mcs51单片机系统扩展

1、第8章 MCS - 51单片机的系统及接口扩展8.1 外部总线的扩展 8.2 外部存储器的扩展8.2.1 外部程序存储器的扩展8.2.2 外部数据存储器的扩展8.2.3 多片存储器芯片的扩展8.3 输入/输出接口的扩展 8.3.1 8255A可编程接芯片 8.3.2 8155可编程接口芯片8.4 管理功能部件的扩展8.4.1 键盘接口8.4.2 LED显示器接口8.4.3 键盘显示器接口82798.5 A/D和D/A接口功能的扩展8.5.1 A/D转换器接口8.5.2 D/A转换器接口18.1 外部总线的扩展单片机系统结构28.1 外部总线的扩展总线扩展结构38.1 外部总线的扩展锁存器4 单

2、片机应用系统中扩展的三总线上挂接很多负载（存储器、并行接口、A/D接口、显示接口等）, 但总线接口的负载能力有限, 因此常需要通过接总线驱动器进行总线驱动。 系统总线中地址总线和控制总线是单向的, 因此可以选用单向驱动器。 系统中的数据总线是双向的, 其驱动器要选用双向的。8.1 外部总线的扩展总线驱动器 5常用总线驱动器及接口 8051与总线驱动器的接口(a) P2 口的驱动; (b) P0 口的驱动 68.2 外部存储器的扩展 存储器扩展的基本问题：1）容量：16根地址线最大可扩展到64K2）地址：地址线选择、地址分配3）片选： 多芯片时常采用线选法或译码法4）芯片选择（RAM和ROM）7

3、8.2 外部存储器的扩展 8.2.1 外部程序存储器的扩展88.2.1 外部程序存储器的扩展92716与8031的连接图 10 2716芯片的地址范围： A10A0从全0开始, 然后从最低位开始依次加 1, 最后变为全1, 相当于211=2048个单元地址依次选通, 称为字选。即 8.2.1 外部程序存储器的扩展118.2.2 外部数据存储器的扩展 MCS - 51 数据存储器的扩展示意图 12静态RAM扩展 表 6264的工作方式 1314 6264的8 KB地址范围不唯一（因为A14、A13可为任意值）, 6000H7FFFH是一种地址范围。当向该片6000H单元写一个数据DATA时, 可

4、用如下指令: MOV A, DATA MOV DPTA, 6000H MOVX DPTR, A 从FFFH单元读一个数据时, 可用如下指令: MOV DPTR, 7FFFH MOVX , DPTR 静态RAM扩展 158.2.3 多片存储器芯片的扩展线选法16各芯片的地址范围如下: P27 P24 P23P20 P07P00IC1: 1 1 1 0 xxxx xxxx xxxx E000H-EFFFHIC2: 1 1 0 1 xxxx xxxx xxxx D000H-DFFFHIC3: 1 0 1 1 xxxx xxxx xxxx B000H-CFFFHIC4: 0 1 1 1 xxxx xx

5、xx xxxx 7000H-7FFFH17 译码法寻址就是利用地址译码器对系统的片外高位地址进行译码, 以其译码输出作为存储器芯片的片选信号, 将地址划分为连续的地址空间块, 避免了地址的间断。 译码法又分为完全译码和部分译码两种。 8.2.3 多片存储器芯片的扩展译码法18完全译码存储器扩展连接图示 19各芯片的地址范围如下: P27 P24 P23P20 P07P00IC1: 1 1 0 0 xxxx xxxx xxxx C000H-CFFFHIC2: 1 1 0 1 xxxx xxxx xxxx D000H-DFFFHIC3: 1 1 1 0 xxxx xxxx xxxx E000H-E

