持三种操作方式。2817的写操作：当2817收到CPU发来的地址、数据和写控制信号后，便启动内部电路对该地址单元进行写操作，此时RDY/BUSY输出低电平，大约16ms以后，写操作完成，完成后RDY/BUSY呈高电平（外接上拉电阻）或高阻。2817第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术的RDY/BUSY状态线可供CPU采用中断或查询方式来控制对2817的字节写操作。

2864的写操作：

Inter公司的2864采用页面写操作方式。Inter公司的2864A内设有16B的页缓冲器，其整个存贮空间分为512页（每页16B），页面操作分“页加载”和“页存贮”两步进行。“页加载”指在软件控制下，将一页（1~16B）的数据写入2864内的“页缓冲器”。“页存贮”是2864A在其内部电路控制下把页缓冲器的内容存入E2PROM单元。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术1、程序存贮器扩展的基本原理（二）MCS—51程序存贮器的扩展方法“某一值”由内部程序存贮器的容量决定。PC≤

某一值，CPU从内部存贮器中取指令PC>某一值，CPU从外部存贮器中取指令EA=1EA=0CPU总是从外部存贮器中读取指令

PSEN是MCS—51对外部程序存贮器的读选通信号输出线，仅当CPU访问外部程序存贮器时，PSEN才有效。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术MCS—51访问外部程序存贮器时序波形如下：MCS—51访问外部程序存贮器时序波形第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术2、程序存贮器扩展的一般方法P2口ALEP0口PSEN

MCS—51地址锁存器

A0~A7A8~A15

O0~O7A8~A15A0~A7D0~D7EA+5V10KW常用的地址锁存器有：74LS373（三态缓冲输出的八D锁存器）；8282（三态缓冲输出的八D锁存器）；74LS273（带清除端的八D锁存器）。最常用的是74LS373，当然地址锁存器芯片不同，则与单片机的连接方式不同。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

E低电平有效（一般接地）。G（STB）为锁存信号输入端，高电平时Q0~Q7=D0~D7，

G（STB）电平负跳变（为0）时，Q0~Q7状态保持不变。

G（STB）实际连接时接单片机的ALE。74LS373和8282都是透明的三态门八D锁存器，其工作原理为：当需扩展时，单片机一般采用片内无ROM的8031芯片。

P2.0~P2.i

ALE

8031

EA

P0

PSEN

锁存器

EA8~An

A0~A7

EPROM

CED0~D7

OEG8n~78eg：27162Kn=10，则为P2.0~P2.2（1）用8031单片机,无内部ROM，EA必须接地。（2）只扩展一片EPROM，故CE=0当用带内部ROM的单片机芯片时,EA=1（+5V）第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

P2.i+1P2.0~P2.iALE8031

EA

P0PSEN

锁存器

EA0~A7A8~An1

EPROM(1)

CED0~D7OEG8n1~78A0~A7A8~An2EPROM(2)

CED0~D7OE8n2~7

当采用74LS273作地址锁存器时，锁存器控制端为上升沿锁存，故ALE须反相才能接到74LS273的锁存器控制端。（1）用8031单片机,无内ROM，EA必须接地。（2）扩展多片EPROM，故必须用一条或多条地址线 来片选。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术二、数据存贮器的扩展MCS—51系列单片机内已具有128或256B的RAM，它们可以作为工作寄存器、堆栈、软件标志和数据缓冲器使用，对于一般性的应用场合已基本满足要求，但对于需要大容量数据缓冲器的应用系统（如数据采集系统），就须外部扩展RAM。（一）、常用的数据存贮器最常用的数据存贮器为半导体静态随机存取存贮器，如6116，6264，62256。E2PROM也可作外部RAM（但速度慢），但因它掉电后信息不丢失，对某些要求不间断工作、对于一些关键性的实时数据不允许丢失的场合较合适，但其读/写速度稍慢（尤其是写的速度慢）故用其作扩展时，在硬件设计和软件设计都应着重考虑这一因素。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

静态随机存取存贮器RAM，具有速度快、使用方便和价格低廉等优点，但也具有掉电丢失数据的缺点。A0~Ai：地址输入线。6116：i=10；6264：i=12； （2K~64K）I/O0~I/O7：双向三态数据线。（接CPU的P0.0~P0.7）CE：片选信号输入线（接CPU地址线）OE：读选通信号输入线(接CPURD)WE：写选通信号输入线(接CPUWR)

