《单片机》-第6章 单片机的系统扩展

1主要内容各种常用存储器扩展方法并行口扩展及编程方法键盘及显示器扩展及编程方法数模及模数转换接口电路及编程方法26.189S51单片机的总线结构

单片机系统扩展有并行扩展和串行扩展两种方法。并行扩展：通过单片机的三总线（地址总线AB、数据总线DB、控制总线CB）来实现；串行扩展：利用SPI三总线和I2C双总线的串行系统扩展。389S51单片机的总线结构

4单片机外部扩展方法

1.地址线的连接通常将外围芯片的低8位地址线经锁存器与89S51的P0口相连，高8位地址线与89S51的P2口相连。如果不足16位则按从低至高的顺序与P0、P2口的各位相连。

外围芯片的片选信号也接至地址总线。常有3种接法：①接至89S51剩余的高位地址线，这种接法称为线选法。适用于外围芯片少的情况，接法简单。②接至89S51剩余高位地址线经译码器译码后的输出端，这种接法称译码法。适用于外围芯片数量较多的情况，但需要增加译码器。③将片选信号直接接地。52.数据线的连接外围芯片的数据线可直接与89S51的P0口相连。3.控制线的连接外围芯片的控制线连接可根据实际需要与89S51的部分控制总线相连。单片机外部扩展方法

66.2存储器扩展【例】如图所示为单片机与数据存储器6264的系统扩展接线图。试分析该存储器的地址范围。76264芯片简介6264是数据存储器，容量大小8K。地址线13根，数据线8根。控制信号有片选信号CS、读信号OE、写信号WE。

A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0地址最低地址00000000000000000H最高地址11111111111111FFFH874LS373锁存器

74LS373真值表OEGDQ0111010000×保持1××高阻9如何确定地址？因为AT89S51可寻址的最大空间为64KB。这块芯片占据了哪个8KB地址范围呢？通过片选信号CS确定。6264的地址范围是（设其他空闲地址线状态均输出1）：

A15A14A13A12~A0

地址低地址0110…0

6000H最高地址0111…1

7FFFH106.3.1并行口扩展116.3.2I/O扩展芯片8155

128155内部结构138155引脚功能2.地址线：CE：片选信号。IO/M：选择口/RAM单元。（分开编址）AD0～7：8个I/O口和256字节RAM地址。3.控制线：ALE：地址锁存信号。RD、WR：读、写控制信号。4.定时器输入/输出线：TIMERIN、TIMEROUT（减法记数）。5.复位线：RESET。

P0.0～0.7P2.6P2.7

ALE89C51AD0～7IO/MCSALE81551.数据线：AD0～7：传送8155与计算机之间的数据、控制字和状态字。PA0～7、PB0～7、PC0～5

：传送8155与外设之间的信息。148155端口及内存地址分配CEIO/MA7A6A5A4A3A2A1A0所选寄存器或端口01×××××000命令/状态寄存器01×××××001A口01×××××010B口01×××××011C口01×××××100定时/计数器低8位01×××××101定时/计数器高8位00××××××××RAMD7D6D5D4D3D2D1D0状态字×TIMERINTEBBFBINTRBINTERABFAINTRA8155状态寄存器158155命令寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0命令字TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA控制端口B与A的数据传送方式

“0”为输入方式“1”为输出方式

TM2TM1定时/计数器的工作方式00空操作，不影响计数操作01停止定时/计数器工作10定时/计数器计满后，立即停止工作11置方式和长度后，立即启动计数器工作PC2PC1端口的工作方式00A、B口基本输入输出，C口为输入01A、B口基本输入输出，C口为输出10A口为选通输入输出，B口为基本输入输出，PC0~PC2为控制信号，PC3~PC5为输出11A、B口均为选通输入输出，C口为控制信号定时/计数器工作方式控制端口B与A的中断

168155定时/计数器

D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0M2M1T13T12T11T10T9T8T7T6T5T4T3T2T1T0M2M1输出方式波形00单方波01连续方波（自动重装初值）10单脉冲11连续脉冲（自动重装初值）定时/计数器的输出方式

