第三章 MCS-51系统扩展技术

第三章MCS-51系统扩展技术3.1单片机扩展的基本概念3.2单片机存储器的扩展

3.3单片机I/O接口扩展电路设计3.4单片机键盘接口技术3.5单片机LED显示器接口技术

第一节单片机扩展的基本概念一、单片机最小系统使单片机能运行的最少器件构成的系统，就是最小系统。无ROM芯片：(8031)必须扩展ROM，复位、晶振电路。有ROM芯片：不必扩展ROM，只须扩展复位、晶振电路。2、P0、P2:地址总线

AB，P0为低8位，P2为高8位。1、P0:数据总线

DB。3、P3:控制总线

CB。二、单片机三总线构成RD、WR、ALE、PSEN、EA读、写、地址锁存、读外部程序存储器、控制内外ROM第二节单片机存储器的扩展P0ALE8031P2PSENWRRDEAD0～D7A8～A15373LEOEA0～A7ABA0～A15DBD0～D7A15A14A13Vcc总线扩展逻辑图138Y7...Y1Y0ABCG1G2AG2B译码法DBD0～D7ABA0～A15A15A14A13Vcc138Y7...Y1Y0ABCG1G2AG2BCED0～D7A0～A122764CE1D0～D7A0～A126264PSENRDWR接8031OE存储器扩展OEWRP0ALE8031P2PSENWRRDEAD0~7A8～A15373LEOEA0～7ABA0～A15DBD0～D7D0～D72764CEOEA0～12D0～D72764CEOEA0～12线选法A15P0.7

P0.0ALE8031P2

PSENWRRDEA373LEOED0D7A0A7A8A15DBABAY0BY1C138G2BG2AG1Y7VccA15A14A13D0～D72764OECEA0～A12D0D7A0A12译码法电路图接6264D0～D7WR6264OECE1A0～A12接8031RDWR接138Y1DBABD0D7A0A121、存储器CPU

同步传送，靠时钟控制传送速度。只需要地址线、数据线、读写线。2、外部设备 CPU

异步传送，传送速度不同，除地址线、数据线、读写线外，还需要应答线。第三节I/O接口技术概述

一、接口电路（interfacecircuit）

数据传送存储器 CPU

外部设备 CPU外部设备情况复杂，导致外部设备与CPU不能同步。1）工作速度差别大;2）信号形式多样:电压、电流等模拟量、开关量；3）外部设备与CPU距离差别大：数米、数十米；4）数据转换：电流转电压，D/A、A/D，并行转串行，串行转并行。接口电路的任务：1）协调速度，解决应答信号问题；2）解决数据锁存问题，输出时外设与数据总线之间要有锁存器；3）解决数据缓冲问题，输入时外设与数据总线之间要有缓冲器；二、简单I/O扩展输入：使用三态门（缓冲器） 74LS244 74LS245输出：使用锁存器 74LS273 74LS3731、输入扩展，使用2个74LS244输入BCD码： 存放在R4（低字节），个位、十位（244Ⅰ

）

R5（高字节），百位、千位（244Ⅱ

）

74LS244输入端接外设（键），输出端接数据总线。工作内容：1.设计电路2.地址译码3.设计程序y0y7244Ⅰ1A12A4y0y7244Ⅱ1A12A4Vcc个位十位百位千位A0A1AY0Y1BY2139ⅠEY3RD或门Y7E000HE001HE000H1G2GDBAB1G2GE002HE003H编写程序

由244Ⅰ

读回数据（低字节）存放在R4

由244Ⅱ读回数据（高字节）存放在R5MOV DPTR,#E000H;244（I）口地址送数据指针DPTRMOVXA,@DPTR;地址的内容送累加器AMOV R4,A;个位、十位数据送R4INC DPTR ;数据指针加1，指向244（II）MOVXA,@DPTR;地址的内容送累加器AMOV R5,A;百位、千位数据送R5

A12、输出扩展，使用2个74LS273输出数据DBAB或门Y7E000HWRAY0BY1139ⅡED0D7273ICLKQ0Q7D0D7273IICLKQ0Q7E000HE001HE002HE003HA0编写程序把#35H由273（I）送出，把#45H由273（II）送出。MOV DPTR,#E000H;273I口地址送数据指针DPTRMOV A,#35HMOVX@DPTR,A;累加器A的内容送地址E000HINC DPTR ;数据指针加1