6、FFFHIC4: 1 1 1 1 xxxx xxxx xxxx F000H-FFFFH 完全译码法20部分译码存储器扩展连接图示 21各芯片的地址范围如下: P27 P24 P23 P20 P07 P00IC1: 0 0 ? ? xxxx xxxx xxxx 0 0 0000H-0FFFH 0 1 1000H-1FFFH 1 0 2000H-2FFFH 1 1 3000H-3FFFHIC2: 0 1 ? ? xxxx xxxx xxxx 7000H-7FFFHIC3: 1 0 ? ? xxxx xxxx xxxx B000H-BFFFHIC4: 1 1 ? ? xxxx xxxx xxxx F

7、000H-FFFFH部分译码法228.3 输入/输出接口的扩展 8.3.1 8255A可编程并行I/O接口 8255A具有 3 个 8 位并行I/O口, 称为PA口、 PB口和PC口。 其中PC口又分为高 4 位和低 4 位, 通过控制字设定可以选择三工作方式: 基本输入/输出; 选通输入/输出; PA口为双向总线。 1. 8255A的内部结构和引脚 8255A内部结构包括三个并行数据输入/输出端口, 两个工作方式控制电路, 一个读/写控制电路和 8 位总线缓冲器。 23242. 端口选择 253. 工作方式2627方式 1、2 8255A的C口联络控制信号线 28 4. 8255A 的控制字

8、（1） 方式控制字例：A口方式0输入, B口方式1输出, C口高4位输入, C口低4位输出。初始化程序为: ; 03H为 8255A 控制寄存器地址MOV R1, 03H; 8255A工作方式字为 9CH MOV A, 9CH; 方式字送入 8255A 控制口 MOVX R1, A29（2） C口某位置位/复位控制字 例：PC5置1的程序为: MOV DPTR, 03HMOV A, 0BHMOVX R1, A305. 8255A 和 8031 单片机的硬件接口 31 设 8255A的A、B、C口和控制寄存器地址依次为 00H、 01H、 02H 和 03H。 如果用户需要将C口的PC3 置 1

9、, PC5 置 0, 可编程如下: MOV R0, 03H; 8255A 控制口地址 MOV A, 07H; 将PC3 置 1 控制字 MOVX R0, A; 置PC3=1 MOV A, 0AH; 将PC5 置 0 控制字 MOVX R0, A; 置PC5=0 若将P2.0通过反相器接CS，上述程序如何修改？32 例 8031 扩展 8255A 与打印机接口的电路。 8255A的片选线为P0.7, 打印机与 8031 采用查询方式交换数据。打印机的状态信号输入给PC7, 打印机忙时BUSY=1, 打印机的数据输入采用选通控制, 当STB上出现负跳变时数据被打入, 要求编写向打印机输出 80 个

10、数据的程序。33 8255A 的A、 B、C和控制寄存器的口地址分别为: 7CH,7DH,7EH,7FH （也可以：00H,01H,02H,03H等）。34 8255A 的方式1中OBF为低电平有效, 而打印机STB要求下降沿选通。所以8255A采用方式0, 由PC0 模拟产生STB信号， PC7 读入BUSY信号。因PC7输入, PC0输出, 则方式选择命令字为: 10001110B=8EH。 RAM 20H单元开始向打印机输出80个数据的程序如下: MOV R0, 7FH ;R0 指向控制口MOV A, 8EH ;方式控制字为8EHMOV R0 , A ;送方式控制字MOV R1, 20H

11、 ;内部RAM数据块首地址MOV R2, 50H ;置数据块长度35LP: MOV R0, 7EH ; R0指向C口LP1: MOVX A, R0 ; 读PC7连接BUSY状态 JB ACC.7, LP1 ; 查询等待打印机 MOV R0, 7CH ; 指向A口 MOV A, R1 ; 取RAM 数据 MOVX R0, A ; 数据输出到8255 A口锁存 INC R1 ; RAM地址加1 MOV R0, 7FH ; R0指向控制口 MOV A, 00H ; PC0复位控制字 MOVX R0, A ; PC0=0, 产生STB的下降沿 MOV A, 01H ; PC0置位控制字 MOVX R0