VCC：主电源+5VGND：线路地第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术（二）、数据存贮器扩展方法1、MCS—51对外部数据存贮器的操作指令MOVXA，@RiMOVX@Ri，AMOVXA，@DPTRMOVX@DPTR，A只能寻址较小的外部数据存贮器空间能对64KB的外部数据存贮器空间寻址CPU在访问外部数据存贮器时，在ALE下降为低电平后，P2口输出的地址信息保持不变，而P0口转为浮空，原来的低8位地址信息丢失，因此需要外部锁存器在ALE下降时把P0口的地址信息锁存起来。ALE返回低电平后，读信号RD或写信号WR有效，而PSEN始终无效，故外部程序存贮器单元不会被选通。见下页的时序图。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术2、MCS—51读外部数据存贮器时序波形第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术3、MCS—51写外部数据存贮器时序波形第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术4、MCS—51和外部数据存贮器的接口方法CPU—存贮器

RD——OEWR——WEP0.0~P0.7—D0~D7CPU—存贮器

RD——OEWR——WEP0.0~P0.7—D0~D7A0~A7P2.0~P2.？—A8~AnP2.i+1——CE经地址锁存A0~A7经地址锁存第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术三、存贮器扩展举例下图中，扩展一片27256（32K）EPROM

一片62256（32K）RAMP2.7P2.0~P26

ALEEAP0PSENRDWR

7ALS373

EGNDA0~A7A8~A14

27256(ROM)

CEO0~O7OEG878A0~A7A8~A14CE62256（RAM）

O0~O7OEWE8788031RAM的地址为：0~7FFFH（P2.7为片选信号，P2.7=0）ROM的地址为：0~7FFFH（CE接地） 由PSEN、RD、WR有效访问。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

6.3MCS51输入输出并行口的扩展

MCS—51具有4个I/O口P0，P1，P2，P3但P0，P2口往往作为扩展总线使用，P3往往用其第二功能，故实际常用来作I/O口使用的就仅剩下P1口，如外接较多的I/O设备（打印机，键盘，显示器等），显然得扩展I/O接口。I/O接口扩展一般是扩展并行接口，常用来扩展的器件（1）可编程并行接口8255（2）三态门电路，锁存器eg：74LS377（373，273）扩展输出，74LS244（245）扩展输入（3）可编程RAM/IO扩展器8155（4）利用串行口的移位寄存器工作方式（方式0）也可以扩展I/O口，这时所扩展的I/O口不占用片外的RAM地址。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术采用锁存器扩展并行I/O接口74LS377是一种8D触发器。(一)、采用锁存器扩展简单的8位输出口1、用74LS377扩展并行输出口WRP2.7P0CLKED0~D7Q0~Q774LS377MCS51图631MCS51与74LS377的接口电路输出设备MOV DPTR，#7FFFH ；指向74LS377地址MOV A，#data ；需输出的数据送累加器MOVX@DPTR，A ；P0口通过74LS377送出数据RET20191817161514131211Vcc

Q7D7D6Q6Q5D5D4Q4CLKEQ0D0D1Q1Q2D2D3Q3GND1234567891074LS377第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

2、用74LS245扩展并行输入口74LS245是一种三态输出8总线收发器/驱动器，无锁存功能。ABDIR=1时，ABDIR=0时，BA以下程序是把累加器的内容从74LS377输出，读74LS245的数据到累加器A中。MOV DPTR，#0BFFFHMOVX@DPTR,AMOVXA,@DPTR第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

3、采用锁存器扩展选通输入的8位并行口

采用带三态门控输出的8D锁存器74LS373作为外部扩展输入口。图中外部设备向单片机输出数据时，有一个选通信号连到74LS373的锁存端G上，在选通信号的下降沿将数据锁存，同时向单片机发出中断申请。将输入数据送入首地址为30H的RAM数据区。74LS373MCS51图633MCS51与74LS373的接口电路输入设备P0RDP2.6E+Q0~Q7D0~D7GINT0SETB IT0SETB EAMOV R0，#30HSETB EX0ORG 0003HAJMP PINT0PINT0：MOV DPTR，#0BFFFHMOVX A，@DPTRMOV @R0，AINC R0RETI第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术四、采用串行口扩展并行I/O接口

