第2章 智能仪器中微处理器

1、第第2 2章章 智能仪器中的微处理器智能仪器中的微处理器 首首 页页本章内容本章内容2.1 2.1 单片机的基本结构与工作原理单片机的基本结构与工作原理2.2 2.2 单片机与外围扩展芯片单片机与外围扩展芯片 下 页上 页返 回2.1 2.1 单片机的基本结构与工作原理单片机的基本结构与工作原理 2.1.1 MCS-512.1.1 MCS-51系列单片机总体结构系列单片机总体结构 MCS-51MCS-51系列是系列是IntelIntel公司公司2020世纪世纪8080年代初推出的。年代初推出的。包括包括5151和和5252两个子系列。在两个子系列。在5151子系列中，主要有子系列中，主要有80

2、318031、80518051和和87518751三个机型，它们的指令系统与芯三个机型，它们的指令系统与芯片引脚完全相同，仅片内片引脚完全相同，仅片内ROMROM有所不同。有所不同。 51 51子系列的主要功能：子系列的主要功能：8 8位位CPUCPU；128128个字节的片内个字节的片内数据存储器；数据存储器；4K4K字节的片内程序存储器（字节的片内程序存储器（80318031无）；无）；程序存储器和片外数据存储器的寻址范围均为程序存储器和片外数据存储器的寻址范围均为64KB64KB字节；字节； 4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O接口；接口；2121个专用寄存器；个专用寄存器； 1 1

3、个全双工串行个全双工串行I/OI/O接口；接口；2 2个个1616位定时器位定时器/ /计数器；计数器；5 5个中断源；个中断源；下 页上 页返 回111111条指令，含乘法指令和除法指令；强大的位寻址、条指令，含乘法指令和除法指令；强大的位寻址、位处理能力。位处理能力。5252子系列主要有子系列主要有80328032、80528052两种机型。两种机型。2.1.2 MCS-512.1.2 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 1 1MCS-51MCS-51的内部程序存储器的内部程序存储器(ROM)(ROM)和内部数据存和内部数据存储器储器(RAM)(RAM) MCS-51 MCS-5

4、1系列的系列的805l805l单片机内部有单片机内部有4KB4KB的程序存储器，的程序存储器，地址范围为地址范围为0000-0FFFH0000-0FFFH。当单片机的。当单片机的EAEA引脚为高电引脚为高电平时，程序存储器空间的平时，程序存储器空间的0000-0FFFH0000-0FFFH在单片机内部，在单片机内部，1000-FFFFH1000-FFFFH在单片机外部。在单片机外部。805l805l单片机的内部有单片机的内部有128128字节的数据存储器，地址范围从字节的数据存储器，地址范围从00-7FH00-7FH。 2 2MCS-51MCS-51的特殊功能寄存器的特殊功能寄存器 内部地址范

5、围从内部地址范围从80-FFH80-FFH为特殊功能寄存器区。单为特殊功能寄存器区。单下 页上 页返 回片机的输入输出端口、计数器定时器、串行通片机的输入输出端口、计数器定时器、串行通信口、累加器及一些控制寄存器等都位于这个地址信口、累加器及一些控制寄存器等都位于这个地址空间。空间。 3 3中断与堆栈中断与堆栈 MCS-51MCS-51有有5 5个中断源个中断源( (对对8032803280528052为为6 6个个) )，分别，分别为外部中断为外部中断0 0、外部中断、外部中断1 1、时钟中断、时钟中断0 0、时钟中断、时钟中断1 1和串行通信中断和串行通信中断( (对对8032803280

6、528052还有时钟中断还有时钟中断2)2)。堆栈位于单片机的内部数据存储器中，堆栈是一个堆栈位于单片机的内部数据存储器中，堆栈是一个向上增长的后进先出的存储空间。向上增长的后进先出的存储空间。 4 4定时计数器与寄存器区定时计数器与寄存器区 MCS-51MCS-51子系列有两个子系列有两个1616位定时计数器，通过编位定时计数器，通过编程可以实现程可以实现4 4种工作模式。种工作模式。MCS-52MCS-52子系列则有子系列则有3 3个个1616下 页上 页返 回位定时计数器。位定时计数器。 5 5指令系统指令系统 MCS-51MCS-51的指令系统有加、减、乘、除等算术运算的指令系统有加、

7、减、乘、除等算术运算指令；逻辑运算指令；位操作指令；数据传送指令指令；逻辑运算指令；位操作指令；数据传送指令及多种程序转移指令。及多种程序转移指令。 6 6布尔处理器布尔处理器 MCS-51MCS-51的布尔处理器实际上是一个完整的一位微的布尔处理器实际上是一个完整的一位微计算机。这个一位微机有自己的计算机。这个一位微机有自己的CPUCPU、位寄存器、位寄存器、I I0 0口和指令集口和指令集( (对于对于MCS-51MCS-51是一个指令子集是一个指令子集) )。一位。一位机在开关决策、逻辑电路仿真和实时测控方面非常机在开关决策、逻辑电路仿真和实时测控方面非常有效。有效。 下 页上 页返 回

