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1、第七章第七章 8051单片机系统扩展与接口技术单片机系统扩展与接口技术 第一节第一节 8051 单片机系统扩展概述单片机系统扩展概述第二节第二节 单片机外部存储器扩展单片机外部存储器扩展第三节第三节 单片机输入输出（单片机输入输出（I/O）口扩展及应用）口扩展及应用第四节第四节 LED显示器接口电路及显示程序显示器接口电路及显示程序第五节第五节 单片机键盘接口技术单片机键盘接口技术第六节第六节 单片机与数模（单片机与数模（D DA A）及模数（）及模数（A AD D）转换）转换第一节第一节 8051 单片机系统扩展概述单片机系统扩展概述总线总线总线总线 3、控制总线（、控制总线（Control
2、 Bus，简写为，简写为CB）控制总线实际上就是一组控制信号线，包括单片机发出的，以及从其它部件送给单片机的各种控制或联络信号。对于一条控制信号线来说，其传送方向是单向的，但是由不同方向的控制信号线组合的控制总线则表示为双向的。总线结构形式大大减少了单片机系统中连接线的数目，提高了系统的可靠性，增加了系统的灵活性。此外，总线结构也使扩展易于实现，各功能部件只要符合总线规范，就可以很方便地接入系统，实现单片机扩展。1、地址总线（、地址总线（Address Bus，简写为，简写为AB）地址总线可传送单片机送出的地址信号，用于访问外部存储器单元或I/O端口。A A 地址总线是单向的，地址信号只是由单
3、片机向外发出。B B 地址总线的数目决定了可直接访问的存储器单元的数目地址总线的数目决定了可直接访问的存储器单元的数目地址总线的数目决定了可直接访问的存储器单元的数目地址总线的数目决定了可直接访问的存储器单元的数目。例如N位地址，可以产生2N个连续地址编码，因此可访问2N个存储单元，即通常所说的寻址范围为 2N个地址单元。MCS51单片机有十六单片机有十六位地址线，因此存储器展范围可达位地址线，因此存储器展范围可达216 = 64KB地址单元。地址单元。C C 挂在总线上的器件，只有地址被选中的单元才能与CPU交换数据，其余的都暂时不能操作，否则会引起数据冲突。2、数据总线（、数据总线（Dat
4、a Bus，简写为，简写为DB）数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与I/O端口之间传送数据。A 单片机系统数据总线的位数与单片机处理数据的字长一致。例如MCS51单片机是8位字长，所以数据总线的位数也是8位。B 数据总线是双向的，即可以进行两个方向的数据传送。整个扩展系统以8051芯片为核心，通过总线把各扩展部件连接起来，其情形有如各扩展部件”挂”在总线上一样。扩展器件包括ROM、RAM和I/O接口电路等。因为扩展是在单片机芯之外进行的，因此通常把扩展的通常把扩展的通常把扩展的通常把扩展的ROMROM称之为外部称之为外部称之为外部称之为外部ROMROM，把扩展把扩展把扩展把扩展RAMRA
5、M称之为外部称之为外部称之为外部称之为外部RAMRAM。第二节第二节 单片机外部存储器扩展单片机外部存储器扩展7-2-1 随机读写存储器随机读写存储器RAM7-2-2 只读存储器只读存储器ROM7-2-3 存储器的连接存储器的连接几个基本概念 数的本质和物理现象 位的含义： 通过上面的实验我们已经知道：一盏灯亮或者说一根线的电平的高低，可以代表两种状态：0和1。实际上这就是一个二进制位，因此我们就把一根线称之为一“位”，用BIT表示。字节的含义： 一根线可以表于0和1，两根线可以表达00，01，10，11四种状态，也就是可以表于0到3，而三根可以表达0-7，计算机中通常用8根线放在一起，同时计
6、数，就可以表过到0-255一共256种状态。这8根线或者8位就称之为一个字节（BYTE）。不要问我为什么是8根而不是其它数，因为我也不知道。（计算机世界是一个人造的世界，不是自然界，很多事情你无法问为什么，只能说：它是一种规定，大家在以后的学习过程中也要注意这个问题）一一半导体存储器的分类半导体存储器的分类 7-2-1-1 7-2-1-1 静态静态RAM Intel 6116RAM Intel 6116、626462647-2-27-2-27-2-27-2-2 只读存储器（只读存储器（ROMROM）工作时，工作时，ROMROM中的信息只能读出，要用特殊方式写入中的信息只能读出，要用特殊方式写入
