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1、单片机原理及接口技术（第四、五章）学习要点班 级：计11、计12 任课教师：柴文妍（tel: 62786590 E-mail:）第四章 MCS-51 单片机的系统扩展本章主要介绍51系列单片机系统扩展问题，在本章中要研究较多的硬件方面及硬软结合方面的问题，本章与第一章关系密切，在学习本章内容之前，要先明确51系列单片机本身的系统资源（可先复习一下第一章的有关单片机硬件组成方面的内容-存储器、定时器、I/O口、中断系统等）。经过本章内容的学习，同学们要掌握以下一至三点并要了解第四点：一.系统扩展的含义-单片机中虽然已经集成了CPU、I/O口、定时器、中断系统、存储器等计算机的基本部件（即系统资源
2、），但是对一些较复杂应用系统来说有时感到以上资源中的一种或几种不够用，这就需要在单片机芯片外加相应的芯片、电路，使得有关功能得以扩充，我们称为系统扩展（即系统资源的扩充），系统扩展需要解决的问题是单片机与相应芯片的接口电路连接（即地址总线、数据总线、控制总线的连接）与编程-见教材p70本章开头部分。二.单片机的地址总线和数据总线 -51系列单片机没有专用的对外地址总线和数据总线，其P0口和P2口既是通用I/O口，同时P0口还是双向数据总线和低8位地址总线（分时复用），而P2口则是高8位地址总线。 三.系统扩展举例-单一功能的系统扩展（仅考虑一种资源的扩展）、综合功能的扩展（两种以上系统资源的同
3、时扩展）。1.单一功能的系统扩展：存储器（程序存储器、数据存储器、E2PROM）的扩展、定时器的扩展、外部中断源的扩展等。 （1）存储器的扩展（a）程序存储器的扩展（见教材p7172，图4.1、4.2）-这是一个一定要弄懂的系统扩展问题举例，只要把它搞清楚，别的扩展问题都好懂了，在这里要搞清以下几个问题： .程序存储器的作用-存放程序代码或常数表格.扩展时所用芯片 - 一般用只读型存储器芯片（可以是EPROM、E2PROM、FLASH芯片等），本例中使用的存储器芯片是2732（EPROM）。2732是4K字节容量的紫外线可擦除的只读存储器芯片，它有12根（212=4K）地址线引脚，8位（一字节
4、）数据线引脚，此外还有片选引脚、读/编程控制引脚、电源、地等其引脚功能见下表及图。A7 VccA6 A8A5 A9A4 A11A3 OE/VPPA2 A10A1 CE A0 O7O0 O6O1 O5O2 O4GND O3 2732引脚功能 A0A11地址线CE选片OE/Vpp输出允许/编程电源O0O7数据线 2732引脚功图 .扩展电路连接-实际上简单地说就是单片机与存储器芯片之间三总线的连接（即地址总线、数据总线、控制总线的连接）： 8031 2732数据总线的连接：P0.0P0.7（数据总线） O0O7 地址总线的连接：P0.0P0.7（地址总线低8位） 经过锁存器373 A0A7P2.0
5、P2.3（地址总线高8位中的4位） A8A11控制总线的连接：PSEN（程序存储器允许，即读指令） OEALE（地址锁存允许） 接373的使能端G 其中地址总线低8位的连接是经过一透明锁存器373的，373的功能是当其G端为高电平时，其输出端Q0Q7的状态等于输入端D0D7的状态，当G端为低电平时，不论D0D7的状态是什么，Q0Q7的状态维持原状态不变。请思考：请同学们结合图4.1来分析图4.2中373的作用，并说明没有它行不行？为什么？.存储器地址分析-当单片机从扩展的程序存储器中取指令时，先从P2口和P0中输出该指令的存放地址，经过2732的A0A11指向某一存储单元，然后在PSEN有效期
6、间（使2732的OE低电平）从该单元中取出指令码由2732的O0O7经单片机P0口送回，我们现在来分析以下究竟单片机输出什么地址值时，可以指向2732的4K单元中的0号单元，1号单元，2号单元，4K-1号单元，也即按照上面电路扩展的4K存储器的地址范围是多少？8031 P2.3 P2.0 P0P0.0 (2732 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0) 选中单元 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0（0000H） 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1（0001H） 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0（0002H） 20