8、2.1.3 MCS-512.1.3 MCS-51单片机的引脚描述单片机的引脚描述 MCS-51MCS-51系列系列80518051单片机单片机采用采用4040引脚的双列直插封引脚的双列直插封装装(DIP) (DIP) 。其引脚功能可。其引脚功能可分为四类：分为四类： 1 1电源引脚电源引脚VccVcc（4040脚）脚）和和VssVss（2020脚）。脚）。 2 2外接晶体引脚外接晶体引脚XTALlXTALl和和XTAL2XTAL2。 3 3控制和复位引脚控制和复位引脚ALEALE、PSENPSEN、EAEA和和RSTRST。 4. I/O4. I/O引脚引脚P0P0P3P3。图图2.1 MCS

9、-512.1 MCS-51芯片引脚图芯片引脚图下 页上 页返 回 图图2.2 MCS-512.2 MCS-51复位电路原理图复位电路原理图 MCS-51MCS-51复位后，复位后，P0P0P3P3口输出高电平，堆栈口输出高电平，堆栈指针指针SPSP置为置为07H07H，清，清“0”0”程序计数器程序计数器PCPC和其余和其余的特殊功能寄存器。的特殊功能寄存器。RSTRST由高电平变为低电平后，由高电平变为低电平后，80318031从从0 0地址开始执行程序。地址开始执行程序。 下 页上 页返 回 PO PO口口(32(323939脚脚) )：双向：双向8 8位三态位三态I IO O口，数据口，

10、数据/ /地地址总线口。址总线口。 P1P1口口(1(18 8脚脚) )：8 8位准双向位准双向I IO O口。其输出没有高口。其输出没有高阻状态，输入也不能锁存。阻状态，输入也不能锁存。 P2P2口口(21(212828脚脚) )：8 8位准双向位准双向I IO O口。口。 P3P3口口(10(101717脚脚) )：8 8位准双向位准双向I IO O口，是一个复用口，是一个复用双功能口。双功能口。2.1.4 MCS-512.1.4 MCS-51单片机的片外总线结构单片机的片外总线结构 1) 1) 地址总线地址总线(AB)(AB)：地址总线宽度为：地址总线宽度为1616位，可访问位，可访问6

11、4KB64KB的外部程序存储器和的外部程序存储器和64KB64KB的外部数据存储器。的外部数据存储器。 2) 2) 数据总线数据总线(DB)(DB)：数据总线宽度为：数据总线宽度为8 8位。位。 3) 3) 控制总线控制总线(CB)(CB)：由：由P3P3口的第二功能状态和口的第二功能状态和4 4根根独立控制线独立控制线RESETRESET、EAEA、ALEALE和和PSENPSEN组成。组成。下 页上 页返 回2.1.5 2.1.5 微处理器微处理器 微处理器（微处理器（CPUCPU）由运算器和控制器组成。）由运算器和控制器组成。 1.1.运算器运算器 运算器以算术逻辑单元运算器以算术逻辑单

12、元ALUALU为核心，含累加器为核心，含累加器A A、暂存器、程序状态字暂存器、程序状态字PSWPSW、B B寄存器等许多部件。寄存器等许多部件。 算术逻辑单元算术逻辑单元 它在控制器所发内部控制信号的控制下进行各种它在控制器所发内部控制信号的控制下进行各种算术操作和逻辑操作。算术操作和逻辑操作。 累加器累加器 累加器累加器A A是最常用的专用寄存器。是最常用的专用寄存器。下 页上 页返 回 程序状态字程序状态字PSWPSW 其各位的含义如下：其各位的含义如下： (1) (1)进位标志进位标志C(PSW.7)C(PSW.7)； (2)(2)辅助进位标志辅助进位标志AC(PSW.6)AC(PSW

13、.6)； (3)(3)软件标志软件标志FO(PSW.5)FO(PSW.5)； (4)(4)工作寄存器区选择位工作寄存器区选择位RSlRSl、RS0(PSW.4RS0(PSW.4、PSW.3)PSW.3)； (5)(5)溢出标志溢出标志OV(PSW.2)OV(PSW.2)； (6)(6)奇偶标志奇偶标志P(PSW.O)P(PSW.O)：每执行一条指令，单片：每执行一条指令，单片机都能根据机都能根据A A中中1 1的个数的奇偶自动令的个数的奇偶自动令P P置位或清零：置位或清零：奇为奇为1 1，偶为，偶为O O。下 页上 页返 回 2. 2.以定时控制逻辑为中心的控制器以定时控制逻辑为中心的控制器

14、 CPUCPU的大脑中枢，包括定时控制逻辑，指令寄存器、的大脑中枢，包括定时控制逻辑，指令寄存器、译码器、数据指示器译码器、数据指示器DPTRDPTR、程序计数器、程序计数器PCPC、堆栈指、堆栈指针针SPSP、RAMRAM地址寄存器、地址寄存器、1616位地址缓冲器等。位地址缓冲器等。 3.MCS-5l3.MCS-5l单片机存储器分类及配置单片机存储器分类及配置 从物理结构上可分为：片内、片外程序存储器与从物理结构上可分为：片内、片外程序存储器与片内、片外数据存储器片内、片外数据存储器4 4个部分；从寻址空间分布分个部分；从寻址空间分布分为：程序存储器、内部数据存储器和外部数据存储为：程序存

