单片机原理及应用教程

1、单片机原理及应用教程第1页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二MCS-51系列单片机片内程序存储器、数据存储器的容量、输入输出接口以及定时器等资源数量都是有限的，实际应用中，往往根据需要对单片机系统资源进行扩展。7.1 单片机系统扩展概述当单片机最小应用系统不能满足实际应用系统要求时，需要在单片机外部连接相应的外围芯片以满足应用系统的要求。MCS-51系列单片机具有很强的系统扩展能力，可以扩展64KB的程序存储器和64KB的数据存储器或输入输出口。扩展的内容主要有总线、程序存储器、数据存储器、I/O口扩展等。而MCS-51系列单片机由于受管脚数量的限制，数据总线和地址总线复用

2、P0口。为了将它们分离开，以便同外围芯片正确地连接，需要在单片机外部增加地址锁存器（如74LS373、8282等），从而构成与一般CPU类似的片外三总线，所有外部芯片都通过这三组总线进行扩展 。第2页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二1. 地址总线（AB）MCS-51系列单片机地址总线宽为16位，所以可寻址范围为216=64KB。16位地址总线由P0口提供低8位A0A7，P2口提供高8位A8A15。 P2口具有输出锁存功能 。地址总线是单向的，只能由单片机向外发送 。2. 数据总线（DB）数据总线由P0口提供，其宽度为8位，用于单片机与外部存储器和I/O设备之间传送数据。P

3、0口为三态双向口，可以进行两个方向的数据传送 。3. 控制总线（CB）控制总线是单片机发出的控制片外存储器和I/O口读/写操作的一组控制线 ，其中包括以下控制信号线：ALE、 、 、 。7.2 程序存储器的扩展7.2.1 常用的程序存储器 第3页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二1. EPROMEPROM是紫外线擦除的可编程只读存储器，掉电后信息不会丢失。EPROM中的程序需要由专门的编程器写入，许多单片机开发装置具有EPROM写入功能。(1) EPROM的型号和特性常用的EPROM有2716、2732、2764、27128、27256、27512等 。图7-2 常用EPR

4、OM的引脚第4页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二(2) EPROM的工作方式EPROM的主要工作方式有编程方式、编程校验方式、读出方式、维持方式、编程禁止方式等。2. EEPROMEPROM的缺点是无论擦除或写入都需要专用设备，即使写错一个字节，也必须全片擦掉后重写，从而给使用带来不便。EEPROM是电擦除可编程存储器，掉电后信息不会丢失 。(1) EEPROM的型号与特性常用的并行EEPROM有2816（2KB8）、2817（2KB8）、2864（8KB8）、28256（32KB8）、28010（128KB8）、28040（512KB8）等。图7-3给出了2816/28

5、16A、2817/2817A和2864A的引脚。 (2) EEPROM的工作方式EEPROM的工作方式主要有读出、写入、维持三种 。第5页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二7.2.2 程序存储器的扩展1. 访问外部程序存储器的操作时序MCS-51的外部程序存储器读操作时序如图7-4所示。 图7-3 EEPROM引脚图图7-4 MCS-51访问外部程序存储器时序第6页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二2. 程序存储器扩展的一般方法MCS-51单片机扩展外部程序存储器（EPROM）的一般连接方法如图7-5所示。图7-5 MCS-51单片机扩展程序存储器的一般

6、连接方法第7页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二3. 扩展举例外部存储器的扩展可通过线选方式或译码方式实现片选。【例7-1】 扩展4KB EPROM的8031系统。图7-6是采用线选方式对8031扩展一片2732 EPROM的连线图。图中锁存器采用74LS373，8031的P2.0P2.3用作2732的地址线，其余P2.4P2.7中的任一根都可作为2732的片选信号线，片选信号决定了2732的4KB存储器在整个8031扩展程序存储器64KB空间中的位置。图中选用P2.7作图7-6 扩展4KB EPROM的8031系统第8页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期

7、二为2732的片选信号线，则2732 EPROM的地址范围为0000H0FFFH。7.3 数据存储器的扩展7.3.1 常用的数据存储器单片机外部数据存储器的扩展芯片大多采用SRAM，根据需要也可采用EEPROM或其他非易失随机存储器（NV-SRAM）芯片。常用的SRAM有6116、6264、62256等，它们的引脚图如图7-9所示。图7-9 常用SRAM引脚图第9页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二SRAM的工作方式有读出、写入、维持三种 。7.3.2 数据存储器的扩展1. 访问外部RAM的操作时序MCS-51对外部数据存储器的访问指令有以下四条： MOVXA, Ri MO

