第四讲：接口及系统扩展(1)

1、第四讲：接口与系统扩展（1）本讲重点：本讲重点： 片外片外RAMRAM与片外与片外ROMROM扩展（参考范例应用）扩展（参考范例应用）; ; 简单简单I/OI/O扩展扩展 （选用锁存器与驱动器）（选用锁存器与驱动器）; ; LED LED显示接口（动态与静态，硬件译码与显示接口（动态与静态，硬件译码与 软件译码，电路与编程应用）软件译码，电路与编程应用）. . RAM,ROM存储器扩展 认识系统总线认识系统总线 总线的概念总线的概念 各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上，即相当于将各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据，一个为0，一个为1，那么

2、接收方该接收哪那么接收方该接收哪一个数据呢？一个数据呢？ MCS51单片机都是通过片外引脚进行系统扩展的。为了满足系统的扩展要求，MCS51单片机片外引脚可以构成三总线结构，即地址总线地址总线(AB)(AB)、数据总线、数据总线(DB)(DB)和控制总线控制总线(CB)(CB)。所有的外部芯片都通过这三组总线进行扩展。 单片机对外部器件实现一一对应的单片机对外部器件实现一一对应的“片选片选”通常通常要用单片机的地址总线要用单片机的地址总线A15A15A0A0中的中的部分或全部部分或全部，甚至也可以用某些甚至也可以用某些I/OI/O线线。A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8

3、 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0P0P0口是口是低低8 8位地址位地址与数据复用口与数据复用口线选寻址线选寻址与与译码寻址译码寻址 (P179)(P179)A7A7/D7 /D7 A6A6/D6 /D6 A5A5/D5 /D5 A4A4/D4 /D4 A3A3/D3 /D3 A2A2/D2 /D2 A1A1/D1 /D1 A0 A0/D0/D0P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1

4、 P0.0P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0P2P2口是口是高高8 8位地址位地址口。口。P2.7P2.7P2.5P2.5P2.6P2.6P0P0口口/CE/CE/CE/CE/CE/CEP2.2-2.0P2.2-2.0RAMRAM （2K2K） A10 A9 A8A10 A9 A8P2.5P2.5 做做 RAM RAM 片选线片选线 （0000H0000H07FFH07FFH）P2.2,P2.1,P2.0P2.2,P2.1,P2.0与与P0P0口口共同寻址共同寻址 2K2K字节字节存储单元存储单元地址范围：地址范围： XXXX0 0X XX X000

5、000 0000 0000 0000 0000 XX XX0 0X XX X111111 1111 1111 1111 1111 线选寻址线选寻址：用一条或几条地址线对外寻址用一条或几条地址线对外寻址 MCS-51MCS-51单片机单片机AD7-0AD7-0D7-0D7-0D7-0D7-0Q7-0Q7-0Q7-0Q7-0P2.7P2.7P2.5P2.5P2.6P2.6P0P0口口/CE/CE/CE/CE/CE/CEP2.2-2.0P2.2-2.0RAM RAM （2K2K） A10 A9 A8A10 A9 A8P2.7P2.7 做做输出锁存器输出锁存器的片选线的片选线 地址范围：地址范围：0

6、0XXX XXXX XXXX XXXXXXX XXXX XXXX XXXXMCS-51MCS-51单片机单片机AD7-0AD7-0D7-0D7-0D7-0D7-0Q7-0Q7-0P2.6P2.6 做做输入缓冲器输入缓冲器的片选线的片选线 地址范围：地址范围：X X0 0XX XXXX XXXX XXXXXX XXXX XXXX XXXX锁存器锁存器缓冲器缓冲器( (例例: :7FFFH)7FFFH)( (例例: :0BFFFH)0BFFFH)P2.7P2.7P2.5P2.5P2.6P2.6/CE/CE/CE/CE/CE/CE常用译码器件：常用译码器件： 74LS13874LS138：3-83-

7、8译码器译码器 译码寻址译码寻址：用用地址线地址线加加译码器件译码器件对外寻址对外寻址 P0.7-P0.7-P0.0P0.074LS13874LS138Y0Y0A AB BC CG G G2A G2A G2BG2B0#0#1#1#2#2#7#7#+5V+5VMCSMCS-51-51Y1Y1Y2Y2Y7Y7/CE/CE74LS13974LS139：双：双2-42-4译码器译码器单片机本身资源不足以满足应用需求的情况下单片机本身资源不足以满足应用需求的情况下, ,必须借助外部器件对系统进行扩展必须借助外部器件对系统进行扩展主要介绍主要介绍: : 并口、并口、RAMRAM、ROMROM、键盘、键盘、