15、储器、内部数据存储器和外部数据存储器器3 3个部分；从功能上分为：程序存储器（个部分；从功能上分为：程序存储器（64K64K）、）、内部数据存储器（内部数据存储器（256256字节）、特殊功能寄存器字节）、特殊功能寄存器（128128字节）、位地址空间和外部数据存储器（字节）、位地址空间和外部数据存储器（64K64K）5 5个部分。个部分。下 页上 页返 回 程序存储器程序存储器 程序存储器空间为程序存储器空间为64KB64KB。0 0开始的部分程序存储器开始的部分程序存储器( (如如4KB)4KB)可以在片内或片外，由引脚可以在片内或片外，由引脚EAEA的电平控制。的电平控制。 复位后复位后

16、PCPC为为O O。MCS-51MCS-51的中断入口是固定的，程序的中断入口是固定的，程序存储器地址存储器地址0003H(INT0)0003H(INT0)、000BH(T0)000BH(T0)、0013H(INT1)0013H(INT1)、001BH(T1)001BH(T1)和和0023H(0023H(串行口中断串行口中断) )单元为中断人口。单元为中断人口。 数据存储器数据存储器 MCS-51MCS-51内部数据存内部数据存储器空间为储器空间为256B256B，但，但一般为一般为128B128B。内部。内部RAMRAM划分为划分为3 3个区域：个区域：工作寄存器区、位寻工作寄存器区、位寻址

17、区、堆栈和数据缓址区、堆栈和数据缓冲器区。冲器区。下 页上 页返 回 内部内部RAMRAM的的00H00H1FH1FH区域为四组寄存器区，每个区区域为四组寄存器区，每个区有有8 8个工作寄存器个工作寄存器R0R0R7R7。 工作寄存器工作寄存器0 0组组R0R0R7R7：000007H07H，RS1=0RS1=0，RS0=0RS0=0 工作寄存器工作寄存器1 1组组R0R0R7R7：08080FH0FH，RS1=0RS1=0，RS0=1RS0=1 工作寄存器工作寄存器2 2组组R0R0R7R7：101017H17H，RS1=1RS1=1，RS0=0RS0=0 工作寄存器工作寄存器3 3组组R0

18、R0R7R7：18181FH1FH，RS1=1RS1=1，RS0=1RS0=1 对于这部分对于这部分RAMRAM，CPUCPU对它们的操作可视为工作寄对它们的操作可视为工作寄存器存器( (寄存器寻址寄存器寻址) )，也可视为一般，也可视为一般RAMRAM。 位寻址区位寻址区 MCS-51MCS-51的内部的内部RAMRAM中中20H20H2FH2FH单元以及特殊功能寄单元以及特殊功能寄存器中地址为存器中地址为8 8的倍数的特殊功能寄存器可以位寻址。的倍数的特殊功能寄存器可以位寻址。既可以字节操作也可以位操作。既可以字节操作也可以位操作。 堆栈和数据缓冲器堆栈和数据缓冲器 堆栈是器用于保护堆栈是

19、器用于保护CPUCPU的现场一个后进先出的的现场一个后进先出的RAMRAM下 页上 页返 回缓冲。缓冲。MCS-51MCS-51的堆栈一般设在的堆栈一般设在30-7FH(30-7FH(或或3030FFH)FFH)。复位后复位后SPSP为为07H07H。 特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)(SFR) MCS-51 MCS-51内部的内部的I I0 0口锁存器以及定时器、串行口、口锁存器以及定时器、串行口、中断等各种控制寄存器和状态寄存器都作为中断等各种控制寄存器和状态寄存器都作为SFRSFR（RAMRAM的的8080FFHFFH）。如累加器）。如累加器ACCACC（A A）、寄存器）、寄存器

20、B B。 外部外部RAMRAM和和I IO O口口 MCS-51MCS-51最多可以扩展最多可以扩展64KB64KB的外部的外部RAMRAM和和I I0 0口。外口。外部扩展部扩展RAMRAM和和I I0 0口是统一编址的，也就是说一个口是统一编址的，也就是说一个I IO O口相当于口相当于RAMRAM的一个存储单元，的一个存储单元，CPUCPU都是通过都是通过MOVXMOVX指令对它们进行读写操作的。指令对它们进行读写操作的。下 页上 页返 回2.1.6 2.1.6 最小微机系统最小微机系统 最小微机系统是指能维护单片机运行的最简最小微机系统是指能维护单片机运行的最简单配置系统。单配置系统。

21、 8051/80C51/8751/87C51/89C518051/80C51/8751/87C51/89C51最小微机系最小微机系统统 8051/80C51/8751/87C51/89C518051/80C51/8751/87C51/89C51是片内有是片内有ROM/EPROM/EPROM/FLASH ROMROM/EPROM/EPROM/FLASH ROM的单片机，用这种的单片机，用这种芯片构成的最小微机系统简单、可靠。只要将芯片构成的最小微机系统简单、可靠。只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可。由于集单片机接上时钟电路和复位电路即可。由于集成度的限制，最小微机系统只能用成度的限制，最小微

22、机系统只能用作一些小型作一些小型的控制单元。其应用特点：的控制单元。其应用特点：下 页上 页返 回 有可供用户使用的大量有可供用户使用的大量I/OI/O口线。因没口线。因没有外部存储器扩展，此时有外部存储器扩展，此时EAEA接高电平。接高电平。 内部存储器容量有限。内部内部存储器容量有限。内部ROM/EPROM/ROM/EPROM/FLASH ROMFLASH ROM为为4KB4KB，RAMRAM为为128128个字节。个字节。 用户可对片内用户可对片内4KB4KB的程序存储器进行写的程序存储器进行写入或擦除，并具有保护内部存储器不被外部软入或擦除，并具有保护内部存储器不被外部软件破坏和非法复