7、0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1（0003H） 30 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0（0004H） 4 . . . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1（0FFFH） 4K-1可见，当单片机输出地址0000H0FFFH时，选中2732的04K-1号单元，即按照上面电路扩展的4K存储器的地址范围是0000H0FFFH（共4K字节）。 （b）数据存储器的扩展（见教材p7274，图4.3、4.4、4.5）-分析过程与程序存储器扩展类似，要注意的是：.此处存储器芯片为可读可写的静态RAM芯片，有读写控制引脚OE和WE。.单片机输出的对数据存储器的读写控制信号分别是RD（
8、而不再是读程序存储器时的PSEN）和WR。（c）E2PROM的扩展（见教材p7576，图4.7、4.8、4.9）-分析过程与前面类似，要注意的是：.此处存储器芯片为电可擦除的E2PRAM芯片，也有读写控制引脚OE和WE。.图4.9中单片机输出的二个读控制信号PSEN（对程序存储器）和RD（对数据存储器）经过了一个与门后接到E2PRAM芯片的OE。请思考：什么情况下图4.9中的与门输出低电平，使E2PRAM的内容可以被读出，读出的是什么方面的内容？图中扩展的E2PRAM是外部数据存储器？外部程序存储器？两者都扩展了？ （2）外部中断源的扩展（见教材p8586，图4.22、4.23）-51系列单片
9、机有两个外部中断源（INT0、INT1），中断源的扩展可用与存储器扩展类似的方法，外接中断控制芯片（如8259）来进行扩展；也可以利用单片机中的定时器T0、T1来扩展（见第一章习题1.20）；还可以外接门电路配合相应的查询软件进行简单的扩展。这里我们研究最后一种方法。要注意的是：.图4.22中的非门是OC（即集电极开路）门，图中的电阻是这些非门的上拉负载电阻，注意只有OC门才可以象图中那样采取线与方式连接。.此处是将一个外部中断源（INT0）扩展成了4个（ITS1ITS4），同理还可以将INT1进行扩展。.由于经过一级反相，这4个中断源是上升沿或高电平引起中断。.不管这4个中断源中的哪一个或哪
10、几个申请中断，都是通过INT0申请中断，因此处理程序入口地址只有一个即INT0的入口地址（0003H）。请思考：查询软件的作用是什么？没有它行不行？2.综合功能的扩展：使用具有综合功能的芯片、使用多个芯片扩展。（1）综合功能芯片扩展（见教材p8692，图4.24、4.25、4.26）-在这部分内容中，主要研究使用具有综合功能的可编程芯片8155来同时扩展单片机的I/O口、定时器、外部数据存储器RAM。需要搞清以下几个问题：.了解8155芯片的内部结构、引脚功能- 8155是一个多功能的芯片，它的片内具有256字节的静态RAM、三个可编程选择工作方式的并行I/O端口（2个8位口、一个6位口） 、
11、1个14位的可编程选择工作方式的减法计数器、1个地址锁存器，因此外接一片8155，就相当于综合扩展了数据存储器、I/O口、定时器/计数器。8155的引脚功能见下表及图4.24。 8155引脚功能 PA0PA7端口A的I/O线（8位，接外设）PB0PB7端口B的I/O线（8位，接外设）PC0PC5端口C的I/O线（6位，接外设）AD0AD7三态地址/数据复用线（8位，一般接单片机P0口，CPU与8155之间的地址、数据、命令、状态等信号都通过它来传送）IO/ M端口/存储器 选择控制 “0”选择片内RAM “1”选择片内I/O口TIMER IN8155片内定时器/计数器的计数脉冲输入引脚TIME
12、R OUT8155片内定时器/计数器的计满回零输出引脚RD、WR分别是对8155片内的RAM或I/O口的的读、写控制信号ALE地址锁存引脚CE选片RESET复位引脚 .8155的RAM和I/O口地址- RAM地址：当给8155的IO/ M 加低电平时，其AD0AD7上得到的地址值是指8155的某一RAM单元的地址，地址范围是0000 0000到1111 1111，分别指向8155 RAM 的256个存储单元。I/O口地址：当给8155的IO/ M 加高电平时，其AD0AD7（仅用到低三位AD2、AD1、AD0）上得到的地址值是指8155的某一I/O口的地址，具体端口地址分配是：AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0I/O端口 0 0 0命令/状态口 0 0 1A口 0 1 0B口 0 1 1C口 1 0 0计数器低8位 1 0 1计数器高6位.8155的使
