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1、MCS-51单片机的系统扩展及应用n通过地址总线、数据总线和控制总线实现系统 的扩展n介绍外围电路的扩展3.1：程序存储器的扩展 3.2：数据存储器的扩展 3.3：指示小灯3.4：按键扩展 3.5：数码管应用 3.6：A/D转换器接口 3.7：温度传感器接口 3.8：IIC电路扩展3.9：液晶电路51单片机程序存储器数据存储器数码管显示键盘电源模块 指示灯AD转换温度传感器IIC总线LCD液晶最小系统板外扩3.1：程序存储器ROM的扩展n1，在使用8031（无片内ROM）或大于4K程序存储器时 ，必须通过外接ROM来构成、扩充系统的程序存储区。n2，当使用外部存储器来扩展系统时，必须占用单片机
2、的 P0、P2口作为外部电路的数据、地址总线。此时，P0、 P2口就不能作为通用的I/O端口。n3，在系统扩展时，外部电路与单片机连接的依据是单片 机访问外部存储器的时序，所以正确的理解时序是硬件电 路设计的关键。MCS-51与32K ROM的连接P2.7 : : : P2.0 P0.7 : : : P0.0 ALE /EA PsenCE A14: A8 A7 O7: : : : A0 O0OED7 Q7D0 Q0CP2725632K ROMMCS-51/CE = P2.7(A15)返回前一次完整的地址 信号外部ROM的状态与地址线A15的关系表ROM引脚/CEA14A8A7A0地址范围ROM
3、工作 状态单片机引脚A15P2口P0口 0 000000000 1111111100000000 111111110000H 07FFH选中1 100000000 1111111100000000 111111118000H FFFFH未选中访问外部程序存储器ROM的时序:A15-A8(PC)A7-A0OPA7-A0常数存储器数据输出控制 /Psen地址总线（高八位）P2口地址数据总线（低8位）P0 口S1S2S6S5S4S3373地址锁存信号 ALEA15-A8 (DPTR+A)MOVC A,A+DPTRA B转电路图返回前一次（参考讲义70页）片外存储器访问时序说明nP0、P2口作地址和数
4、据总线。其中P0口作为地址和数据复 用总线，前半部（A段）作地址总线，后半部（B段)作为 数据总线。n外部程序存储器ROM的操作步骤如下：1，单片机必须为其提供完整的（15位）地址信息；2，ROM芯片的/CE 端=0，选中该芯片；3，在满足上述条件的基础上，当ROM的/OE=0时（B时 间段），存储器输出数据的三态门打开，并将与输入地址 相对应的存储单元中的指令（数据）向外输出，单片机通 过P0口将指令送至CPU 内部。n74LS373锁存器:将A时间段P0口输出的低位地址进行保存 ，使ROM在B时间段仍然可以得到完整的地址信号。转电路图转时序图外部ROM的容量扩展原理(一)n如何使用两片32
5、K的ROM芯片扩展为64K的存储阵列。A15P2口MCS - 51 P0口ALE /EA Psen/CE2 A14A8A7A0/OE2 O0O7/CE1 A14A8A7A0/OE1 O0O774LS373由两片32K的ROM构成64K存储阵列与A15的 关系表A15 /CEA14A8 P2口A7A0 P0口地址范围ROM1工作 状态ROM2工作 状态0 000000000 1111111100000000 111111110000H 07FFH选中未选中1 100000000 1111111100000000 111111118000H FFFFH未选中选中外部ROM的容量扩展原理(二)n若需