23、制的措施。件破坏和非法复制的措施。 有较高的可靠性和抗干扰能力。有较高的可靠性和抗干扰能力。 8031/80C318031/80C31最小微机系统最小微机系统 8031/80C318031/80C31是片内无程序存储器的单片机，是片内无程序存储器的单片机，因此，其最小微机系统必须在片外扩展因此，其最小微机系统必须在片外扩展EPROMEPROM。如图如图6-26-2。片外程序存储器的的低。片外程序存储器的的低8 8位地址线由位地址线由P0P0口经所锁存器产生（地址锁存信号为口经所锁存器产生（地址锁存信号为ALEALE），），下 页上 页返 回图图2.5 8051/80C512.5 8051/80

24、C51最小微机系统最小微机系统 图图2.6 8031/80C312.6 8031/80C31最小微机系统最小微机系统高位地址线由高位地址线由P2P2口提供；取指信号为口提供；取指信号为PSENPSEN，由，由于程序存储器芯片只有一片，故其于程序存储器芯片只有一片，故其CECE接地。接地。8031/80C318031/80C31芯片的芯片的EAEA必须接地。必须接地。下 页上 页返 回2.2 2.2 单片机与外围扩展芯片单片机与外围扩展芯片2.2.1 2.2.1 程序存储器扩展程序存储器扩展 对于无对于无ROMROM型单片机型单片机( (如如8031) 8031) 或程序容量或程序容量较大较大(

25、 (几十几十K)K)时才需扩展外部程序存储器。时才需扩展外部程序存储器。 1 1常用常用EPROMEPROM程序存储器程序存储器 外部程序存储器一般用外部程序存储器一般用EPROMEPROM存储器，存储器，EPROMEPROM是紫外线可擦除电可编程的只读存储器，是紫外线可擦除电可编程的只读存储器，通过编程器将程序写入后信息不会丢失，可靠通过编程器将程序写入后信息不会丢失，可靠性很高。常见有性很高。常见有2716(2KB)2716(2KB)、2732(4KB)2732(4KB)、2764(8KB)2764(8KB)、27128(16KB)27128(16KB)、27256(32KB)27256(

26、32KB)、27512(64KB)27512(64KB)。常用。常用27642764、2712827128、2725627256、2751227512来作为外部程序存储器。引脚如图来作为外部程序存储器。引脚如图2.72.7。下 页上 页返 回 图图2.7 2.7 常用常用EPROMEPROM存储器电路的引脚图存储器电路的引脚图 由图可见由图可见2764/128/256/5122764/128/256/512这几种这几种EPROMEPROM具具有很强的兼容性。引脚符号意义如下：有很强的兼容性。引脚符号意义如下： 下 页上 页返 回 A A0 0A Ai i：地址输入线，：地址输入线，i = 13

27、i = 131515。 OO0 0O O7 7：三态数据总线：三态数据总线( (有时用有时用D D0 0D D7 7表表示示) )，读或编程检验时为数据输出线，编程时，读或编程检验时为数据输出线，编程时为数据输人线。维持或编程禁止时，为数据输人线。维持或编程禁止时，O0O0O7O7呈呈高阻抗。高阻抗。 CECE：片选信号输入线，：片选信号输入线，“0”0”有效；有效； PGMPGM：编程脉冲输入线。：编程脉冲输入线。 OEOE：读选通信号输入线，：读选通信号输入线，“0”0”有效。有效。 VppVpp：编程电源输入线，：编程电源输入线，VppVpp的值因芯片的值因芯片型号和制造厂商而异。型号和

28、制造厂商而异。 VccVcc：主电源输入线，：主电源输入线，VccVcc一般为一般为+5V+5V。 GNDGND：线路接地。：线路接地。 NCNC：不连接。：不连接。下 页上 页返 回 除容量外，各种型号的除容量外，各种型号的EPROMEPROM还有不同的应还有不同的应用参数。主要有最大读出时间用参数。主要有最大读出时间( (范围在范围在200200450ns450ns之间之间) )、工作温度（有、工作温度（有0 07070和和-40-408585二档）、电压容差（有二档）、电压容差（有5(15(15 5)V)V和和5(15(11010)V)V二种）等。二种）等。 对对EPROMEPROM的主

29、要操作方式有：的主要操作方式有： 编程方式：把程序代码固化到编程方式：把程序代码固化到EPROMEPROM中。中。 编程校验方式：读出编程校验方式：读出EPROMEPROM中的内容，检中的内容，检验编程操作的正确性。验编程操作的正确性。 读出方式：读出方式：CPUCPU从从EPROMEPROM中读取指令或常中读取指令或常数，是单片机应用系统中的工作方式。数，是单片机应用系统中的工作方式。 维持方式：不对维持方式：不对EPROMEPROM操作，数据端呈高操作，数据端呈高阻。阻。 下 页上 页返 回 编程禁止方式：适用于多片编程禁止方式：适用于多片EPROMEPROM并行编并行编程不同数据。程不同