12、, A ; PC0=1, 产生STB的上升沿 DJNZ R2, LP ; 未完, 则反复 368.4 管理功能部件的扩展 8.4.1 键盘接口 键盘是单片机系统中完成控制参数输入及修改的基本设备，是人工干预的重要手段。 单片机系统中使用非编码式键盘（无专用编/译码硬件）。 键盘设计中主要解决以下几个问题: 如何消除键的抖动; 键的识别; 键的保护。 37 由于按键是机械的弹性开关，在按下和断开时，触点在闭合和断开时，会引起A点电位的不稳定，一般有510ms的抖动，导致误信号，使CPU产生错误的处理。 软件去抖动：在首次检测到按键按下后，先执行一段延时子程序，一般为10ms延时，由程序确认按键是

13、否按下，达到去抖动的目的。 硬件去抖动：常用双稳态电路、单稳态电路和RC积分电路等方法。一、按键开关抖动问题 38二、独立式按键及其接口每个按键占用一根I/O线，相互之间没有影响。例 图为三个按键与8031的连接电路，试编制按键扫描子程序（查询或中断）KEY：MOV P1，#07HMOV A，P1CPL AANL A，#07HJZ GRETJB ACC.0，KEY1JB ACC.1，KEY2JB ACC.2，KEY3GRET：RETKEY1：LCALL WORK1KEY2：LCALL WORK2KEY3：LCALL WORK3RET39三、矩阵式键盘及其接口矩阵式键盘：也称行列式键盘。44行列

14、结构，可安装16个按键，形成一个键盘。如图所示：键盘扫描：P2口输入，P1口输出某列线(P1.x)输出0，读P2口，若P2口不全1则有按键。40采用8155的键盘接口电路 三、矩阵式键盘及其接口41 下面的程序是用行扫描法进行键扫描的程序, 其中KS1 为判键闭合的子程序。 有键闭合时（A）=0。 DIR为数码显示器扫描显示子程序, 执行一遍的时间约6 ms。 程序执行后, 若键闭合, 键值存入A中, 键值的计算公式是: 键值=行号4+列号; 若无键闭合, 则A中存入标志FFH。 KEY1:LCALL KS1 ; 检查有无闭合键? JNZ LK1 ; （A）=0, 有键闭合则转 LJMP LK

15、8 ; 无闭合键则返回 LK1: LCALL DIR ; 延时 12 ms LCALL DIR ; 清抖 LCALL LS1 ; 再检查有键闭合否? JNZ LK2 ; 有键闭合则转 LJMP LK8 ; 无键闭合则返回 42LK2: MOV R3, 00H ; 行号初值送R3 MOV R2, FEH ; 行扫描初值送R2LK3: MOV DPTR, 0101H ; 指向 8155 口A MOV A, R2 ; 行扫描值送A MOVX DPTR, A ; 扫描 一行 INC DPTR INC DPTR ; 指向 8155 口C MOVX A, DPTR ; 读入列值 ANL A, 0FH ;

16、保留低 4 位 MOV R4, A ; 暂存列值 CJNZ A, 0FH, LK4 ; 列值非全“1”则转 MOV A, R2 ; 行扫描值送A JNB ACC.7, LK8 ; 扫至最后一行则转RL A ; 未扫完, 则移至下一行MOV R2, A ; 行值存入R2 中INC R3 ; 行号加 1SJMP LK3 ; 转至扫描下一行 43LK4: MOV A, R3 ; 行号送入A ADD A, R3 ; 行号2 MOV R5, A ADD A, R5 ; 行号4 MOV R5, A ; 存入R5 中 MOV A, R4 ; 列值送ALK5: RRC A ; 右移一位 JNC LK6 ; 该