8、VXRi, A MOVXA, DPTR MOVXDPTR, A图7-10为MCS-51访问外部数据存储器的时序图。图7-10 MCS-51系列单片机的外部数据存储器读/写时序第10页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二2. 数据存储器扩展的一般方法MCS-51单片机扩展外部数据存储器的一般连接方法如图7-11所示。图7-11 MCS-51单片机扩展数据存储器的一般连接方法第11页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二3. 扩展举例【例7-4】 用2片6116为8031扩展4KB的RAM系统。图7-12为8031扩展4KB的RAM系统连接图。图中采用P2.3作为

9、6116（1）的片选信号线，其地址范围为1000H17FFH；P2.4作为6116(2)的片选信号线，其地址范围为0800H0FFFH。图7-12 扩展4KB RAM的8031系统第12页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二7.4 I/O端口的扩展7.4.1 简单并行I/O口的扩展当应用系统需要扩展的I/O口数量较少而且功能单一时，可采用锁存器、三态门等构成简单的I/O接口芯片。 1. 并行输出口的扩展扩展8位输出口常用的锁存器有74LS273、74LS377以及带三态门的8D锁存器74LS373等。(1) 74LS27374LS273是带清除端的8D触发器，上升沿触发，具有

10、锁存功能。 (2) 74LS37774LS377是带有输出允许控制的8D触发器，上升沿触发 。2. 并行输入口的扩展扩展8位并行输入口常用的三态门电路有74LS244、74LS245和74LS373等。第13页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二(1) 74LS24474LS244是一种三态输出的8位总线缓冲驱动器，无锁存功能 。(2) 74LS24574LS245是三态输出的8位总线收发器/驱动器，无锁存功能。 7.4.2 8155可编程多功能接口的扩展8155除了有3个可编程并行I/O端口外，还有256字节的RAM和一个计数器/定时器，特别适合于单片机系统在扩展I/O口的

11、同时，还需扩展少量RAM和计数器/定时器的场合。1. 8155的结构它由下列三部分组成：(1) 存储器容量为2568位的静态RAM。(2) I/O接口端口A（PA）：可编程8位I/O口PA0PA7。第14页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二端口B（PB）：可编程8位I/O口PB0PB7。端口C（PC）：可编程6位I/O口PC0PC5。(3) 计数器/定时器一个14位二进制减1可编程计数器/定时器。3. 8155的RAM和I/O口寻址8155的I/O口、RAM和定时器/计数器在单片机应用系统中是按外部数据存储器统一编址的，为16位地址数据 。4. 8155的命令字和状态字以及

12、I/O口工作方式 (1) 8155的命令字和状态字8155的PA口、PB口、PC口以及计数器/定时器都是可编程的。CPU通过将用户设定的命令字写入命令字寄存器实现对它们的工作方式选择，通过从状态字寄存器读出的状态字来判别它们的状态。命令字和状态字寄存器共用一个口地址，命令字寄存器只能写不能读，状态字寄存器只能读不能写。第15页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二1) 8155命令字格式。8155命令字格式如图7-24所示，其中D3、D2两位确定的ALT1ALT4为4种工作方式。2) 8155状态字格式。8155状态字格式如图7-25所示，各位都是为“1”时有效。图7-24 8

13、155的命令字格式图7-25 8155的状态字格式第16页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二2) 选通输入/输出方式图7-26 8155基本输入/输出方式的功能当8155工作于ALT3方式时，PA口为选通输入/输出方式，PB口为基本输入/输出方式。这时PC口的低3位用作PA口选通方式的控制信号，其余3位用作输出。5. 8155的计数器/定时器8155有一个14位减法计数器，从TIN脚输入计数脉冲，当计数器减到零时，从TOUT脚输出一个信号，同时将状态字中的TIMER置位（读出后清零），这样可实现计数或定时。 6. 8155与MCS-51系列单片机的连接方法MCS-51单片机

14、可以直接和8155连接而不需要任何外加逻辑电路，其连接方法如图7-30所示。 7.5 单片机扩展系统外部地址空间的编址方法所谓编址，就是使用系统提供的地址线，通过适当地连接，使外部存储器的每一个单元，或扩展I/O接口的每一个端口都对应一个地址。编址方法分为两步：存储器（I/O接口）芯片编址和芯片内部存储单元编址。 第17页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二7.5.1 线选法所谓线选法就是MCS-51单片机P2口未被扩展芯片地址线占用的地址总线直接与外接芯片的片选端相连，只要某位地址总线为低电平，与该地址总线相连的外接芯片就被选中。线选法的特点是连接简单，不必专门设计逻辑电路，但是各个扩展芯片占有的空间地址不连续，因而地址空间利用率低。适用于扩展地址空间容量不太大的场合。 图7-30 8155与MCS-51系列单片机的连接第18页，共20页，2022年，5月20日，2点39分，星期二7.5.2 译码法所谓译码法就是MCS-51单片机P2口未被扩展芯片地址线占用的地址总线首先经