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1、第六章 89C51单片机的系统扩展,6.1 89C51单片机的总线结构 6.2 单片机外部存储器的扩展 6.3 并行接口的扩展 6.4 键盘及其接口电路 6.5 显示器及其接口电路 6.6 D/A转换接口 6.7 模/数转换接口,下一页,返回,第六章 89C51单片机的系统扩展,6.8 串行通信的常用标准接口 6.9 I2C总线扩展 实训七 秒表的设计 实训八 88点阵显示屏 实训九 波形发生器 实训十 89C51单片机与PC通信 本章小结,上一页,返回,6.1 89C51单片机的总线结构,6.1.1 单片机系统总线结构 单片机外部并行扩展以单片机为核心，通过系统总线挂接存储器芯片或I/O接口
2、芯片来实现。挂接存储器芯片就是存储器扩展，挂接I/O接口芯片就是I/O扩展。扩展系统总线结构如图6-1所示。 由于89C51单片机引脚数量有限，外部没有独立的总线，只能利用I/O端口实现总线构成。 1. 地址总线（Address Bus，AB） 地址总线用于传送单片机发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O端口的选择。地址总线的位数决定了可访问存储器或I/O口的容量。89C51单片机有16条地址线，所以能寻址64KB空间。,下一页,返回,6.1 89C51单片机的总线结构,89C51单片机数据总线为8位，由P0口提供。在数据总线上可以连接多个外围芯片，但在某一时刻只能有一个有效的数据传送通道。
3、 3. 控制总线（Control Bus，CB） 控制总线实质上是一组控制信号线，用于协调单片机与外围芯片之间的联系。在89C51进行系统扩展时所用到的控制信号主要包括：地址锁存允许信号ALE、读片外程序存储器选通信号、片外程序存储器选择信号、外部数据存储器读/写信号、等。 6.1.2 单片机外部扩展方法,上一页,下一页,返回,6.1 89C51单片机的总线结构,各种外围接口电路与单片机相连都是利用三总线实现。方法如下： 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89C51的P0口相连，高8位地址线与89C51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
4、连。 外围芯片的片选信号也接至地址总线。常有3种接法： 接至89C51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。,上一页,下一页,返回,6.1 89C51单片机的总线结构,接至89C51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。 将片选信号直接接地。 2. 数据线的连接 外围芯片的数据线可直接与89C51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89C51的部分控制总线相连。,上一页,返回,6.2 单片机外部存储器的扩展,6.2.1 程序存储器的扩展 单片机扩展的程序存储器
5、一般采用只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、紫外线可擦除的只读存储器（EPROM）、电可擦除的只读存储器（E2PROM）及闪速只读存储器（Flash E2PROM）等类型的存储器。由于电可擦除的只读存储器E2PROM可以在线重复擦写，使用方便，已成为程序存储器应用的主流产品。这里以Intel公司的产品2864为例，介绍程序存储器的扩展方法。 2864为8KB E2PROM，维持电流为60mA，典型读出时间为200350ns，字节编程写入时间为1020ms，,下一页,返回,6.2 单片机外部存储器的扩展,单一+5V供电。引脚结构图如图6-2所示。其中，D0D7为数据线，A0A12