17

8155应用举例例6-1：如图6-9所示为89S51单片机与8155的接口电路，将单片机片内30H单元起始的内容依次存入8155内部RAM50H开始的单元中，长度为20H字节。编程思路：根据电路图可知，P2.7与相连，P2.0与IO/相连，则8155内部RAM的地址范围为7E00H~7EFFH，命令状态口的地址7F00H，A口的地址7F01H，B口的地址7F02H，C口的地址7F03H。18参考程序如下：

ORG 0100HSTART：MOV R0，#30H ；R0指向89S51片内RAM首地址

MOV DPTR，#7E50H ；DPTR指向8155内部RAM首地址

MOV R7，#20HLOOP： MOV A，@R0 MOVX @DPTR，A ；写入数据

INC R0 INC DPTR DJNZ R7，LOOP ；20H字节未完，继续

SJMP $ END

8155应用举例19

8155应用举例例6-2：如图6-9所示，每秒从A口读入一次数据送B口。参考程序如下：

ORG 0100HSTART：MOVDPTR，#7F00H ；DPTR指向命令寄存器地址

MOVA，#02H ；命令字00000010B，A口输入，B口输出

MOVX @DPTR，A ；初始化8155LOOP： MOV DPTR，#7F01H ；DPTR指向A口地址

MOVX A，@DPTR ；从A口取数据

MOV DPTR，#7F02H ；DPTR指向B口地址

MOVX @DPTR，A ；送B口

ACALL DELAY ；调用1s延时（略）

SJMP LOOP END20

8155应用举例例6-3：如图6-9所示，要求端产生方波，且为TIMERIN端输入脉冲的30分频。参考程序如下：

ORG 0100HSTART：MOV DPTR，#7F04H ；送低8位计数值

MOV A，#1EH MOVX @DPTR，A INC DPTR ；送高6位计数值

MOV A，#40H ；设置M2M1=01，输出脉冲为连续方波

MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#7F00H ；启动计数器工作

MOV A，#0C0H ；设置工作方式控制字

MOVX @DPTR，A END21如图6-17所示，为6位共阳极LED显示器与8155的接口电路图。

8155应用举例例如：设在单片机内部RAM中设置6个显示缓冲单元50H~55H，存放6位需要显示的字符数据，用上述电路显示。22

8155应用举例参考程序如下：START：MOV A，#03H ；8155初始化

MOV DPTR，#7F00H MOVX @DPTR，A MOV R0，#50H ；显示数据缓冲区首地址送R0 MOV R3，#0FEH ；使显示器最右边位亮

MOV A，R3LOOP： MOV DPTR，#7F01H ；数据指针指向A口

MOVX @DPTR，A ；送字位码

INC DPTR ；数据指针指向B口

MOV A，@R0 ；取欲显示数据

ADD A，#0EH ；加上偏移量

MOVC A，@A+PC ；查得字形码

MOVX @DPTR，A ；送出显示

ACALL DL1 ；调用1ms延时子程序

INC R0 ；指向下一个显示数据地址

MOV A，R3 JNB ACC.5，ELD1 ；扫描到第六个显示器否？

RL A ；未扫描到，扫描码左移1位

MOV R3，A AJMP LOOPELD1： AJMPSTART23TAB： DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H，92H DB 82H，0F8H，80H，90H，88H，83H DB 0C6H，0A1H，86H，8EHDL1： MOV R7，#02H ；1ms延时子程序