，指向273IIMOV A,#45HMOVX@DPTR,A;累加器A的内容送地址E001H三、8155作51系列单片机可编程I/O扩展1、8155可编程并行接口芯片结构按芯片功能，8155由三部分组成：2）I/O接口： 端口A，8位I/O端口PA0-7。 端口B，8位I/O端口PB0-7。 端口C，6位I/O端口PC0-5。 命令寄存器，8位，只允许写入。 状态寄存器，8位，只允许读出。3）计数器/定时器：一个14位的二进制减法计数器/定时器。1）随机存储器RAM：256字节2、8155引脚及内部逻辑结构

(P310)1 402 39...... . . .20 21256BRAM计数器ABCIO/MAD7~0CEALERDWRRESETTIMERINTIMEROUTPA7~0PB7~0PC5~0PC3PC4PC5PC0PC1PC2VccTIMERINRESETTIMEROUTIO/MCERDWRALEAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7VssPB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA0AD0～AD7： 地址/数据线ALE： 地址锁存信号RD: 读信号WR: 写信号CE: 片选信号TIMERIN: 计时器输入信号TIMEROUT: 计数器输出信号RESET: 复位信号IO/M: 输入“1”为I/O端口操作I/O、RAM操作选择输入“0”为片内256BRAM读写操作PA0-7,PB0-7,PC0-5: 三个通用I/O端口3、I/O口工作方式（用软件设置）

输入

C口： 输出 控制A口的应答四种工作方式； 控制B口的应答

A口：输入、输出两种工作方式；B口：4、8155片内RAM及I/O口地址2）I/O 口地址:00H命令/状态寄存器地址

01H 端口A地址

02H 端口B地址

03H 端口C地址

04H 计数器低8位地址

05H 计数器高8位地址

以上地址均为8155芯片内部的8位地址1）RAM地址：00H～FFH256B8155 MCS-51AD0~7 P0.0~0.7ALE ALERESET . RSTRD . RDWR . WR5、8155与51单片机连接8155与51单片机的许多信号兼容，可以直接连接。6、51单片机可编程I/O扩展（译码法）ALERSTA8AD0AD1.AD7ALERESETIO/MCE138Y3B0~7A0~7C0~56000H~7FFFHDBABAD0AD7～1）I/O扩展电路图接803181552）扩展后8155RAM及I/O口地址

I/O: 6100H 命令/状态寄存器地址

6101H 端口A地址

6102H 端口B地址

6103H 端口C地址

6104H 计数器低

8位地址

6105H 计数器高

8位地址

IO/M

接地址线A8

RAM（M）:6000H~60FFH 共256B7、命令/状态字1）命令字：8位寄存器，用来定义端口及计数器的工作方式， 对此寄存器只能写，不能读。格式：A口“0”输入B口“1”输出 “00”输入C口 “11”输出 “01”控制A口选通 “10”控制A、B口选通A口中断B口中断“1”允许中断“0”不允许中断计数器工作方式，四种：00、01、10、11。D7D6D5D4D3D2D1D0TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA 00:无操作计数器工作方式: 01:停止计数

10:计数完成后停止

11:开始计数D7D6D5D4D3D2D1D0TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA×D6D5D4D3D2D1D0格式：2）状态字：8位寄存器，用低7位来寄存各端口及计时器的 工作状态，对此寄存器只能读，不能写。INTRA:A口中断请求ABF :A口缓冲器满/空INTEA:A口空中断允许INTRB:B口中断请求BBF:B口缓冲器满/空INTEB:B口中断允许TIMER:计时器中断8、8155计数器/定时器1）结构：14位减法计数器，由两个

8位寄存器组成M2M1T13T12T11T10T9T8D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0T7T6T5T4T3T2T1T0输出方式计数器高

6位计数器低

8位05H04H00 单方波

01连续方波

10单脉冲

11连续脉冲开始计数终止计数2）M2M1：定义计数器输出信号方式9、8155命令字,计数器/定时器应用(初始化)

要求对计数脉冲进行千分频，并重新置数以产生连续方波。分频的概念：二分频：输出频率是输入频率的二分之一计数脉冲：输入连续方波：输出500500计数常数:500输入输出A口:输入B口:输出

