系统存储器、IO接口的扩展

-.zHYPERLINK3.3.4系统存储器、I/O接口的扩展考虑到系统控制程序可能超出2Kpld315./的存储空间，同时为以后的修改与扩展留有余地，则对系统进展了程序、数据存储器的扩展以满足系统功能要求。1．存储器的扩展(一)MCS−51单片机用于扩展的端口及控制线P0口：既可作为8位数据口，又可经锁存器锁存后作为地址的低8位〔PCL，DPL〕二者分时使用。P2口：用作地址的高8位〔PCH，DPH〕。ALE：低8位地址锁存信号。：片外程序存储器读信号，低电平有效(执行读外部ROM时产生)。：片外数据及I/O口读写信号，低电平有效(执行写外部RAM时产生)。〔二〕常用系统扩展芯片程序存储器〔EPROM〕常用程序存储器有27××系列，××表示了存储位容量的大小，单位为KB。如2716为16KB，通常写成2K×8bit(2K字节)。本系列产品还有2732(4K×8)、2764(8K×8)、27128(16K×8)、27256(32K×8)、27512(64K×8)。数据存储器〔SRAM〕常用数据存储器有6116(2K×8)、6264(8K×8)、62256(32K×8)、62512(64K×8)。〔三〕单片机扩展外部存贮器空间地址分配外扩多片存贮器中单元，有二步选择：一是选择要单元所处的芯片(片选)二是选择该片中的*一有存储单元(字选)选址的方法有：线选法，地址译码法。〔四〕线选法利用高位地址线直接做片选信号eq\o\ac(○,1)一线一用图3-25一线一用线选法扩展外部存储器注意：为保证在任何时刻只选一个芯片，A15、A14*mszjz./、A13三条线只能选一个为低电平，在编程时要特别注意，否则会出现同时选中两个以上芯片的情况。因此，用按上面的地址分配表可以得到芯片的*围为：U1： 6000H-7FFFH 8KU2： A000H-BFFFH 8KU3： C000H-DFFFH 8Keq\o\ac(○,2)一线二用图3-26一线二用线选法扩展外部存储器U1： 0000H-7FFFH U2： 8000H-FFFFH eq\o\ac(○,3)综合线选图3-27综合线选法扩展外部存储器U1： 0××A12--A0U2： 10×A12--A0U3： 11×A12--A0eq\o\ac(○,4)全地址译码法用译码电路产生片选信号。译码器74LS138〔3线−8线译码器〕图3-2874LS138应用示意图〔五〕典型应用系统典型应用系统连线图如下列图3-31： 16KROM+8KRAM图3-29译码法扩展外部存储器应用二〔六〕、译码电路应注意的问题地址的浮动：同一芯片具有多个地址,一般使用最低一组地址。地址的重叠：两个以上的芯片具有一样的地址，编程时用软件加以区分。有效的电平：根据不同芯片提供相应电平的片选信号。wsszfj./译码方法的选择：芯片较少的时候，选用线选法；芯片较多的时候，采用译码器进展芯片的选择。在本系统中，扩展的程序存储器采用的是32K×8的27C256芯片，数据存储器采用的是32K×8的A28P256，其引脚及电气符号如下所示：图3-30由于其引脚应用较为简单，故以下只给出其与8051的电气联接关系图,如图3-33。图3-312．I/O接口的扩展I/O接口的扩展主要分为并行和和串行接口的扩展，可用来进展并行口扩展的芯片种类主要有：专用并行口电路，如8255，TTL或CMOS电路，如74LS373，377，244；综合扩展电路，如8155；可用来进展并行口扩展的芯片种类主要有：74LS164，74LS165等。本系统主要是利用8155芯片是和74LS164来进展I/O接口的扩展，下面分别对其进展阐述：(一)可编程并行接口8155〔1〕8155芯片构造〔2〕CPU对8155内RAM单元和I/O口寻址方法当IO/=0时，CPU8155内RAM，在ALE上沿将AD7-AD0的数据作为RAM的地址锁存。