8、LEDLED、DACDAC、ADC ADC 等等接口的扩展与应用接口的扩展与应用, ,其中涉及到其中涉及到 62646264、27642764、74LS37374LS373、74LS24474LS244、74LS24574LS245、81558155、 DAC0832 DAC0832 、ADC0809 ADC0809 等芯片。等芯片。第四、六章第四、六章 接口芯片与系统扩展接口芯片与系统扩展以以AT89C51/52AT89C51/52应用为例进行介绍应用为例进行介绍AT89C51/52 AT89C51/52 与与 MCS-51MCS-51系列的系列的8031/80328031/8032在在性能

9、性能、引脚引脚、指令指令等方面完全兼容等方面完全兼容, ,此此 外，内部还集外，内部还集成了成了4K/8K 4K/8K 的的Flash ROMFlash ROM。程序存储器程序存储器 EPROM EPROM 的扩展：的扩展：单片机单片机内部没有内部没有ROM,ROM,或虽有或虽有ROMROM但但容量太小容量太小时时, ,必必须扩展外部程序存储器方能工作。最常用的须扩展外部程序存储器方能工作。最常用的ROMROM器件是器件是EPROMEPROM。 如如: 2764: 2764(8K)(8K)/27128/27128(16K) (16K) /27256/27256(32K)(32K)/27040/

10、27040(512K)(512K)一、一、存储器的扩展存储器的扩展(EPROM) P.110(EPROM) P.110Vpp VccVpp VccA12 A12 PGMPGMA7 A7 NCNCA6 A8A6 A8A5 A9A5 A9A4 A11 A4 A11 A3 A3 OEOEA2 A10A2 A10A1 A1 CECEA0 D7A0 D7D0 D6D0 D6D1 D5D1 D5D2 D4D2 D4GND D3GND D32764Vpp VccVpp VccA12 A12 PGMPGMA7 A7 A13A13A6 A8A6 A8A5 A9A5 A9A4 A11 A4 A11 A3 A3 O

11、EOEA2 A10A2 A10A1 A1 CECEA0 D7A0 D7D0 D6D0 D6D1 D5D1 D5D2 D4D2 D4GND D3GND D327128Vpp VccVpp VccA12 A12 A14A14A7 A7 A13A13A6 A8A6 A8A5 A9A5 A9A4 A11 A4 A11 A3 A3 OEOEA2 A10A2 A10A1 A1 CECEA0 D7A0 D7D0 D6D0 D6D1 D5D1 D5D2 D4D2 D4GND D3GND D327256程序存储器程序存储器 2764 2764 的扩展：的扩展：单片机单片机EPROM 2764EPROM 2764

12、锁存器锁存器74LS37374LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECE5151单片机能提供单片机能提供1616条地址线，可扩展条地址线，可扩展64K64K字节的字节的ROMROM。可以用一片。可以用一片EPROMEPROM，也可以用多片，也可以用多片EPROM EPROM ( (如书上如书上P188P188189189图所示图所示) )。P2.6P2.6P2.4P2.4P2.3P2.3P2.2P2.2P2.1P2.1P2.0P2.0P0.7P0.7P0.6P0.6P0.5P0.5P0.4P0.4P0.3P0.3P0.

13、2P0.2P0.1P0.1P2.7P2.7P2.5P2.5P0.0P0.0ALEALEVccVcc80318031PSENPSENEAEAVssVss+5V+5VA12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D7D D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0OEOED6D6CECEGNDGNDVffVff +5V+5V8D8D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1DG GOEOE8Q8Q7Q7Q6Q Q5Q5Q4Q4Q3Q3Q2Q2Q1Q1QVccVcc74LS74LS37337327642764其其8 8个重叠的地址范围为如下：个重叠的地址范围为如下：000

14、0000000000000000000000000000000000011111111111111111111111111，即，即0000H1FFFH0000H1FFFH；0010010000000000000000000000000000100111111111111111111111111111，即，即2000H3FFFH2000H3FFFH；0100100000000000000000000000000001001011111111111111111111111111，即，即4000H5FFFH4000H5FFFH；011011000000000000000000000000000110

15、1111111111111111111111111111，即，即6000H7FFFH6000H7FFFH；1001000000000000000000000000000010010011111111111111111111111111，即，即8000H9FFFH8000H9FFFH；1011010000000000000000000000000010110111111111111111111111111111，即，即A000HBFFFHA000HBFFFH；1101100000000000000000000000000011011011111111111111111111111111，即，即C

16、000HDFFFHC000HDFFFH；1111110000000000000000000000000011111111111111111111111111111111，即，即E000HFFFFHE000HFFFFH。图6-11“MOVC A , A +DPTR” 的操作时序数据存储器数据存储器 RAM RAM 的扩展：的扩展：有时需要扩展有时需要扩展外部数据存储器外部数据存储器RAMRAM方能工作方能工作( (如数如数据采集系统数据量较大，需要专设据采集系统数据量较大，需要专设 RAMRAM或或 Flash Flash RAM)RAM)。最常用的。最常用的 RAMRAM器件是器件是SRAMS