7、( (固化信息固化信息) )，失电后可保持信息不丢失。，失电后可保持信息不丢失。1.1.掩膜掩膜ROMROM：不可改写不可改写ROMROM由生产芯片的厂家固化信息。在最后一道工序用掩膜由生产芯片的厂家固化信息。在最后一道工序用掩膜工艺写入信息，用户只可读。工艺写入信息，用户只可读。2.2.PROMPROM：可编程可编程ROMROM用户可进行一次编程。存储单元电路由熔丝相连，当用户可进行一次编程。存储单元电路由熔丝相连，当加入写脉冲，某些存储单元熔丝熔断，信息永久写入，加入写脉冲，某些存储单元熔丝熔断，信息永久写入，不可再次改写。不可再次改写。7-2-27-2-27-2-27-2-2 只读存储器
8、（只读存储器（ROMROM）3.3.EPROMEPROM：可擦除可擦除PROMPROM用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储单用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储单元的元的PNPN结表面形成浮动栅，阻挡通路，实现信息写入。结表面形成浮动栅，阻挡通路，实现信息写入。用紫外线照射可驱散浮动栅，原有信息全部擦除，便用紫外线照射可驱散浮动栅，原有信息全部擦除，便可再次改写。可再次改写。4.4.EEPROMEEPROM：可电擦除可电擦除PROMPROM既可全片擦除也可字节擦除，可在线擦除信息，又既可全片擦除也可字节擦除，可在线擦除信息，又能失电保存信息，具备能失电保存信息，具备RAMRAM、R
9、OMROM的优点。但写入时间的优点。但写入时间较长。较长。7-27-27-27-2-2-1-2-1 EPROM 2716EPROM 27167-2-2-2 7-2-2-2 EEPROM 2816EEPROM 2816 4 4读写线读写线OEOE、WE(R/W) WE(R/W) 连接读写控制线连接读写控制线RDRD、WRWR。7-27-2-3-3存储器的连接存储器的连接存储器与微型机三总线的连接：存储器与微型机三总线的连接： DBDB0 0n n ABAB0 0N ND D0 0n nA A0 0N N ABABN+1N+1CSCSR/ WR/ WR/ WR/ W微型机微型机存储器存储器1 1数
10、据线数据线D D0 0n n连接数据总线连接数据总线DBDB0 0n n 2 2地址线地址线A A0 0N N连接地址总线低位连接地址总线低位ABAB0 0N N。3.3.片选线片选线CSCS连接地址总线高位连接地址总线高位ABABN+1N+1。7-2-3-1 7-2-3-1 存储器芯片的扩充存储器芯片的扩充用用多多片片存存储储器器芯芯片片组组成成微微型型计计算算机机系系统统所所要要求求的的存储器系统。存储器系统。要要求求扩扩充充后后的的存存储储器器系系统统引引出出线线符符合合微微型型计计算算机机机的总线结构要求。机的总线结构要求。一一.扩充存储器位数扩充存储器位数例例1 1用用2 2K1K1
11、位存储器芯片组成位存储器芯片组成 2 2K8K8位存储器系统。位存储器系统。例例2 2用用2 2K8K8位存储器芯片组成位存储器芯片组成2 2K16K16位存储器系统。位存储器系统。例例1 1用用2 2K1K1位存储器芯片组成位存储器芯片组成 2 2K8K8位存储器系统。位存储器系统。当地址、片选和读写信号有效，可并行存取当地址、片选和读写信号有效，可并行存取8位信息位信息例例2 2用用2 2K8K8位存储器芯片组成位存储器芯片组成2 2K16K16位存储器系统。位存储器系统。CED07D07R/WR/WCECEA010A010D07D815R/WA010地址、片选和读写引线并联后引出，数据线
12、并列引出地址、片选和读写引线并联后引出，数据线并列引出二二. .扩充存储器容量扩充存储器容量例例用用1K4位存储器芯片组成位存储器芯片组成4K8位存储器系统。位存储器系统。片选方法：片选方法： 1.1.线选法线选法微型机剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线。微型机剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线。 2 2译码片选法译码片选法微型机剩余高位地址总线通过地址译码器输出片选信号。微型机剩余高位地址总线通过地址译码器输出片选信号。多片存储器芯片组成大容量存储器连接常用片选方法。多片存储器芯片组成大容量存储器连接常用片选方法。二二. .扩充存储器容量扩充存储器容量地址线、数据线和读写控制线均并联