DL： MOV R6，#0FFHDL6： DJNZ R6，DL6 DJNZ R7，DL RET

8155应用举例246.4键盘及接口电路键盘的种类独立式键盘矩阵式键盘256.4.1独立式键盘26独立式键盘典型设计程序

KEY：MOVA，#0FFH ；对P0口写“1”，为输入做准备

MOV P0，A MOV A，P0 ；输入按键状态

JNB ACC.0，KEY0 ；若K0按键按下，则转KEY0处理程序

JNB ACC.1，KEY1 ；若K1按键按下，则转KEY1处理程序

……276.4.2矩阵式键盘

28矩阵式键盘按键的识别1判断键盘上有无按键闭合消抖处理判别键号键的释放23429按键的识别方法扫描法反转法30键盘的程序设计编程扫描方式定时扫描方式中断扫描方式编程扫描方式是利用CPU的空闲时间，调用键盘扫描子程序，响应键盘的输入请求。通常利用单片机内部的定时器产生10ms定时中断，CPU响应中断对键盘进行扫描，响应键盘的输入请求。当按键按下时，列线中必有一个为低电平，经与门输出低电平，向单片机引脚发出中断请求，CPU执行中断服务程序，判断闭合的键号并进行相应的处理。31BEGIN: MOV P2,#0F0H ;P1口高四位置1 MOV A,P2 ;输入P1口数据

ANL A,#0F0H ;屏蔽低四位

CJNE A,#0F0H,DELAY;判断有没有键按下,若有调延时

aJMP RETU ;转返回DELAY:ACALL DEL10 ;10ms延时消除抖动

MOV A,P2 ;重新输入P1口数据

ANL A,#0F0H ;屏蔽低四位

CJNE A,#0F0H,PROG;再次判断是否真有键按下

aJMP RETU ;没有返回PROG:MOV R2,#04H ;向R2送行扫描次数

MOV R3,#01H ;向R3送行线初值SCAN: MOV A,R3 CPL A MOV P2,A ;输出第一行为低电平

MOV A,P2 ;输入扫描结果列线值

ANL A,#0F0H ;屏蔽低四位

CJNE A,#0F0H,FN ;判断是否为本行键,是转键值处理

MOV A,R3 RL A ;修改行线状态使下一行为低电平

MOV R3,A ;保存修改后的值

DJNZ R2,SCAN ;扫描次数减1,若没完成继续扫描

aJMP RETU32FN: CPLA ANLA,#0F0H ;A的高4位为键所在的列号

ADDA,R3 ;列号+行号得按键值

cjnea,#11H,NUM0movR4,#00HajmpRETUNUM0:cjnea,#21H,NUM1movr4,#01HajmpretuNUM1:cjnea,#41H,NUM2movr4,#02HajmpretuNUM2:cjnea,#81H,NUM3movr4,#03HAjmpretuNUM3:cjnea,#12H,NUM4movr4,#04HAjmpretuNUM4:cjnea,#22H,NUM5movr4,#05HAjmpretuNUM5:cjnea,#42H,NUM6movr4,#06HAjmpretuNUM6:cjnea,#82H,NUM7movr4,#07HajmpretuNUM7:cjnea,#14H,NUM8movr4,#08HajmpretuNUM8:cjnea,#24H,NUM9movr4,#09HajmpretuNUM9:cjnea,#44H,NUM10movr4,#10HAjmpretuNUM10:cjnea,#84H,NUM11movr4,#11HAjmpretuNUM11:cjnea,#18H,NUM12movr4,#12HAjmpretuNUM12:cjnea,#28H,NUM13movr4,#13HAjmpretuNUM13:cjnea,#48H,NUM14movr4,#14HAjmpretuNUM14:cjnea,#88H,RETUmovr4,#15H RETU: RET336.5显示器及接口电路LED

LCD

点阵显示器

显示器分类346.5.1LED数码显示器abcdefgdp共阴极共阳极cdedp12345678910abfgcomcomabcefabcdefgdpcomcomgdpdLED显示器原理35显示字形码7段发光二极管再加上一个小数点位，共计8段，提供给LED显示器的字形码正好1个字节，各字形码的对应关系如下：代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba36显示字形码cdedp12345678910abfgcomcomabcef代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba2（共阴）010110112（共阳）10100100dpdg5BHA4H37LED显示字形码表显示字符共阳极码共阴极码显示字符共阳极码共阴极码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H“灭”FFH00H880H7FH38LED显示方式