30、数据。 表表2-52-5给出了给出了2725627256不同操作方式下控制引不同操作方式下控制引脚的电平。脚的电平。 表表2-5 272562-5 27256不同操作方式下控制引脚的电平不同操作方式下控制引脚的电平 不同公司生产的不同公司生产的EPROMEPROM的编程电压不同，的编程电压不同，有有12.5v12.5v、21v21v、25V25V等几种。等几种。 下 页上 页返 回 2 2程序存储器扩展方法程序存储器扩展方法内部有程序存储器的单片机扩展外部程序存储内部有程序存储器的单片机扩展外部程序存储器时，器时，EAEA接高电平。对于接高电平。对于80318031、80518051，EAEA

31、接地，接地，外接外接EPROMEPROM，CPUCPU总是从外部总是从外部EPROMEPROM中取指令。中取指令。当当EAEA接地时，外部接地时，外部EPROMEPROM的地址从零地址开始；的地址从零地址开始；当当EAEA接高电平时，外部接高电平时，外部EPROMEPROM的地址紧跟在内的地址紧跟在内部程序存储器地址后开始。图部程序存储器地址后开始。图2.82.8给出了给出了80318031单片机和单片机和EPROM 27256EPROM 27256的接口方法。的接口方法。下 页上 页返 回 图图2.8 2.8 一片一片2725627256的的EPROMEPROM扩展电路扩展电路 下 页上 页

32、返 回2.2.2 2.2.2 数据存储器数据存储器RAMRAM的扩展的扩展 1 1常用的数据存储器常用的数据存储器 数据存储器用于存储现场采集的原始数据、数据存储器用于存储现场采集的原始数据、运算结果等，通常采用半导体静态随机存取存运算结果等，通常采用半导体静态随机存取存储器储器RAMRAM电路。电路。E2PROME2PROM电路也可用作外部数据电路也可用作外部数据存储器。存储器。 常用的常用的RAMRAM电路有电路有6116(2KB)6116(2KB)、6264(8KB)6264(8KB)、62256(32KB)62256(32KB)。图。图2.92.9给出了其引脚图，引脚符给出了其引脚图，

33、引脚符号功能如下：号功能如下： AA0 0A Ai i：地址输入线，：地址输入线，I = 10(6116)I = 10(6116)，12(6264)12(6264)，14(62256)14(62256)。 OO0 00 07 7：双向三态数据线，有时用：双向三态数据线，有时用D D0 0D D7 7表示。表示。 CECE：片选信号输入线，低电平有效。：片选信号输入线，低电平有效。下 页上 页返 回 0E 0E：读选通信号输入线，低电平有效：读选通信号输入线，低电平有效 WEWE：写选通信号输入线，低电平有效；：写选通信号输入线，低电平有效； VccVcc：工作电源：工作电源+5V+5V。 GN

34、DGND：线路接地。：线路接地。图2.9 常用RAM电路引脚图 下 页上 页返 回 图中图中62646264的的NCNC为悬空脚，为悬空脚，CSCS为为62646264第二片第二片选信号脚，高电平有效。选信号脚，高电平有效。CS=1CS=1，CE=0CE=0选中。选中。以上三种芯片都是易失性的。近年来市场上出以上三种芯片都是易失性的。近年来市场上出现了一种非易失性数据存储器产品现了一种非易失性数据存储器产品NVRAMNVRAM，与，与以上芯片完全兼容，可在原有芯片插座上将对以上芯片完全兼容，可在原有芯片插座上将对应的应的NVRAMNVRAM直接插上替代，存取速度为直接插上替代，存取速度为55n

35、s55ns和和70ns70ns，可以单字节读写，读写次数无限。内置，可以单字节读写，读写次数无限。内置锂电池，在无外部供电情况下，数据保存锂电池，在无外部供电情况下，数据保存1010年年不丢失。不丢失。 2 2RAMRAM存储器扩展方法存储器扩展方法 由于由于RAMRAM和和I/0I/0口均使用口均使用RDRD、WDWD信号作为选信号作为选通信号，故通信号，故RAMRAM和和I/0I/0口共占口共占64KB64KB的地址空间，的地址空间，因此因此RAMRAM和和I/OI/O口的片选信号一般由高位地址译口的片选信号一般由高位地址译下 页上 页返 回码产生，或者用线选法，即用某一位高位地址码产生，

36、或者用线选法，即用某一位高位地址作为片选信号。图作为片选信号。图2.102.10给出了用线选法外接一给出了用线选法外接一片片62646264的接口方法，的接口方法，62646264的地址为的地址为600060007FFFH7FFFH。MCS-5lMCS-5l访问外部数据存储器时访问外部数据存储器时PSENPSEN保保持高电平，对外部持高电平，对外部RAMRAM或或I/0I/0读写时，外部读写时，外部EPROMEPROM的数据线呈高阻态。所以的数据线呈高阻态。所以MCS-5lMCS-5l可以同可以同时扩展时扩展64KB64KB程序存储器和程序存储器和64KB64KB数据存储器。数据存储器。图图2

37、.10 2.10 MCS_5lMCS_5l总线总线与与62646264的接的接口方法口方法 下 页上 页返 回2.2.3 2.2.3 并行接口的扩展并行接口的扩展 MCS-5lMCS-5l系列的单片机大多具有四个系列的单片机大多具有四个8 8位并行位并行I/0I/0口口(P0(P0P3)P3)，原理上这四个口均可用作双，原理上这四个口均可用作双向并行向并行I/0I/0接口。但在实际应用系统中，可提接口。但在实际应用系统中，可提供给用户使用的供给用户使用的I/0I/0口只有口只有PlPl口和部分口和部分P3P3口。口。因此，往往需要进行因此，往往需要进行I I0 0口的扩展。口的扩展。 I/0I