地址*围：00-FFH；读写操作：读：当＝0时，将锁存的地址所对应RAM的内容送入AD7-AD0端口写：当＝0时，将AD7-AD0端口的数据送入锁存的地址所对应的RAM单元。当IO/=1时，CPU8155的I/O端口，其地址分配如表3-5；mzgksf./表3-5I/O端口分配表AD7-AD3AD2AD1AD0选通的存放器*000命令／状态存放器*001Ａ口〔PＡ0~PA7〕*010B口〔PB0~PB7〕*011C口〔PC0~PC5〕*100定时器/计数器低8位存放器*101定时器/计数器高6位存放器及工作方式字〔2位〕〔3〕8155定时/计数器图3-328155芯片构造图8155有一个14位减法计数器，计数脉冲输入接外部脉冲来计数，接时钟脉冲来定时。计数满溢出是由定时器输出脚输出波形〔脉冲或方波〕来决定的。〔4〕I/O工作方式I/O工作方式由命令存放器来设定，有根本I/O方式和选通I/O方式。各相关标志从状态存放器中可以读出。命令存放器地址：*****000B〔00H〕，只能写入，不能读出。格式如图3-35示：图3-33命令存放器格式状态存放器

地址：*****000B〔00H〕，只能读出。格式如下：图3-34状态存放器格式〔二〕dlhboftec./bogoutiyu/74LS164芯片74LS164是串入并出芯片，CLK为q*sylj./dafa888/移位时钟信号，A、B为数据输入端。在移位时钟的作用下，AB口的数据一位By-gnksguybb一位串入，然后在输出口输出。要注意的是，74LS164无并行输出控制端，因而在串行输入过程中，其输出端的状态会不断变化，故在*些应用场合，在74LS164的输出端应加接输出三态门控制，以便保证串行输入完毕后再输出数据。图3-3574LS164芯片上述的系统I/O接口扩展的电路图将在下一节中的人机交互接口一并给出。HYPERLINK3.3.5人机交互的接口设计1．键盘接口键盘是系统的输入设备。按构造分：(1)独立式：由I/O口线组成单键电路(2)矩阵式：由排列成矩阵形式一系列按键组成按编码分：(1)全编码键盘〔硬件电路实现〕(2)非编码键盘：软件查询实现〔一〕键盘的工作原理(1)、单键输入原理单键输入电路如图3-36示。图3-36单键接口示意图Kn：

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八个按键P1.n=“0〞表示按键P1.n=“1〞表示释放图3-37按键抖动示意图t1,t3：按键抖动期〔约5−10ms〕t2：按键闭合稳定期t0：按键释放期在CPU查询按键之前应消除抖动，采用的消抖动法有：〔1〕软件法：延时10ms左右。〔2〕硬件法：采用RS触发器。缺点：一键占用一根I/O线，键多时，占用系统硬件资源。优点：简单，主要用于命令键场合。〔2〕、矩阵式键盘矩阵式键盘如图3-38示。图3-38矩阵式键盘接口示意图在行线与列线之间接入按键，以4*4为例〔共16键〕(1)键构造行线P1.0—P1.3为检测输入线列线P1.4—P1.7为扫描输出线键盘无键闭合时，P1.0—P1.3检测输入线全部为高电平“1〞。键盘有键按下时，如4号键按下，此时P1.1检测输入电平由P1.4的扫描输出电平所决定。(2)按键识别方法：扫描法、线反转法eq\o\ac(○,1)扫描法输出：P1.7-P1.5=1，P1.4=0，则扫P1.4列---->读行线P1.0，有0出现，由行列可决定键号。假设P1.0至P1.3为全1，则表示无按键，继续扫描下一列线。根据按下键之行，列号求键号，可采用计算法或查表法eq\o\ac(○,2)线反转法扫描法要逐列扫描查询，当被按下的键处于最后一列时，则要经过屡次扫描才能最后获得此按键所处的行和列，而线反转法则显得很简练,无论被按键是处于第1列或最后一列，均只须经过两步便能获得此按键所在的行列值，线反转法的原理及步骤如下：第一步：将行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出线输出为全零电平，则行线中电平由高到低的所在行为按键所在行。