6、为地址线， 为写信号端， 为读信号端， 为片选信号端。它既可作程序存储器用，也可作数据存储器用。 89C51扩展一片2864作程序存储器的电路如图6-3所示。从图中可知， 2864的D0D7与89C51的P0口直接相连，作数据总线；89C51的P0口经锁存器74LS373接至2864的低8位地址线A0A7，剩余地址线A8A12接至P2.0P2.4，2864的 端接至89C51的P2.7；89C51的ALE接至74LS373的G端， 接至 。其中74LS373为8位D锁存器，三态输出。当控制端G为高电平,上一页,下一页,返回,6.2 单片机外部存储器的扩展,时，将锁存器输入端信号1D8D送出至输
7、出端1Q8Q，当G端为下降沿时，锁存器将输入信号锁存到输出端，维持不变。 6.2.2数据存储器的扩展 单片机扩展的数据存储器一般采用静态随机存储器SRAM实现。这里以6264芯片为例，介绍数据存储器的扩展方法。 6264芯片是8K SRAM，其引脚分配图如图6-4所示。 6264芯片与89C51单片机的互连如图6-5所示。由图可知，89C51扩展程序存储器和扩展数据存储器在地址线和数据线的连接上完全相同 ，区别仅在于读写信号的连接。数据,上一页,下一页,返回,6.2 单片机外部存储器的扩展,存储器的扩展电路中，89C51的 端接至6264的 端， 端接至 。 6.2.3存储器地址编码 存储器的
8、容量和存储器地址空间是两个不同的概念。容量是存储器芯片的一个固有参数，它表示存储器芯片存储信息的能力。而地址空间是一个地址概念，它与存储器芯片在系统中的位置有关，它不是固定不变的。存储器芯片所占据的地址空间位置主要与单片机地址线的连接方式有关。存储器芯片在系统中的地址分布是由两个因素决定的，第一个因素是芯片本身的地址线（它与芯片的容量有关）。,上一页,下一页,返回,6.2 单片机外部存储器的扩展,例如SRAM6264为8KB容量，它有13根地址线，这些地址线接至单片机的低位地址时，则它的地址空间是： 这里的地址00001FFFH对于6264芯片来说，并没有完全确定下来。因为89C51可寻址的最
9、大空间为64KB。这块芯片占据了哪个2KB地址范围呢？可通过片选信号或的连接来确定。,上一页,下一页,返回,6.2 单片机外部存储器的扩展,图6-5中，6264芯片的 端与P2.7（A15）相连。当P2.7（A15）为0时，表示选中该芯片，则6264的地址范围是（设其他空闲地址线状态均输出1）： A15 A14 A13 A12A0 地址 最低地址 0 1 1 0 0 6000H 最高地址 0 1 1 1 1 7FFFH 总之，直接与存储器芯片地址线相连的单片机地址线用于分辨芯片内部的存储单元，而接入片选端的地址线，则用于确定芯片在64KB地址空间中的位置。在编程时，通过P0口和P2口送出相应的
10、地址信号，就能实现CPU对存储器的正确访问。,上一页,返回,6.3 并行接口的扩展,在89C51系列单片机扩展的应用系统中，P0口和P2口常用来作为外部存储器及扩展I/O接口的地址线，而不能作为单纯的I/O接口使用；只有P1口及P3口的某些位可直接用做I/O口。因此，单片机提供给用户的I/O接口线并不多，对于复杂一些的应用系统都需要进行I/O接口的扩展。 扩展I/O端口的方法主要有两种，一种是利用数据缓冲器或数据锁存器构成简单的并行I/O接口，如74LS244、74LS373、74LS273、74LS377等；另一种是利用可编程专用芯片扩展I/O接口，如8255或8155。 6.3.1 并行I
11、/O口的简单扩展,下一页,返回,6.3 并行接口的扩展,在单片机应用系统中，常采用TTL电路或CMOS电路构成的缓冲器或锁存器扩展各种I/O接口。单片机将外部扩展的I/O接口和片外数据存储器统一编址，每个扩展的I/O接口均相当于一个扩展的外部数据存储器单元，对扩展I/O接口的读/写操作采用MOVX指令，并用 和 做为输入/输出控制。 将TTL芯片用做输入或输出接口时，要求接口电路具有三态缓冲或锁存选通功能。当传送数据的保持时间较长时，可用三态门扩展8位并行输入接口。当传送数据保持时间较短时，应采用锁存器扩展8位并行输入接口。为了增加抗干扰,上一页,下一页,返回,6.3 并行接口的扩展,能力，可