38、/0接口扩展有多种方法。当所需接口扩展有多种方法。当所需I/0I/0口较口较少时，可采用中小规模集成电路进行扩展，当少时，可采用中小规模集成电路进行扩展，当所需所需I/0I/0口较多时，则可采用专用接口芯片进口较多时，则可采用专用接口芯片进行扩展，也可利用串行口进行并行行扩展，也可利用串行口进行并行I/0I/0口扩展。口扩展。 并行并行I/OI/O口的并行扩展均应遵照口的并行扩展均应遵照“输入三态、输入三态、输出锁存输出锁存”的原则与总线相连。的原则与总线相连。“输入三态输入三态”下 页上 页返 回可保证在未被选通时，可保证在未被选通时，I/0I/0芯片的输出与数据芯片的输出与数据总线隔离，总

39、线隔离，“输出锁存输出锁存”则可使通过总线输出则可使通过总线输出的信息得以保持，以与速度较慢的外设相配。的信息得以保持，以与速度较慢的外设相配。 1.1.用用7474系列器件扩展并行系列器件扩展并行I IO O口口 用用74LS37774LS377扩展并行输出口扩展并行输出口 74LS37774LS377是一种是一种8D8D触发器，如图触发器，如图2.112.11，当它，当它的接数允许端的接数允许端E E为低电平且接数时钟为低电平且接数时钟CLKCLK端电平端电平正跳时，正跳时，D D0 0D D7 7端的数据被锁存到端的数据被锁存到8D8D触发器中。触发器中。否则，输出保持不变。否则，输出保

40、持不变。图图2.11 74LS3772.11 74LS377的功能的功能 下 页上 页返 回 MCS-5l MCS-5l单片机与单片机与74LS37774LS377的接口，应满足以的接口，应满足以下条件：下条件： 在单片机访问在单片机访问74LS37774LS377时，在时，在D D0 0D D7 7上出上出现待输出数据，现待输出数据，E E端出现低电平，端出现低电平，CLKCLK端出现由端出现由低到高的正跳变信号。低到高的正跳变信号。 此时使用此时使用WRWR作为选通信号的有其他芯片作为选通信号的有其他芯片的片选端必须保持高电平。的片选端必须保持高电平。 在单片机不访问在单片机不访问74LS

41、37774LS377的时候，的时候，E E端和端和CLKCLK端不能出现中所列的情况。端不能出现中所列的情况。 将将74LS37774LS377的的E E作为片选信号线，作为片选信号线，CLKCLK作为写作为写选通线，即能满足上述要求。如图选通线，即能满足上述要求。如图2.122.12，此时，此时A15A15取取0 0，其余地址线均取，其余地址线均取1 1，则，则74LS37774LS377的地址的地址为为7FFFH7FFFH。当执行如下指令时，在。当执行如下指令时，在74LS37774LS377有关有关下 页上 页返 回引脚，就会把累加器引脚，就会把累加器A A的内容锁存到的内容锁存到74L

42、S37774LS377中。中。 MOV DPIRMOV DPIR，#7FFFH#7FFFH ；指向；指向74LS37774LS377 MOV A MOV A，#data#data ；输出的数据先送；输出的数据先送A A MOVX DPTR MOVX DPTR，A A ；A A中数据送中数据送74LS37774LS377 类似芯片还有类似芯片还有74LS27374LS273、74LS37374LS373等锁存器。等锁存器。 图图2.12 MCS-512.12 MCS-51和和74LS37774LS377的一种接口方法的一种接口方法 下 页上 页返 回 用用74LS24574LS245扩展并行输入

43、口扩展并行输入口 74LS24574LS245是一种三态门是一种三态门8 8总线收发器总线收发器/ /驱动器，驱动器，无锁存功能。当无锁存功能。当DIR=1DIR=1时，数据从时，数据从ABAB端。当端。当DIR=0DIR=0时，数据从时，数据从BABA端。使能信号端。使能信号G=0G=0时，允时，允许传输；许传输；G=lG=l时，禁止传输，输出为高阻态。时，禁止传输，输出为高阻态。引脚分布见图引脚分布见图2.132.13。根据输入三态的原则，我。根据输入三态的原则，我们可以把们可以把DIRDIR作为片选线，将作为片选线，将G G作为读选通线，作为读选通线，在执行如下两条指令时，在在执行如下两

44、条指令时，在74LS24574LS245的有关引的有关引脚，就会把输入设备的数据通过脚，就会把输入设备的数据通过74LS24574LS245传送传送到数据总线，送往到数据总线，送往A A。 MOV DPTRMOV DPTR，#7FFFH#7FFFH MOVX AMOVX A，DPTR DPTR 下 页上 页返 回图图2.122.12中地址线中地址线A15A15既接既接74S37774S377的的E E又接又接74LS24574LS245的的G G，使使74LS37774LS377和和74LS24574LS245的口地的口地址都为址都为7FFFH7FFFH，对，对7FFFH7FFFH写操写操作写