17、RAM。如如:6116:6116(2K)(2K)/6264/6264(8K)(8K)/62128/62128(16K)(16K)/ /628128(128K) 628128(128K) 一、一、存储器的扩展存储器的扩展(RAM)(RAM) P.190P.190A7 A7 VccVccA6 A8A6 A8A5 A9A5 A9A4 A4 WEWE A3 A3 OEOEA2 A10A2 A10A1 A1 CECEA0 D7A0 D7D0 D6D0 D6D1 D5D1 D5D2 D4D2 D4GND D3GND D36116Vpp VccVpp VccA12 A12 WEWEA7 A7 CE2CE2A

18、6 A8A6 A8A5 A9A5 A9A4 A11 A4 A11 A3 A3 OEOEA2 A10A2 A10A1 A1 CE1CE1A0 D7A0 D7D0 D6D0 D6D1 D5D1 D5D2 D4D2 D4GND D3GND D36264Vpp VccVpp VccA12 A12 WEWEA7 A7 A13A13A6 A8A6 A8A5 A9A5 A9A4 A11 A4 A11 A3 A3 OEOEA2 A10A2 A10A1 A1 CECEA0 D7A0 D7D0 D6D0 D6D1 D5D1 D5D2 D4D2 D4GND D3GND D362128 数据存储器扩展与程序存储器扩展

19、基本相同，只是数据存储器控制信号一般有输出允许信号OE和写控制信号WE，分别与单片机的片外数据存储器的读控制信号RD和写控制信号WR相连，其它信号线的连接与程序存储器完全相同。 数据存储器数据存储器 6264 6264 的扩展：的扩展：89C51单片机单片机SRAM6264锁存器锁存器74LS373P0.0-P0.7ALEP2.7P2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECE25151单片机能提供单片机能提供1616条地址线，可扩展条地址线，可扩展64K64K字节字节的的RAMRAM。可以用一片芯片，也可以用多片。可以用一片芯片，也可以用多片RAMRAM（参见书上

20、（参见书上P192P192194194图所示）。图所示）。RDWRWECE1+5V图6-13“MOVX A,DPTR” 的操作时序存储器综合扩展:数据存储器和程序存储器的综合扩展。数据存储器和程序存储器的综合扩展。同时扩展数据存储器和程序存储器：同时扩展数据存储器和程序存储器： 程序存储器的读操作有程序存储器的读操作有PSENPSEN信号控制，信号控制， 数据存储器的读和写分别由数据存储器的读和写分别由RDRD和和WRWR信号控制。信号控制。 不会造成操作上的混乱。不会造成操作上的混乱。图6-18 扩展片外程序存储器和片外数据存储器的电路简单I/O口扩展在单片机的在单片机的I/OI/O口线不够

21、用的情况下，可以借助口线不够用的情况下，可以借助外部器件对外部器件对I/OI/O口进行扩展。可资选用的器件很口进行扩展。可资选用的器件很多，方案也有多种。多，方案也有多种。简单简单I/OI/O扩展：（锁存器扩展）扩展：（锁存器扩展）二、二、并行接口的扩展并行接口的扩展( (简单简单I/O) P.119I/O) P.119CLRCLR VCC VCC 1Q 8Q 1Q 8Q 1D 8D 1D 8D 2D 7D 2D 7D 2Q 7Q 2Q 7Q 3Q 6Q 3Q 6Q 3D 6D 3D 6D 4D 5D 4D 5D 4Q 5Q 4Q 5Q GND GND CLKCLKOEOE VCC VCC 1

22、Q 8Q 1Q 8Q 1D 8D 1D 8D 2D 7D 2D 7D 2Q 7Q 2Q 7Q 3Q 6Q 3Q 6Q 3D 6D 3D 6D 4D 5D 4D 5D 4Q 5Q 4Q 5Q GND GND G GOEOE VCC VCC 1Q 8Q 1Q 8Q 1D 8D 1D 8D 2D 7D 2D 7D 2Q 7Q 2Q 7Q 3Q 6Q 3Q 6Q 3D 6D 3D 6D 4D 5D 4D 5D 4Q 5Q 4Q 5Q GND GND CLKCLK74LS27374LS37374LS374通常输出需要锁存，输入需要缓冲。通常输出需要锁存，输入需要缓冲。但并非一成不变但并非一成不变 通常通