C口:输入AB口:禁止中断TM2TM1命令字：1100001

0输出连续方波：M2M1＝01；计数常数:5000100000

11111010

0计数器低8位计数器高8位计数初值为：41F4H0C2H2）5002）25002）125 02）62 12）31 02）15 12）7 12）3 12）1 12）0 1高低111110100000000011111010014位计数常数

500转换成二进制数：“除2取余”01F4H高低2）0 0命令字：

0C2H , 地址：6100H计数初值为：41F4H,地址：6104H存放

0F4H 6105H存放

41H8155初始化程序：MOV DPTR, #6100HMOV A , #0C2HMOVX @DPTR, AMOV DPTR, #6104HMOV A , #0F4HMOVX @DPTR, AINC DPTR MOV A , #41HMOVX @DPTR, A写入命令字装入计数初值第四节

单片机键盘接口技术

非编码：用软件产生键码，单片机用。键盘分为两种编码法:用硬件产生键码。键盘（矩阵）键机械开关列线行线一、51单片机键盘结构（在前述扩展电路中使用）PA0PA1PA2...PA7PC0PC1PC2PC3+5V5.1K×40行1行2行3行0列1列2列3列4列5列6列7列01234567816232431结构81559ABCDEF键识别键测试有键按下否？去抖动行扫描键值计算键值送A等待键释放JMP@A＋DPTR0键处理子程序1键处理子程序n键处理子程序......N二、对键盘的识别流程Y1、键测试先把输出口每位送“0”；再读输入口 全为“1”时无键按下； 不全为“1”时有键按下；2、去抖动延时法：采用延时躲过抖动；比较法：读几次进行比较；键按下键稳定前抖动后抖动键测试3、键扫描使用逐行扫描法确定被按键所在行的位置（行号）：先使一条列线为“0”，逐行进行扫描，如果此列线上无键按下，则各行线都为“1”。如果此列线上有键按下，则对应行线为“0”。通过行号与列号计算被按键的键值（位置）。4、键值计算键值的定义原则：计算方便按图示定义键值：K=行号×8＋列号行：0，1，2，3共4行；列：0，1，2，……7共8列；键值逐行扫描D01D11D21D3100000000D7D6D5D4D3D2D1D0+5V有键按下悬空键测试A口:输出C口:输入键测试D01D11D21D31D7D6D5D4D3D2D1D0+5V有键按下悬空11111110A口:输出C口:输入逐行扫描逐行扫描D01D11D21D31D7D6D5D4D3D2D1D0+5V有键按下悬空11111011A口:输出C口:输入逐行扫描键扫描三、键盘程序设计A口:列输出，地址为6101H;C口:行输入，地址为6103H1、键识别子程序:KS1KS1: MOVDPTR,#6101H; MOVA,#00H; 各列送“0” MOVX@DPTR,A; INC DPTR ; INCDPTR; 指向C口

MOVXA,@DPTR; 读C口状态

CLP A ；C口数据取反“××××1110” “××××0001” ANL A,#0FH;屏蔽高四位00001111 RET 000000012、键盘扫描程序LEY1: ACALL KS1 ; JZ RET1;A的内容为零时转移到“RET1”子程序LK0:ACALL DIR ;调用延时子程序DIR ACALL DIR ;延时去抖动

ACALL KS1 JZ RET1 ;A的内容为零时转移到“RET1”子程序LK2: MOV R2,#80H;列输出寄存器赋初值

MOV R7,#0FFH;列号计数器赋初值

MOV R6,#08H;列输出变更计数器赋初值

LK1: MOV A, R2 ; INC R7 ; RL A ; MOV R2, A ; MOV DPTR,#6101H; CPL A ; MOVX@DPTR,A; INC DPTR INC DPTR ;MOVX A,@DPTR ; CPL A ANL A,#0FH JNZ LKP DJNZ R6,LK1 ; AJMP RET1 ;LKP: CLR C ; MOV R2,#00H ; MOV R6,#04H ;NEXT:RRCA ; JC LKP1 ; INC R2 ; DJNZR6,NEXT ; AJMPRET1 ;

LKP1:MOV A,R2 ; RL A RL A RL A ADD A,R7 ; PUSHACC ;LK3: ACALLDIR ; ACALLKS1 ; JNZ LK3 ; POP ACC ; RETRET1:ACALLDIR ; MOV A,#0FFH ; RETad0

bd1cd2dd3ed4fd5gd6dpd7第五节

单片机LED显示器接口技术一、发光二极管显示