45、入作写入74LS37774LS377，读操作则读，读操作则读74LS24574LS245。 图图2.13 74LS2452.13 74LS245引脚分布引脚分布下 页上 页返 回2.2.4 2.2.4 可编程并行可编程并行I/OI/O扩展接口扩展接口8255A8255A 8255A 8255A是是IntelIntel公司的一种通用可编程并行公司的一种通用可编程并行接口电路，被广泛用作可外部接口电路，被广泛用作可外部I/OI/O扩展接口。扩展接口。 1 18255A8255A的结构的结构 8255A8255A与与MCS-51MCS-51单片机连接方式简单，其工单片机连接方式简单，其工作方式由程序

46、设定。图作方式由程序设定。图2.142.14给出了给出了8255A8255A的逻的逻辑结构框图和引脚图。辑结构框图和引脚图。 8255A8255A可编程并行可编程并行I/0I/0芯片由以下四个逻辑芯片由以下四个逻辑结构组成：结构组成： 数据总线驱动器。双向三态的数据总线驱动器。双向三态的8 8位驱动位驱动器，用于和单片机的数据总线相连。器，用于和单片机的数据总线相连。 并行并行I/0I/0端口。端口。A A口、口、B B口和口和C C口。这三个口。这三个8 8位位I/0I/0端口功能完全由编程决定。端口功能完全由编程决定。 下 页上 页返 回 A A口：具有一个口：具有一个8 8位数据输出锁存

47、位数据输出锁存/ /缓冲器和缓冲器和一个一个8 8位数据输入锁存器。它是最灵活的输入位数据输入锁存器。它是最灵活的输入输出寄存器，可编程作为输出寄存器，可编程作为8 8位输入输出或双向位输入输出或双向寄存器。寄存器。 B B口：具有一个口：具有一个8 8位数据输出锁存位数据输出锁存/ /缓冲器和缓冲器和一个一个8 8位数据输入缓冲器位数据输入缓冲器( (不锁存不锁存) )。可编程作。可编程作为为8 8位输入或输出寄存器，但不能双向输入输位输入或输出寄存器，但不能双向输入输出。出。 C C口：具有一个口：具有一个8 8位数据输出锁存位数据输出锁存/ /缓冲器和缓冲器和一个一个8 8位数据输人缓冲

48、器位数据输人缓冲器( (不锁存不锁存) )。在方式控。在方式控制下，可分为两个制下，可分为两个4 4位口使用。位口使用。C C口除作输入、口除作输入、输出口使用外，还可以作为输出口使用外，还可以作为A A口、口、B B口选通方式口选通方式操作时的状态控制信号。操作时的状态控制信号。下 页上 页返 回图图2.142.14 8255A 8255A引脚图和逻辑框图引脚图和逻辑框图 下 页上 页返 回 读读/ /写控制逻辑。它用于管理所有的数写控制逻辑。它用于管理所有的数据、控制字或状态字的传送，接收单片机的地据、控制字或状态字的传送，接收单片机的地址信号和控制信号来控制各个口的工作状态。址信号和控制

49、信号来控制各个口的工作状态。 CSCS：8255A8255A的片选引脚端。的片选引脚端。 RDRD：读控制端。当：读控制端。当RD=0RD=0时，允许单片机从时，允许单片机从8255A8255A读取数据或状态字。读取数据或状态字。 WRWR：写控制端。当：写控制端。当WR=0WR=0时，允许单片机将时，允许单片机将数据或控制字写入数据或控制字写入8255A8255A。 A0A0、A1A1：口地址选择。通过：口地址选择。通过A0A0、A1A1可选中可选中8255A8255A的的4 4个寄存器。口地址选择如下：个寄存器。口地址选择如下： Al A0Al A0寄存器寄存器 0 0 0 0 输出寄存器

50、输出寄存器A(AA(A口口) )下 页上 页返 回 0 1 0 1 输出寄存器输出寄存器B(BB(B口口) ) 1 0 1 0 输出寄存器输出寄存器C(CC(C口口) ) 1 l 1 l 控制寄存器控制寄存器( (控制口控制口) ) RESET RESET：复位控制端。当：复位控制端。当RESET=lRESET=l时，时，82558255复位。此时控制寄存器被清除，所有接口被置复位。此时控制寄存器被清除，所有接口被置人输入方式。人输入方式。 A A组组B B组控制块。每个控制块接收来自读组控制块。每个控制块接收来自读/ /写控制逻辑的命令和内部数据总线的控制字，写控制逻辑的命令和内部数据总线的

51、控制字，并向对应口发出适当的命令。并向对应口发出适当的命令。A A组控制块控制组控制块控制A A口及口及C C口的高口的高4 4位。位。B B组控制块控制组控制块控制B B口及口及C C口的口的低低4 4位。位。 下 页上 页返 回表表2-62-6 CPU CPU对对8255A8255A端口的寻址和操作控制端口的寻址和操作控制 下 页上 页返 回 2 28255A8255A操作方式操作方式 8255A8255A有方式有方式0/0/方式方式1/1/方式方式2 2三种操作方式。三种操作方式。 方式方式0(0(基本基本I/OI/O方式方式) ) 8255A 8255A的的PAPA、PBPB、PC4P