17、位为 0 则转 INC R5 ; 列号加 1 SJMP LK5 ; 列号未判完则继续LK6: MOV 20H, R5; 存键值LK7: LCALL DIR ; 扫描一遍显示器 LCALL KS1 ; 发扫描信号 JNZ LK7 ; 键未释放等待 LCALL DIR ; 键已释放 LCALL DIR ; 延时 12 ms, 清抖 MOV A, 20H ; 键值存入A中KND: RET LK8: MOV A, FFH ; 无键标志FFH存入A中 RET 44KS1: MOV DPTR, 0101H ; 判键子程序(D1D0=01选择A口) MOV A, 00H ; 全扫描信号 MOVX DPTR,

18、 A ; 发全扫描信号 INC DPTR INC DPTR ; 指向8155口C MOVX A, DPTR ; 读入列值 ANL A, 0FH ; 保留低4位 ORL A, F0H ; 高4位取“1” CPL A ; 取反, 无键按下则全“0” RET458.4.2 LED显示器接口 1. LED显示器结构与原理 7段LED数码显示器 46十六进制数及空白与P的显示段码 472. 显示器译码硬件译码74LS48,CD4511是”BCD码-7段共阴译码/驱动“IC74LS47”BCD码-7段共阳译码/驱动“IC硬件译码特点：采用专用的译码/驱动器件、驱动功率大，硬件开销大；软件编程简单，字型固定

19、(通常数字)482. 显示器译码软件译码 软件译码特点：不采用专用的译码/驱动器件、驱动功率小；软件编程复杂，字型灵活。493、显示方式505152535455564. 基于8155的LED显示器接口电路 57程序清单如下:58DIR: MOV R0, 79H ; 显示缓冲区首址送R0 MOV R3, 01H ; 使显示器最右边位亮 MOV A, R3LD0: MOV DPTR, 0101H ; 扫描值送PA口MOVX DPTR, AINC DPTR ; 指向PB口MOV A, R0 ; 取显示数据ADD A, 12H ; 加上偏移量MOVX A, A+PC ; 取出字形MOVX DPTR,

20、A ; 送出显示ACALL DL1; 延时INC R0; 缓冲区地址加 1MOV A, R3; JB ACC.5, LD1; 扫到第 6 个显示位了吗？RL A ; 没有, R3 左环移一位, 扫描下一个显示位 MOV R3, AAJMP LD0LD1: RET 59DSEG: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH ; 显示段码表DSEG1: DB 7DH, 07H, 7FH, 6FH, 77H, 7CH DSEG2: DB 39H, 5EH, 79H, 71H, 73H, 3EHDSEG3: DB 31H, 61H, 1CH, 23H, 40H, 03HDSEG4:

21、 DB 18H, 00H, 00H, 00HDL1: MOV R7, 02HDW; 延时子程序DL: MOV R6, 0FFHDL6: DJNZ R6, DL6 DJNZ R7, DL RET608.4.3 键盘显示器接口8279 1. 8279的组成及引脚 8279 芯片有 40 条引脚, 由单一+5 V电源供电。 它主要由以下几部分组成: 1） I/O控制和数据缓冲器; 2） 控制和定时寄存器及定时控制部分; 3） 扫描计数器; 4） 回送缓冲器与键盘去抖动控制电路; 5） FIFO（先进后出）寄存器和状态电路; 6） 显示器地址寄存器及显示RAM。 612. 8279的接口电路与应用 6

22、2更新显示器和用查询方法读出 16 个键输入数的程序如下: STRT1: MOV OPTR, 7FFFH ; 7FFFH为 8279 状态地址 MOV A, 0D1H; 清除命令 MOVX DPTR, A; 命令字输入 WAITD:MOVX A, DPTR; 读入状态 JB ACC.7, WAITD; 清除等待 MOV A, 2AH ; 对时钟编程, 设ALE为 1 MHz, ; 10 分频为 100 kHz MOVX DPTR, A ; 命令送入 MOV A, 08H ; 显示器左边输入外部译码, 双键 ；互锁方式 MOVX DPTR , A 63 MOV R0, 30H ; 设30H3FH