静态显示动态显示并口静态显示串口静态显示显示亮度强，无闪烁占用I/O资源较多所有LED的段选线共同连接在一起共用一个8位I/O口，而每个LED的位选分别由一根相应的I/O口线控制。动态扫描39并口静态显示40动态显示适用场合：当LED数码管位数较多时，为简化电路一般采用动态显示方式。什么是动态显示？所谓动态显示是一位一位轮流点亮每位显示器，在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮），但由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉，将出现多个字符“同时”显示的现象。

41动态显示用的数码管

二位一体四位一体42动态显示控制方法轮流向四个数码管送出字形码和相应的位选信号，让多位数码管依次被点亮，同时控制每个数码管点亮的时间，就可利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，实现动态扫描显示。43动态显示接口电路44实例编程实现4位一体共阳极LED数码管从左到右显示数字“1”、“2”、“3”、“4”。START：MOV P2，#0FEH ；送位码，使P2.0为低电平

MOV P0，#99H ；送“4”的字型码

LCALL DELAY1ms MOV P2，#0FDH ；送位码，使P2.1为低电平

MOV P0，#0B0H ；送“3”的字型码

LCALL DELAY1ms MOV P2，#0FBH ；送位码，使P2.2为低电平

MOV P0，#0A4H ；送“2”的字型码

LCALL DELAY1ms45

MOV P2，#0F7H ；送位码，使P2.3为低电平

MOV P0，#0F9H ；送“1”的字型码

LCALL DELAY1ms LJMP STARTDELAY1ms：MOV R6，#14H ；1ms延时子程序

DL1： MOV R7，#19H DJNZ R7，$ DJNZ R6，DL1 RET END466.5.2点阵显示器

47分类和结构单色、双色、三色共阴极与共阳极5×7、8×8、16×1648点阵的结构49显示原理点亮LED的方法：让LED所对应的Y线、X线加上高、低电平，使LED处于正向偏置状态。采用多行扫描的方式，实现动态效果。编程方法点阵显示器的造型表通常以数据码表的形式存放在程序中。使用查表指令“MOVCA，@A＋DPTR”或“MOVCA，@A＋PC”对其进行读取。点阵显示器常采用扫描法显示数字或字符造型。有两种扫描方式：行扫描和列扫描。50实例51实例528×8点阵显示屏

用P1口控制点阵显示器的行线，用P2口控制点阵显示器的列线。要求用8×8点阵显示器循环显示字母“0”。53参考程序

ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030HMAIN： MOV R1，#00H ；R1为字符的偏移值

MOV R3，#08H ；R3为扫描的列数

MOV R2，#0FEH ；R2为扫描初值GN1： MOV P2，#0FFH ；消隐

MOV DPTR，#TAB ；送字符表首址

MOV A，R1 ；取偏移值

MOVC A，@A+DPTR ；取字符表数据

MOV P0，A ；送显示

INC R1 ；下一个字符的偏移值

MOV A，R2 ；选通第1列

MOV P2，A LCALL DELAY ；调延时程序

RL A ；准备进行第2列扫描

MOV R2，A DJNZ R3，GN1 ；判断8次扫描是否

LJMP MAIN ；返回主程序起始处DELAY：略TAB： DB 00H，3CH，42H，81H，81H，42H，3CH，00H END546.5.3液晶显示器

液晶显示器内部是由液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件组合在一起构成一个整体，因此也称为液晶显示模块。55点阵字符型液晶显示模块LCD1602

外形

Vss：接地端。VDD：电源正极，+5V电压。VL：液晶显示偏压信号。RS：数据/命令寄存器选择端。高电平表示选通数据寄存器，低电平表示选通命令寄存器。R/W：读/写选择端。高电平表示读操作，低电平表示写操作。E：使能端，高电平有效。D0~D7：数据输入/输出端。BLA：背光源正极。BLK：背光源负极。56