第二步：同第一步完全相反，将行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出线输出全为低电平，则列线中电平由高到低的所在列为按键所在列。结合两步的结果，可确定按键所在行和列，从而识别所按的键盘。(3)键盘的编码对于独立式按键盘，由一按键的数目较少，可根据实际需要灵活编码。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，所以分别对行号和列号进展二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。但是这种编码对于不同行的键，离散性大。常常采用依次排列键号的方式对按键进展编码。无论以何种方式编码，均应以处理问题方便为原则。〔二〕键盘的工作方式(1)、程序扫描方式单片机系统中，在CPU空闲时，调用键盘扫描子程序，查询键盘情况。扫描键盘子程序有以下几个步骤：〔1〕判断有无键按下令所有列线为“0〞，查行线有无“0〞，有则表示有键按下，接着去查出键号，为“1〞则说明无键按下，转显示子程序。〔2〕有键按下，则先消抖，用软件延时的方法。5——10ms〔3〕扫描键盘，得按键参数，即行列值〔4〕计算键号〔用计算法〕〔5〕判断闭合键是否释放〔6〕执行键操作子程序〔7〕返回程序流程图如图3-39示：图3-39矩阵式键盘扫描程序流程图(2)、中断扫描方式采用硬件电路使有按键产生时向CPU申请中断，CPU接收到中断前方转向中断处理，进展按键的处理，这可以节约CPU的时间。(3)、定时器扫描方式为让CPU更多发挥作用,用CTC定时,每10ms中断一次,对键盘进展扫描。2．显示器接口显示器是系统的输出设备，通过它人们可以很方便地获取和记录各种数据。常用的有段码式和点阵式，可选产品有LED和LCD。LED简单、方便、廉价，但体积相对LCD液晶显示器件而言稍大，且耗电量大；而LCD功耗低、抗干扰能力强，特别适合于便携式的仪器仪表。〔一〕显示方式：静态显示方式、动态显示方式。对接有N位显示器：段选由字型确定、位选由确定。(1)、静态显示方式此种方式适用于每位显示器都要显示时场合。位选：全选，接地；段选：用N个8位I/O口驱动。(2)、动态显示方式显示方式：逐位轮流显示方式；显示特点：对位选，被选位端接地，占用I/O口位数为显示器个数；对段选，各位段码线并联，用一个8位I/O口控制；优

点：节省I/O接口，简化电路。图3-40键盘扫描与数码管显示电路原理图图3-40是本系统的键盘扫描与数码管显示电路原理图。利用8155进展I/O端口的扩展，其中A口分时作为键盘扫描的扫描输出线和LED显示的位选线；B口中的B0、B1作为74LS164的移位时钟与数据输入端口，通过74LS164将串行数据并行驱动数码管显示数据；C口作为键盘扫描的返回线，进展按键的连续与识别。在上图3-42中的UA2003是一反相器，将A口位控信号反相后选中数码管。〔二〕LCD显示器LCD是液晶显示器的缩写，液晶显示器是一种被动式的显示器，即其本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方向的特性，而到达白底黑字或黑底白字显示的目的。液晶显示具有功耗低、抗干扰能力强等优点，因此被广泛地应用在仪器仪表和控制系统中。(1)LCD显示的分类按排列形式可分为笔段型、字符型和点阵图形型。eq\o\ac(○,1)笔段型笔段型是以长条状显示像素组成一位显示，主要用于数字显示，也可用于西文字母或*些字符，广泛用于电子表、数字仪表、计算器中。eq\o\ac(○,2)点阵字符型点阵字符型液晶显示模块是专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型模块，每一个点阵显示一个字符，这类模块广泛用在各类单片机应用系统中。eq\o\ac(○,3)点阵图形型点阵