23、存放显示字形的段数据 MOV R7, 10H ; 显示16位数 MOV A, 90H ; 输出写显示数据命令 MOVX DPTR, A MOV DPTR , 7EFFH ; 7EFFH是 8279 数据地址LOOP1: MOV A, R0 MOVX DPTR, A ; 段选码送 8279 显示RAM INC R0 ; 指向下一个段选码 DJN2 R7, LOOP1 ; 16 个段选码送完？ MOV R0, 40H ; 40H为键值存放单元首址 MOV R7, 10H ; 有 16 个键值LOOP2: MOV DPTR, 7FFFH ; 读 8279 状态 64LOOP3:MOVX A, DPT

24、R ANL A, 0FH ; 取状态字低 4 位 JZ LOOP3 ; FIFO中无键值时等待输入 MOV A, 40H ; 输出读FIFO的RAM命令 MOVX DPTR, A ; 命令送入 MOV DPTR, 7EFFH ; 读键输入数据 MOVX A, DPTR ; 读入键值 MOV R0, A ; 键值存入内存 40H4FH INC R0 ; 指向下一个键值存放单元 DJNZ R7, LOOP2 ; 读完 10H个键入数据？ HERE: AJMP HERE ; 键值读完等待 658.5 A/D和D/A接口功能的扩展 A/D转换器用以实现模拟量向数字量的转换。 D/A转换器用以实现数字量

25、向模拟量的转换。 低通采样定理 带通采样定理66量化间隔和量化误差是A/D转换器的主要技术指标之一。 量化间隔由下式计算: 其中n为A/D转换器的位数。 量化误差有两种表示方法: 一种是绝对量化误差; 另一种是相对量化误差。 绝对量化误差 8.5.1 A/D转换672. 典型A/D转换器芯片ADC0809 简介 68地址码与输入通道的对应关系 2. 典型A/D转换器芯片ADC0809 简介 CLK=640KHz,转换时间100us69ADC0809时序图 2. 典型A/D转换器芯片ADC0809 简介 703. ADC0809与8031 的接口电路 1) 查询方式 分别对 8 路模拟信号轮流采

26、样一次, 并依次把结果转存到数据存储区。 71 MOV R1, data ; 置数据区首址 MOV DPTR, 7FF8H ; P2.7=0, 指向通道 0 MOV R7, 08H ; 置通道数LP1: MOVX DPTR, A ; 启动A/D转换 MOV R6, 15H ; 软件延时（100us128us)DALY: NOP ;设单片机时钟6MHzNOPDJNZ R6, DALYMOVX A, DPTR ; 读取转换结果MOV R1, A ; 存储数据INC DPTR ; 指向下一个通道INC R1 ; 修改数据区指针DJNZ R7, LP1 ; 8 个通道全采样完了吗? 724. 中断方式

27、 中断方式硬件接口 73 这里将ADC0809 作为一个外部扩展的并行I/O口, 直接由8031的P2.0和WR脉冲进行启动。因而其端口地址为 0FEFFH。用中断方式读取转换结果的数字量, 模拟量输入通道选择端ADD A、ADD B、ADD C分别与8031的P0.0、 P0.1、P0.2 直接相连, CLK由 8031 的ALE提供。其读取通道 0 转换后的数字量程序段如下: ORG 1000H INADC: SETB IT1 ; INT1设为边沿触发 SETB EA ; 开中断INT1 SETB EX1 74 MOV DPTR, #0FEFFH MOV A,00H MOVX DPTR, A ;启动A/D转换 ORG 0013HAJMP PINT1 PINT1: MOV DPTR,0FEFFH MOVX A, DPTR ;读取IN0 的转换结果 MOV 50H, A ;存入 50H单元 MOV A,00H MOVX DPTR, A ;启动A/DIN0转换 RETI ; 返回 758.5.2 D/A转换器接口 1. D/A转换器的性能指标 1)分辨率。如果数字量位数为n, 则转换器的分辨率为 2-n。 2)建立时间。指从输入数字量变化到输出达到终值误差1/2LSB时所需的时间。通常以