23、过数据缓冲器、锁存器来扩展简单通常通过数据缓冲器、锁存器来扩展简单I/OI/O接口。接口。例例如：如：74LS37374LS373、74LS24474LS244、74LS27374LS273、74LS24574LS245等芯片都可以等芯片都可以作简单作简单I/OI/O扩展。扩展。实际上，只要具有输入三态、输出锁存的实际上，只要具有输入三态、输出锁存的电路，就可以用作电路，就可以用作I/OI/O口扩展。口扩展。 下图是利用下图是利用74LS37374LS373和和74LS24474LS244扩展的简单扩展的简单I/OI/O口，其中口，其中74LS37374LS373扩展并行输出口，扩展并行输出口

24、，74LS24474LS244扩展并行输入口扩展并行输入口。74LS37374LS373是一个带输出三态门的是一个带输出三态门的8 8位锁存器，位锁存器，8 8个输入端个输入端D0 D0 D7D7，8 8个输出端个输出端Q0 Q0 Q7Q7，G G为数据锁存控制端，为数据锁存控制端，G G为高为高电平，则把输入端的数据锁存于内部的锁存器，电平，则把输入端的数据锁存于内部的锁存器，/OE/OE为输出为输出允许端，低电平时把锁存器中的内容通过输出端输出。允许端，低电平时把锁存器中的内容通过输出端输出。74LS24474LS244是单向数据缓冲器，带两个控制端是单向数据缓冲器，带两个控制端1G1G和

25、和2G 2G ，当它，当它们为低电平时，输入端们为低电平时，输入端D0 D0 D7D7的数据输出到的数据输出到Q0 Q0 Q7Q7。 简单简单I/OI/O扩展：扩展：( (缓冲缓冲/ /驱动器扩展驱动器扩展) )P.120P.120单片机单片机锁存器锁存器74LS273P0.0-P0.7P2.0P2.1RDWRD0 D0 D7D7D0 D0 D7D7D0 D0 D7D7D0 D0 D7D7缓冲器缓冲器74LS2441111CLKCLKCE1CE1CE2CE2输出输出输入输入或门或门或门或门输入指令：输入指令： MOV DPTRMOV DPTR，#0200H#0200H MOVX A MOVX

26、A， DPTRDPTR输出指令：输出指令： MOV DPTRMOV DPTR，#0100H#0100H MOVX DPTR MOVX DPTR， A A 图中，扩展的输入口接了图中，扩展的输入口接了K0 K0 K7 8K7 8个开关，扩展的输出个开关，扩展的输出口接了口接了L0 L0 L7 8L7 8个发光二极管，如果要实现个发光二极管，如果要实现K0 K0 K7K7开关的开关的状态通过状态通过L0 L0 L7L7发光二极管显示，则相应的发光二极管显示，则相应的汇编程序汇编程序为：为：LOOPLOOP：MOV DPTRMOV DPTR，#0FEFFH#0FEFFH MOVX A MOVX A，

27、DPTRDPTR MOVX DPTR MOVX DPTR，A A SJMP LOOP SJMP LOOP如果用如果用C C语言编程，相应程序段为：语言编程，相应程序段为：#include #include /定义绝对地址访问定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define uchar unsigned char uchar i;uchar i;i=XBYTE0 xfeff;i=XBYTE0 xfeff;XBYTE0 xfeff=i;XBYTE0 xfeff=i; 显示器接口扩展三、三、LEDLED显示器的扩展显示器的扩展( (结构结构) P.225) P.2

28、25LEDLED数码管的数码管的结构结构：共阳与共阴共阳与共阴 单片机系统扩展单片机系统扩展LEDLED数码管时数码管时多用多用共阳共阳LEDLED: :共阳数码管每个段笔画是用低电平共阳数码管每个段笔画是用低电平( (“0 0”) )点亮的点亮的, ,要求驱动要求驱动功率很小；而共阴数码管段笔画是用高电平功率很小；而共阴数码管段笔画是用高电平( (“0 0”) )点亮的，点亮的，要求驱动功率较大。要求驱动功率较大。 通常每个段笔画要串一个数百欧姆的通常每个段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻降压电阻。公共公共阳阳极极h g f e d c b ah g f e d c b aa ab bc cd

29、 dg ge ef fh h公共公共阴阴极极h g f e d c b ah g f e d c b aa ab bc cd dg ge ef fh hh g f ah g f a高电平点亮高电平点亮低电平点亮低电平点亮接高电平接高电平接地接地三、三、LEDLED显示器的扩展显示器的扩展( (软件译码软件译码) )LEDLED数码管的译码：数码管的译码：软件译码软件译码软件译码特点软件译码特点: : 不用专用的译码不用专用的译码/ /驱动器件，驱动驱动器件，驱动功率较小功率较小；不增不增加加硬件的开销；软件硬件的开销；软件编程较复杂编程较复杂；字型；字型灵活灵活。共阳共阳LEDa ab bc cd dg ge ef fh hP1.0P1.0P1.1P1.1P1.2P1.2P1.3P1.3P1.4P1.4P1.5P1.5P1