MCS-51单片机外部并行接口扩展技术.ppt

第5章 MCS-51单片机外部并行接口扩展技术 u教学提示：MCS-51单片机并行接口扩展技术是单 片机应用的重要部分。并行接口扩展主要包括系统扩 展、键盘及显示器原理和应用、A/D及D/A转换电路的 设计与实现和开关量输入/输出通道的设计。了解并行 接口扩展技术的工作原理和特点，并在实际中使用它 们，是单片机设计与应用的重要组成部分。 u教学要求： 本章介绍了单片机并行接口扩展技术的工作原理 、特点及应用实例。要求掌握系统扩展方法、键盘及 显示器原理、A/D和D/A转换电路的原理及扩展应用； 了解常用典型并行接口器件应用，在实际中使用它们 。 5.1 系统总线扩展及编址技术 5.2 存储器扩展 5.3 并行口扩展 5.4 键盘/显示器接口扩展技术 5.5 模拟量I/O通道 5.6 开关量I/O通道 5.7 本章小结 第5章 MCS-51单片机外部并行接口扩展技术 由于MCS-51单片机内部资源数量和种类 的限制，因此在实际使用时系统常常需要由 外部扩展，其中包括外部程序存储器的扩展 、外部数据存储器的扩展和I/O 端口的扩展 以及其他功能器件的扩展等。本节介绍采用 并行总线结构的单片机扩展方法及编址方法 。 5.1 系统总线扩展技术及编址技术 MCS-51系列单片机系统扩展主要包括存储器 扩展、I/O口的扩展。存储器扩展分为程序存储器的 扩展、数据存储器的扩展。扩展的能力为： 程序存储器可扩展至64KB； 数据存储器可扩展至64KB； I/O口的扩展。 5.1.1 系统总线扩展 注意：MCS-51单片机的外部数据存储器和扩展I/O口 是统一编址的，即每一个扩展的I/O口相当于外部 RAM的一个存储单元，所以，对I/O端口的访问与对 外部RAM的读/写操作一样。 I/O接口指令：MOVX 接口信号与时序：与外RAM扩展方法一样 输入/输出的数据交换方式（例 A/D转换器）：无条 件方式；延时等待方式；查询方式；中断方式 单片机系统扩展使用的外部总线有以下三种 ： 地址总线：P0口(A0A7)，P2口(A8A15)； 数据总线：P0口(D0D7)； 控制总线：控制信号(ALE、/PSEN、/EA、/WR、 /RD)的具体定义见表5-1。 MCS-51系统扩展结构图 单片机扩展总线结构图 扩展时注意的问题： 地址锁存器的选用：74LS373 存储器空间冲突问题：外RAM（/RD、/WR）有效，由 MOVX实现；外ROM（/PSEN）有效，由PC指针自动实 现，由于CPU的内ROM化，使/PSEN作用弱化。 编址技术问题：必须会！ 地址的译码： 线选法：简单，但浪费地址资源； 译码法：稍复杂，但地址资源的利用率高。 常用的器件有74LS138。全译码与部 分译码。 5.1.2 编址技术 线选法 译码法 5.2.1 程序存储器的扩展 5.2.2 数据存储器的扩展 5.2.3 非易失性数据存储器的扩展（有并行 E2PROM和NVRAM等，自己找资料及教材 看不作要求） 5.2 存储器扩展 为什么要扩展？ 8031片内无ROM，8051、8751、89C51等内ROM容量不够 。 用什么扩展？ EPROM，2716（2K），2732（4K），2764（8K）， 27512（64K） ANA0：地址端 D0D7：数据端 VCC、GND：电源端 /CE：片选端 /OE：输出信号允许端 VPP：编程电压输入端 /PGM：编程控制输入线 5.2.1程序存储器的扩展 EPROM器件 EPROM器件 EPROM器件 怎样扩展？ 首先我们了解单片机怎样从外存中取指，取指信号操作 包括ALE、/PSEN、P2和P0 怎样扩展？ 看图。 分析 A.74LS373的作用； G=1，Q0Q7=D0D7 G下降沿时，D0D7被锁存在Q0Q7上 利用该特点，将ALE与G端相连。 B./PSEN与/OE线的连接。 取指时序 ROM扩展 注意： 2716、2732、27128等的扩展方法与2764类似，只是P2口与 地址线连接数量有差异。 ALE与/PSEN信号每MC出现两次，即1MC取指两次。单字节指 令取指1MC，双字节指令取指1MC，3字节指令（DJNZ，CJNE ）取指2个MC。 执行MOVX时，由于需要用P2口提供外部RAM的高8位地址，因 此当取出MOVX指令时，下一个机器周期/PSEN和ALE无效，此 时，P2提供RAM高8位地址，/RD或/WR有效，P0输入/输出 MOVX中的数据，因此MOVX需要2个MC才被执行。 为什么要扩展？ 8031片内只有128个字节，8032只有256个字节。片外扩展一般 小于64K。 用什么扩展？ RAM，6116（2K），6264 （8K） ，62256（32K） ANA0：地址端 D0D7：数据端 VCC、GND：电源端 /CE：片选信号 /OE：读信号线 /WE：写信号线 5.2.2数据存储器的扩展 RAM器件 怎样扩展？ 首先我们了解读/写外部RAM的时序。 怎样扩展？ 看图 分析 A.74LS373的作用，与扩展ROM一样，锁存低8位地址； B.高位地址线的连接决定地址单元编号，举例； C. 信号线的连接 /RD-/OE；/WR-/WE；P2-ANA8 P0-D0D7（A7A0，经74373锁存） 读RAM时序 写RAM时序 RAM扩展 读写的执行过程： 读RAM： /PSEN取指指令（ROM中）通过P0口入CPU P2P0提供RAM地址/RD有效RAM中的数据通 过P0口入CPU。 写RAM： /PSEN取指指令（ROM中）通过P0口入CPU P2P0提供RAM地址/WR有效CPU中的数据通 过P0口入外部RAM 。 共用74LS373 是由于访问时分时进行 共用高位地址线和数据线/低位地址线 2764由/PSEN选通，6264由/RD与/WR选通，P0数据互不干 扰 P2具有动态功能 当P2口有外部RAM地址时，又要对片外ROM取指时，原RAM 地址暂时消失而出现取指的高位地址，取指结束后，原RAM 地址被恢复，因此，称为动态端口。但P2口地址被指定后， 不会被取指操作所破坏。 ROM+RAM扩展 ROM+RAM扩展结构示意图 地址编码举例 地址编码举例 问题： 单片机执行MOVX一次，ALE信号将丢失1个脉冲，怎样捡 回该脉冲，使ALE等于FOSC/6？ 超空间扩展 大于64K字节的扩展问题 双端口RAM:IDT7132（典型的应用图） 双CPU系统中 非易失数据存储器NVRAM:DS1230Y/AB 管脚兼容、使用与SRAM一样，但有电源低写保护，自动电 源切换电路等!(教材P123-P124) IDT7132引脚图 IDT7132典型应用图 并行EEPROM(E2PROM) 28C16、28C17、28C64等 特点： 掉电保护数据，即非易失性； 多缓冲结构，写入时