LCD1602的控制命令

RSR/WED7D6D5D4D3D2D1D0功能00100000001清屏显示缓冲区的地址分配按16×2格式一一对应000102030405060708090A0B0C0D0E0F…27404142434445464748494A4B4C4D4E4F…67清屏光标归位RSR/WED7D6D5D4D3D2D1D0功能0010000001×光标归位57RSR/WED7D6D5D4D3D2D1D0功能001000001I/DS模式设定RSR/WED7D6D5D4D3D2D1D0功能00100001DCB开关控制模式设定RSR/WED7D6D5D4D3D2D1D0功能00100111000功能设定显示器开关控制功能设定58接口电路及编程方法

对LCD1602的编程分2步完成初始化：即设置液晶控制模块的工作方式，如显示模式控制、光标位置控制、起始字符地址等将待输出显示的数据传送出去VL用于调整液晶显示器的对比度。接地时，对比度最高；接正电源时，对比度最低。

596.6D/A转换D0~D7：8位数字量输入端CS：片选信号，低电平有效Rfb：反馈信号输入端，当采用电压输出时，可做为外部运算放大器的反馈电阻端。Vcc：数字电源输入引脚，+5~+15V。VREF：基准电压输入端，可在−10~+10V范围内调节。DGND、AGND：分别为数字地和模拟地。XFER：数据传送控制信号，低电平有效。IOUT1、IOUT2：电流输出引脚。D/A芯片：DAC0832608位DACDAC寄存器输入寄存器-+IOUT2IOUT1RfbVODI0～7AGNDILECS与与与WR1WR2XFERLE1LE2DAC0832内部结构ILE，WR1：控制输入寄存器

ILE=1，WR1=0时：直通

ILE=1，WR1=1时：锁存XFER，WR2：控制DAC寄存器

XFER=0，WR2=0时：直通

XFER=1orWR2=1时：锁存DAC0832有三种工作形式：直通、单缓冲、双缓冲。61DAC0832的工作方式直通方式单缓冲器方式双缓冲方式将输入锁存器和DAC寄存器的有关控制信号都置为有效状态，当数字量送到数据输入端时，不经过任何缓冲立即进入D/A转换器进行转换。将输入锁存器或DAC寄存器的任意一个置于直通方式而另一个受CPU控制，当数字量送入时只经过一级缓冲就进入D/A转换器进行转换。是输入锁存器和DAC寄存器分别受CPU控制，数字量的输入锁存和D/A转换分两步完成。当数字量被写入输入锁存器后并不马上进行D/A转换，当CPU向DAC寄存器发出有效控制信号时，才将数据送入DAC寄存器进行A/D转换。62DAC0832的输出方式DAC0832的输出方式为电流型输出型，若需要电压输出可使用运算放大器构成单极性输出或双极性输出。单极性输出双极性输出63DAC0832与89C51单片机的接口单缓冲工作方式参考程序如下：START：MOV DPTR，#7FFFH ；送DAC0832的地址

MOVA，#00H；装入待转换的数据LOOP：MOVX @DPTR，A；启动A/D转换

INC A AJMP LOOP在Vout端产生锯齿波信号输出64DAC0832与89C51单片机的接口双缓冲工作方式MOVDPTR，#0DFFFHMOV A，#data 1MOVX @DPTR，AMOV DPTR，#0BFFFHMOV A，#data2MOVX @DPTR，AMOV DPTR，#7FFFH MOVX @DPTR，A65串行D/A转换器MAX538SCLK

DIN

串行数据输入端

串行时钟输入端CS

片选信号输入端，低电平有效DOUT

串行数据输出端REFIN

参考电压输入端Vout

模拟电压输出端VDD

工作电源AGND

模拟地66MAX538与89C51单片机的接口

START：MOV R0，#31H；R0指向待转换数据高位的地址MOV R7，#02H；连续传送两个字节数据CLR P1.1；置MAX538片选有效LOOP： MOVR6，#08H；每字节传送8位MOV A，@R0 ；取待转换数据LOOP1：CLR P1.0 ；SCLK为低电平RLC A