1、采用并入串出8位移位寄存器74LS165扩展并行输入口输入时，将外部移位寄存器的内容移入内部输入移位寄存器中，然后写入内部接收数据缓冲器。并行输入串行输出MCS51654314131211HGFEDCBA74LS165（1）QHQHS/LCPGNDVccSIN7912816654314131211HGFEDCBA74LS165（2）QHQHS/LCPGNDVccSIN7912816+5V10+5VP3.0P3.1P1.010图635利用MCS51串行口扩展并行输入口第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

2、采用串入并出8位移位寄存器74LS164扩展并行输出口

输出时，将发送数据缓冲器中的内容串行地移到外部的移位寄存器中。

RxD（P3.0）为串行输出与74LS164数据输入端相连；TxD（P3.1）为移位脉冲输出，与74LS164的时钟脉冲输入端相连；由P1.0口线控制74LS164的清除端。

345610111213345610111213MCS51QAQBQCQDQEQFQGQH74LS164（1）A、BCLRCPGNDVcc1、29871474LS164（2）+5V+5VP3.0P3.1P1.0图636利用MCS51串行口扩展并行输出口QAQBQCQDQEQFQGQHA、B1、298714CLRCPGNDVcc串行输入并行输出第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

6.4

显示、键盘及接口

一、LED显示器及接口

（一）LED显示器的结构

LED显示器是由发光二极管来显示字段的器件。

12345678910abcdefgdp

abcdefgdpR8abcdefgdpR8+5V(a)外形(b)共阴极(c)共阳极图656七段发光显示器结构图第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术共阴极与共阳极的段选码互为反码。

显示字符共阴极段选码共阳极段选码显示字符共阴极段选码共阳极段选码03FHC0HC39HC6H106HF9Hd5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HΓ31HCEH707HF8HY6EH91H87FH80H8.FFH00H96FH90H“灭”00HFFHA77H88H┇┇┇b7CH83H

第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术（二）显示器的显示方式

1、静态显示方式静态显示方式就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止，直到显示另一个字符为止。静态显示时的亮度较高，编程容易，管理也较简单，但占用I/O口资源较多，因此在显示位数较多时，一般采用动态显示方式。

第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术

2、动态显示方式在多位LED显示时，为了节省I/O口线，一般采用动态显示方式。动态显示方式是一位一位地分时轮流点亮各位显示器，对每一位显示器来说，每隔一段时间轮流点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮和熄灭时间的比例有关。调整导通电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。这种显示方式将七段LED显示器的所有段选位并联在一起，由一个8位I/O口控制，而共阴极或共阳极的公共端分别由相应的I/O口控制，实现各位显示器的分时选通。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术1008图658用8155I/O口的6位动态显示器接口8155+5VCOM0COM1COM2COM3COM4COM5共阴极显示器PA5PA4PA3PA2PA1PA0PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7MCS5174LS0774LS06第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术三、键盘及接口

键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，是实现人机会话或人机通信的常用工具。由硬件识别键的闭合—编码键盘，由软件识别键的闭合—未编码键盘。在由单片机组成的测控系统及智能化仪器中，用得较多的是未编码键盘。通常按键开关为机械弹性开关，机械开关在闭合及断开瞬间均伴随有一连串的抖动，时间一般为5~20ms。第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术Vcc（+5V）Vcc（+5V）AB输出图666RS触发器消抖电路消除键抖动可用硬件和软件两种方法（一）独立式未编码键盘接口及处理程序独立式键盘是各按键相互独立地接通一条输入数据线。MCS51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7+5V图667独立式未编码键盘键按下闭合稳定前沿抖动后沿抖动释放稳定键释放图665按键时的抖动第六章MCS51系列单片机的基本扩展技术（二）行列式未编码键盘原理及处理程序对于未编码键盘一般排列成nm矩阵形式，即由n行m列组成。当无键按下时，Xi均为高电平；当有键按下时，Xi的电平由Yi决定。如果把行线接单片机的输入口，列线接单片机的输出口，则可在单片机的控制下，先使+5V图66844行列式未编码键盘结构图12131415Y0Y1Y2Y3X3X2X1X00123