6、要对2片以上的芯片扩展，可以通过译码电路实现。P2.7 P2.6 P2.5P2.4 P2.0P0口ALE Psen/CE0A12 A8 A78K8A0/OE1 O0O774LS373C y7 B A0 y /CE1A12 A8 A7 8K8A0/OE1 O0O7/CE7A12 A8 A7 8K8A0/OE1 O0O7MCS5174LS138采用LS138译码器实现ROM扩展示意表P2.7P2.5138 输输出选选中 ROMP2.4P0.0有效地址范围0 0 0Y0=0第1片0000H1FFFH0000H1FFFH0 0 1Y1=0第2片0000H1FFFH2000H3FFFH0 1 0Y2=0
7、第3片0000H1FFFH4000H5FFFH0 1 1Y3=0第4片0000H1FFFH6000H7FFFH1 0 0Y4=0第5片0000H1FFFH8000H9FFFH1 0 1Y5=0第6片0000H1FFFHA000HBFFFH1 1 0Y6=0第7片0000H1FFFHC000HDFFFH1 1 1Y7=0第8片0000H1FFFHE000HFFFFH小结：n1，单片机的P0、P2口作为地址数据总线；n2，P0口为数据、地址复用总线，所以必须加入八位锁 存器74LS373来锁存P0口的低八位地址。n3，外接ROM是靠MOVC指令产生的Psen信号来打开数 据三态门，使ROM中的指令
8、通过P0口送入单片机内部。n4，存储器的容量M与其地址线条数n的关系：M=2nn5，当使用两片ROM扩展时，可以使用一个反向器实现容 量的扩展，通过ROM芯片的/CE端实现。n6，当使用2片以上的ROM芯片扩展时，就要使用译码器 实现存储容量的扩展，译码器的输入与高位地址相连接 ，输出端分别与各ROM芯片的/CE连接（如图所示）。n7，当外接ROM的高八位地址线与P2口高八位线没有完全 用足时，要注意外存储的地址重叠问题。返回51单片机程序存储器数据存储器数码管显示键盘电源模块 指示灯AD转换温度传感器IIC总线LCD液晶最小系统板指示灯电路（一）一、电源指示灯n通常的指示灯电路是使用发光二极
9、管，接 法如下：n当电源正常工作时发光二极管就正常显示 1.6.5 并行端口在使用时应注意的几个问题n“拉电流”还是“灌电流”-与大电流负载的连接(我们以美国ATMEL公司生产的AT8951为例)1, 使用灌电流的方式与电流较大的负载 直接连接时, 端口可以吸收约20mA的电流而保 证端口电平不高于0.45V（见右上图）。2,采用拉电流方式连接负载时， AT89C51所能提供“拉电流”仅仅为80A，否 则输出的高电平会急剧下降.如果我们采用右下 图的方式，向端口输出一个高电平去点亮LED ，会发现，端口输出的电平不是“1”而是“0”！当然，不是所有的单片机都是这样，PIC 单片机就可以提供30
10、mA的拉电流和灌电流。 单对于大多数IC电路，最好还是使用“灌电流” 去推动负载。Px.yVddPx.yVddVdd灌电流方式 输出”0”点 亮LED拉电流方式 输出高电平 点亮LED返回指示灯电路(二) 二、端口指示灯 可以将某一I/O口的输出端接在三极管 的基极，如下图的接法（当LED0端的输入为 高电平时，三极管饱和导通，此时三极管消耗 功率最小，LED亮）实现指示灯电路。按键接口设计（一）n按键是人机会话的一个重要的输入工具。 常用按键举例n复位按键n功能转换按键n数据输入键盘复位按键：对于MCS51系列单片机的 复位引脚RST上只要出现10ms以上的高电 平，单片机就会实现复位。按键
11、接口设计（二）以下是一个典型的复位电路设计图：按键接口设计（三）复位电路的设计：n单片机的复位分为上电复位和按钮复位。n上电复位是指单片机在加电瞬间，要在 RST引脚上出现大于10ms的正脉冲，使单 片机进入复位状态。n按钮复位是指用户按下“复位”按钮，使单片 机进入复位状态。按键接口设计（四）功能转换按键：n此类按键主要是当I/O口用作多种用途时，可以使 用此类按键可以实现同一I/O口的复用。n 如图所示：SW DIP-8的引脚18可以接某一 I/O口，当按键开关在不同的位置可以控制不同的 外部接口 按键接口设计（五）数据输入键盘按键接口设计（六）n数据输入键是最常用的一种键盘：n上图所示的