MOV P1.2，C ；送数到DIN端

SETB P1.0 ；将数据送入内部移位寄存器

DJNZ R6，LOOP1DEC R0 ；准备下一字节数据

DJNZ R7，LOOPSETB P1.1 ；结束D/A转换

RET将存放在31H（高4位）、30H（低8位）单元中的12位待转换数据进行D/A转换

67数控电源制作硬件电路图绘制68硬件电路焊接序号元件名称规格数量189C51单片机AT89C51/AT89S511个2晶振12MHz立式1个3起振电容30pF瓷片电容2个4复位电容10μF16V电解电容1个5复位电阻10kΩ电阻1个6D/A转换器DAC08321个7放大器LM3581个8可调三端稳压器LM3171个9独立式按键按钮2个10DIP封装插座40脚、20脚、14脚各1个11万能板150×90mm1块69流程图

70程序设计

ORG0000H AJMPMAIN ORG0030HMAIN:MOVDPTR,#7FFFH;置DAC0832入口地址

MOVR0,#00H;置初时值SAO: JNBP1.0,JIA JNBP1.1,JIAN

AJMPSAOJIA: INCR0 MOVA,R0 CJNEA,#00H,SONG MOVR0,#0FFH MOVA,R0 AJMPSONG71程序设计JIAN:DECR0 MOVA,R0 CJNEA,#0FFH,SONG MOVR0,#00H MOVA,R0SONG:MOVX@DPTR,ALOP:MOVA,P1 CJNEA,#0FFH,LOP AJMPSAO END726.7A/D转换芯片及硬件电路A/D转换器的主要技术指标A／D转换时间分辨率转换精度完成一次模拟量变换为数字量所需时间转换器对输入电压微小变化响应能力的度量反映了一个实际A／D转换器在量化值上与一个理想A／D转换器进行模／数转换的差值73A/D转换芯片类型A/D转换器类型

常用的A/D转换器按照转换输出数据方式分为串行与并行两种，并行A/D转换器按原理可分为计数式、双积分式、逐次逼近式和并行式4种，目前常用的是双积分式和逐次逼近式转换器。双积分式：具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，但速度较慢，经常应用于对速度要求不高的仪器仪表中。如MC14433和ICL7136等。逐次逼近式：在精度、速度和价格上都适中，是目前最常用的A／D转换器。典型芯片有8位MOS型ADC0801~ADC0805、8位CMOS型ADC0808/0809和ADC0816/0817等。74A/D转换芯片ADC0809

ADC0809的引脚与结构地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-75A/D转换芯片地址锁存与译码8位A/D转换器输出锁存与缓冲IN0IN1IN2IN3IN4IN5D0D1D2D3D4D5D6D7IN6IN7ADDBADDAADDCALEOESTARTEOCVref+Vref-IN0～IN7：8路模拟量的输入端。D0～D7：A／D转换后的数据输出端，为三态可控输出，可直接与计算机数据线相连。ADDA、ADDB、ADDC：地址线。用于对模拟通道进行选择。ALE：地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。VREF(十)、VREF(一)：基准参考电压，其值决定了输入模拟量的量程范围。EOC：转换结束信号，高电平有效，表示一次A／D转换已完成。可作为中断触发信号，也可用程序查询的方法检测转换是否结束。START：为启动转换信号，正脉冲有效。此信号通常与系统信号相连，控制A／D转换器的启动。OE：输出允许信号，高电平有效。当计算机发出此信号时，ADC0809的三态门被打开，此时可通过数据线读到正确的转换结果。76ADDCADDBADDA选择的通道ADDCADDBADDA选择的通道000IN0100IN4001IN1101IN5010IN2110IN6011IN3111IN7ADC0809通道选择地址状态与通道相对应的关系表77硬件电路ADC0809与89C51的连接78ADC0809软件设计启动A/D转换：MOVX@DPTR,A等待A/D转换:延时程序、中断方式、查询方式读取A/D转换结果MOVXA,@DPTR79ADC0809应用实例例如：在上述电路的测控系统中，巡回检测一遍8路模拟量输入，将读数依次存放在片外数据存储器A0H～A7H单