52、C4PC7PC7、PC0PC0PC3PC3可分可分别被定义为方式别被定义为方式0 0输入或输出。输入或输出。 方式方式0 0输出具有锁存功能，输入没有锁存。输出具有锁存功能，输入没有锁存。 方式方式0 0适用于无条件传输数据的设备，如读适用于无条件传输数据的设备，如读一组开关状态、控制一组指示灯，不使用应答一组开关状态、控制一组指示灯，不使用应答信号，信号，CPUCPU可以随时读出开关状态，随时把一可以随时读出开关状态，随时把一组数据送指示灯显示。组数据送指示灯显示。 方式方式1(1(应答应答I/0I/0方式方式) ) PA PA口、口、PBPB口定义为方式口定义为方式1 1时，时，PCPC口

53、的某些位口的某些位为状态控制线，其余位作为状态控制线，其余位作I/0I/0线。线。下 页上 页返 回 方式方式1 1输入。若输入。若PAPA口、口、PRPR口定义为方式口定义为方式l l输入，相应的状态控制信号的意义如下：输入，相应的状态控制信号的意义如下： STBSTB：设备的选通信号输入线，低电平有效。：设备的选通信号输入线，低电平有效。STBSTB的下降沿将外设数据输入的下降沿将外设数据输入8255A8255A。 IBFIBF：端口锁存器满标志输出线，：端口锁存器满标志输出线，IBFIBF和设和设备相连。备相连。IBFIBF为高电平表示设备已将数据打入为高电平表示设备已将数据打入端口锁存

54、器，但端口锁存器，但CPUCPU尚未读取。当尚未读取。当CPUCPU读取端口读取端口数据后，数据后，IBFIBF变为低电平，表示端口锁存器空。变为低电平，表示端口锁存器空。 下 页上 页返 回 INTR INTR：中断请求信号线，高电平有效。当：中断请求信号线，高电平有效。当STBSTB、IBFIBF、INTEINTE都为都为“l”l”时，时，INTRINTR就置就置“l”l”，RDRD的下降沿使它复的下降沿使它复“0”0”。 方式方式l l输出。输出。PAPA口、口、PBPB口定义为方式口定义为方式l l输输出。涉及的状态控制信号的意义如下：出。涉及的状态控制信号的意义如下： OBFOBF：

55、输出锁存器满状态标志输出线。：输出锁存器满状态标志输出线。OBFOBF为低电平，表示为低电平，表示CPUCPU已将数据写入端口，输出已将数据写入端口，输出数据有效。设备从端口取走数据后发来的回答数据有效。设备从端口取走数据后发来的回答信号使信号使OBFOBF升为高电平。升为高电平。 ACKACK：设备响应信号输入线。：设备响应信号输入线。ACKACK上出现设上出现设备送来的负脉冲，表示设备已取走了端口数据。备送来的负脉冲，表示设备已取走了端口数据。 INTRINTR：中断请求信号输出线，高电平有效。：中断请求信号输出线，高电平有效。当当ACKACK、OBFOBF和和INTEINTE都为都为“l

56、”l”时，时，INTRINTR被置被置“l”l”，WRWR的下降沿使它复的下降沿使它复“0”0”。 下 页上 页返 回 INTE A INTE A（A A口中断允许标志）由按位置位口中断允许标志）由按位置位/ /复位的复位的PC6PC6控制；控制；INTE BINTE B（B B口中断允许标志）口中断允许标志）由由PC2PC2控制。控制。 方式方式l l适用于打印机等具有握手信号的输入适用于打印机等具有握手信号的输入输出设备。输出设备。 方式方式2(2(双向选通双向选通I/0I/0方式方式) ) 方式方式2 2是方式是方式1 1输入和方式输入和方式1 1输出的结合。对输出的结合。对PAPA口有

57、意义。方式口有意义。方式2 2使使PAPA口成为口成为8 8位双向三态数位双向三态数据总线口（可发送据总线口（可发送/ /接收数据）。接收数据）。PBPB口仍可作口仍可作方式方式0 0和方式和方式1I/O1I/O口，口，PCPC口高口高5 5位作状态控制线。位作状态控制线。 3 38255A8255A的控制字的控制字 8255A8255A有两种控制字，即方式控制字和有两种控制字，即方式控制字和PCPC口口位置位复位控制字。位置位复位控制字。下 页上 页返 回 方式控制字（地址为方式控制字（地址为xxxx xx11Bxxxx xx11B） 方式控制字控制方式控制字控制8255A8255A三个口的

58、工作方式，三个口的工作方式，工作方式由工作方式由CPUCPU送往控制寄存器的内容设定。送往控制寄存器的内容设定。这个这个8 8位的控制命令字叫方式选择控制字，控位的控制命令字叫方式选择控制字，控制字的制字的6 63 3位用来设定位用来设定A A组，组，2 20 0位用来设定位用来设定B B组，位组，位7 7用来指明是否置工作方式控制字。用来指明是否置工作方式控制字。 D7D7：D7=1D7=1。置方式标志。置方式标志。 D6D5D6D5：A A组方式选择。组方式选择。00=00=方式方式0 0；01=01=方式方式1 1；1 1= =方式方式2 2。 D4D4：端口：端口A A。0=0=输出；输出；1=1=输入。输入。 D3D3：端口：端口C C（高（高4 4位）。位）。0=0=输出；输出；1=1=输入。输入。 D2D2：B B组方式选择。组方式选择。0=0=方式方式0 0；1=1=方式方式1 1。 D1D1：端口：端口B B。0=0=输出；输出；1=1=输入。输入