12、按键主要是实现了按键按下之 后，对应S0,S1,S2,S3分别由按下之前的 高电平变为低电平，从而实现了输入由1到 0的变化。此类按键一般需要对其进行编码 和确定键值。n当然还有其他种类的键盘，这里就不再一 一列举，希望我们用的时候自己总结。 数码管（一）在单片机系统中，通常用LED 数码显示器 来显示各种数字或符号。 n八段LED 显示器由8 个发光二极管组成。 nLED 显示器有两种不同的连接形式：一种 是8 个发光二极管的正极连在一起，称之 为共阳极LED 显示器；另一种是8 个发光 二极管的负极连在一起，称之为共阴极 LED 显示器。 数码管（二）n共阴与共阳的内部电路如下图所示：数码
13、管（三）n由图可以看出，共阳和共阴结构的LED 显 示器各笔划段名的安排位置是相同的，当 二极管导通时，相应的笔划段就发亮，由 发亮的笔划段组合而显示出各种字符(ag 是7个笔段电极，DP为小数点)n需要注意的是：对于同一个字符的编码， 共阴和共阳接法对应的编码是不一样的， 两者互为反码。数码管（四）数码管显示器的显示常采用两种方法：n1.静态显示n2.动态扫描显示 静态显示：就是把多个LED 显示器的每一段 与一个独立的并行口连接起来，而公共端则 根据数码管的种类连接到“VCC”或“GND”端 。 这种方法当显示位数较多时单片机中I/O 口 的开销很大，需要提供的I/O 接口电路也较 复杂，
14、但它具有编程简单，显示稳定，CPU 的效率较高的优点。静态LED数码显示电路（共阳极）七段译码器 七段译码器 七段译码器 七段译码器 七段译码器VccBCD码 0000 0001 0010 0011 0100返回数码管（五）n由于静态显示占用的I/O 口线较多，CPU 的开销很大，所以为了节省单片机的I/O 口线，常采用动态扫描方式来作为LED 数 码管的接口电路。 n动态显示的接口电路是把所有LED的8 个笔 划段ag，dp 同名端连在一起，而每一个 显示器的公共极COM 端与各自独立的I/O 口连接。当CPU 向字段输出口送出字形码 时，所有显示器接收到相同的字形码，但 究竟是那个显示器亮
15、，则取决于COM 端， 而这一端是由I/O 口控制的，所以我们就 可以自行决定何时显示哪一位了。数码管（六）n当用电平依次选通DS1,DS2,DS3,DS4时， 同时输入相应位的码段数据，这样就是动态 扫描的显示过程，只要扫描的频率不小于 25Hz，由于人眼的视觉停留特性，就不会感 觉闪烁，看起来是4位数码管同时发光的效果 。 51单片机程序存储器数据存储器数码管显示键盘电源模块 指示灯AD转换温度传感器IIC总线LCD液晶最小系统板串行传输口设计（一）n串口是计算机上一种非常通用设备通信协 议。串口通信的概念简单，串口按位发送 和接收字节。尽管比按字节传送的并行通 信慢，但是串口可以在使用一
16、根线发送数 据的同时用另一根线接收数据。串口的通 信要遵循固定的协议，比如通信两设备间 要有相同的波特率，要设定所传输的数据 位个数，还有是否要用奇偶位、校验位及 停止位。串行传输口设计（二）n串口用于ASCII码字符的传输，通信使用3 根线完成：（）地线，（）发送，（ ）接收。n对于单片机，它本身就有一个串口通 信的接口，RXD与TXD，分别对应P3.0与 P3.1引脚。n要实现串口的通信，并不是直接将P3.0与 P3.1的线接出来，而是需要有一个器件MAX232。 串行传输口设计（三）n由于单片机接口输出的是TTL电平，而 串口通信需要RS232电平，所以要用 MAX232来实现TTL电平与RS232电平的 转换。如下图所示：串行传输口设计（四