12、采用带允许控制端的锁存器作输出接口。如图6-6所示为常用的I/O接口芯片。表6-1列出了它们的真值表。 如图6-7所示为一个简单的I/O扩展电路，由74LS244作为输入口，74LS273作为输出口，将输入的按键状态通过发光二极管显示出来。 从图6-7中可见，P0口为双向口，既能从74LS244输入数据，又能将数据传送给74LS273输出。输入控制信号由P2.7和 经或门合成一负脉冲信号，选通74LS244，将外部开关状态输入单片机的输入口。输出控制信号由P2.7和经或门合成负脉冲的上升沿（后沿）信号，将P0口数据输出送到74LS273的数据输出端控制发光二极管的亮灭。,上一页,下一页,返回,
13、6.3 并行接口的扩展,输出和输入都是在P2.7为低电平时有效，因此74LS273、74LS244的接口地址都是7FFFH，由于分别采用和信号控制，不会发生读写冲突。如果系统中还有其他扩展接口电路，应考虑将其地址空间区分开来，以防止地址重叠。 在选择触发器或锁存器作为接口芯片时，应注意芯片的不同特点。触发器采用边沿触发传送数据，锁存器采用电平触发传送数据。如作为锁存器的74LS373是高电平有效；而作为触发器的74LS273是脉冲的上升沿有效。 6.3.2 8155可编程接口芯片,上一页,下一页,返回,6.3 并行接口的扩展,8155芯片是单片机应用系统中广泛使用的可编程接口芯片之一，包含2个
14、8位I/O并行接口和1个6位I/O并行接口，一个14位的减1定时/计数器及256字节片内RAM。结构及引脚如图6-8所示。 1. 引脚说明 8155芯片为40引脚双列直插式芯片，如图6-8（b）所示。 各引脚功能如下： PA0PA7：A口输入/输出线。 PB0PB7：B口输入/输出线。 PC0PC5：C口输入/输出线。,上一页,下一页,返回,6.3 并行接口的扩展,AD0AD7：三态地址/数据复用线，可以直接与89C51单片机的P0端口连接，地址锁存允许信号ALE的下降沿将8位地址锁存在8155内部地址锁存器中，该地址既可做存储器的低8位地址，也可做为I/O接口的通道地址，具体功能由输入的IO
15、/ 信号的状态决定。 RESET：复位信号线，高电平有效，复位后三个I/O接口为输入方式。 ALE：地址锁存允许信号线，下降沿有效，可直接与89C51单片机的ALE相连。 ：片选信号线，低电平有效。,上一页,下一页,返回,6.3 并行接口的扩展,IO/ ：I/O口和片内RAM选择信号线。当IO/ =1时，选择I/O口；当IO/ =0时，选择读写片内RAM。 ：写选通信号线，低电平有效。 ：读选通信号线，低电平有效。 TIMER IN：定时/计数器时钟输入端。 ：定时/计数器脉冲输出端。 VCC：+5V电源输入端。 GND：接地端。 2. 8155端口及内存地址分配 8155内部有7个寄存器，需
16、要三条地址线，端口地址分配见表6-2。,上一页,下一页,返回,6.3 并行接口的扩展,3. 8155命令/状态寄存器 8155的使用必须先定义后使用，即对命令寄存器写入相应的控制数据，以实现8155不同的工作方式。8155的命令寄存器与状态寄存器处于同一地址单元，前者只能写入控制信号，后者只能读出状态信息。 8155的命令寄存器由8位锁存器组成，将工作方式控制字写入命令寄存器内，可设定8155的工作方式并实现对中断和定时/计数器的控制，工作方式控制字共有8位，定义如下：,上一页,下一页,返回,6.3 并行接口的扩展,PB、PA：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。 PC2、PC1：控制端口工作方式，见表6-3。 TM2、TM1：控制定时/计数器工作方式，见表6-4。 IEB、IEA：控制端口B与A的中断。“0”为禁止中断；“1”为允许中断。 在不同工作方式下，C口各位的功能不同，通过对C口的各位进行编程，实现A口、B口在选通工作方式下的控制信号，见表6-5所示。
