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1、MCS-51单片机的系统扩展及应用,通过地址总线、数据总线和控制总线实现系统的扩展 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,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,1，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。2，当使用外部存储器来扩展系统时，必须占用单片机的P0、P2口作为外部电路的数据、地址总线。此时，P0、P2
2、口就不能作为通用的I/O端口。3，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 Psen,CE A14: A8 A7 O7: : : : A0 O0OE,D7 Q7D0 Q0 CP,2725632K ROM,MCS-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,访问外部程序存储器ROM的时序:,A15-A8(PC),A7-A0,OP,A7-A0,常数,存储
3、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,S1,S2,S6,S5,S4,S3,373地址锁存信号 ALE,A15-A8 (DPTR+A),MOVC A,A+DPTR,A 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,P0、P2口作地址和数据总线。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。 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
4、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。 74LS373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),如何使用两片32K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 O0O7,74LS373,由两片32K的ROM构成64K存储阵列与A15的 关系表,外部ROM的容量扩展原理(二
5、),若需要对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 O0O7,74LS373,C y7 B A0 y,/CE1A12 A8 A7 8K8A0/OE1 O0O7,/CE7A12 A8 A7 8K8A0/OE1 O0O7,MCS51,74LS138,采用LS138译码器实现ROM扩展示意表,小结：,1，单片机的P0、P2口作为地址数据总线； 2，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。 3，外接ROM是靠MOVC指令产生的Psen
6、信号来打开数据三态门，使ROM中的指令通过P0口送入单片机内部。 4，存储器的容量M与其地址线条数n的关系：M=2n 5，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。 6，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）。 7，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,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 通常的指示灯电路是使用发光二极管，接法如下：
7、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,“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30mA的拉电流和灌电流。单对于大多
8、数IC电路，最好还是使用“灌电流”去推动负载。,Px.y,Vdd,Px.y,Vdd,Vdd,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）,按键是人机会话的一个重要的输入工具。 常用按键举例 复位按键 功能转换按键 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。,按键接口设计（二）
9、,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： 单片机的复位分为上电复位和按钮复位。 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。 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：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。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）,数据输入键是最常用的一种键盘： 上图所示的按键主要是实现了按
10、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。 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。 八段LED 显示器由8 个发光二极管组成。 LED 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）,共阴与共阳的内部电路如下图所示：,数码管（三）,由图可以看出，共阳和共阴结
11、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) 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： 1.静态显示 2.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，但它具有编程简单，显示稳定，CPU 的效率较高
12、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,Vcc,BCD码 0000 0001 0010 0011 0100,返回,数码管（五）,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。 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，则取决于COM 端，而这一端是由I/O 口控
13、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）,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。,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）,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
14、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）,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。 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。 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）,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）,串口通信的验证方法：在程序中发送一个字符，然后通过计算机上的串口调试助手显示出来，如果显示的与发送的一致，则串口就调试成功。,AD转换,温度传感器,IIC总线,LCD液晶,最小系统板,简单的AD转换电路设计（一）,AD转换就是要将模拟信号量，转换为数字信号量。可以用TLC0832来实现AD转换。 TLC0832是一种最简单的A/D转换器件，有2路模拟量输入通道。 芯片引脚如右图所示： DI为控制信息的输入端。 DO为数据输出端。 CH0,CH1为模拟量输入通道。 CLK为时钟端。 CS为选通信号端（低有效）。,