13、。地址线、数据线和读写控制线均并联。 为保证并联数据线上没有信号冲突，必须用片选信号为保证并联数据线上没有信号冲突，必须用片选信号区别不同芯片的地址空间。区别不同芯片的地址空间。例例三片三片8 8KBKB的存储器芯片组成的存储器芯片组成 2424KB KB 容量的存储器。容量的存储器。确定各存储器芯确定各存储器芯片的地址空间：片的地址空间：D07R/WCEA012D07R/WCE1A012CE2D07R/WCEA012D07R/WCEA012CE3设设CECE1 1、CECE2 2、CECE3 3分别连接微型机分别连接微型机的高位地址总线的高位地址总线ABAB1313、ABAB1414、ABA
14、B1515ABABi i 1514131215141312 111098 7 6 5 4 111098 7 6 5 4 3 2 1 03 2 1 01514131215141312 111098 111098 7 6 5 47 6 5 4 3 2 1 03 2 1 0 ：1101100 0000 0000 00000 0000 0000 00001101101 1111 1111 1111=C000H1 1111 1111 1111=C000HDFFFHDFFFH：1011010 0000 0000 00000 0000 0000 00001011011 1111 1111 1111=A000
15、H1 1111 1111 1111=A000HBFFFH BFFFH ：0110110 0000 0000 00000 0000 0000 00000110111 1111 1111 1111=6000H1 1111 1111 1111=6000H7FFFH 7FFFH 2 2译码片选法译码片选法 3-8 3-8 地址译码器：地址译码器：7474LS138LS1382 2译码片选法译码片选法Y Y0 0、Y Y1 1、Y Y2 2分别连接三片存储器的片选端分别连接三片存储器的片选端CECE1 1、CECE2 2、CECE3 3AB13AB14AB15 +5V A Y0 B Y1 C Y2 G1
16、 G2A.B Y774LS138各片存储器芯片分配各片存储器芯片分配地址：地址：CE1CE2CE3：00000000H H1FFFH1FFFH：2000H2000H3FFFH3FFFH：4000H4000H5FFFH5FFFH7-2-3-17-2-3-1 存储器与单片机的连接存储器与单片机的连接存储器与微型机三总线存储器与微型机三总线的一般连接方法和存储器的一般连接方法和存储器读写时序。读写时序。1.1.数据总线与地址总线数据总线与地址总线为两组独立总线。为两组独立总线。 DBDB0 0n n ABAB0 0N ND D0 0n nA A0 0N N ABABN+1N+1CSCSR/ WR/
17、WR/ WR/ W微型机微型机存储器存储器DB0n地址输出地址输出数据有效数据有效数数据据采采样样R/WAB0N7-2-3-17-2-3-1 存储器与单片机的连接存储器与单片机的连接2.2.微型机复用总线结构微型机复用总线结构数据与地址分时共用一数据与地址分时共用一组总线。组总线。单片机单片机 AD0n ALER/WD0nA0nR/W存储器存储器Di Qi G地址地址锁存器锁存器ALE地地址址锁锁存存地地址址锁锁存存地址地址输出输出数据数据有效有效地址地址输出输出数据数据有效有效AD0n数数据据采采样样数数据据采采样样R/W8 8位位地址锁存器地址锁存器 74LS37374LS373、8282
18、8282当当单单片片机机外外接接芯芯片片较较多多，超超出出总总线线负负载载能能力力，必必须须加总线驱动器。加总线驱动器。单向驱动器单向驱动器7474LS244LS244用于用于地址总线驱动地址总线驱动双向驱动器双向驱动器7474LS255LS255用于用于数据总线驱动数据总线驱动二二微型机总线扩展驱动微型机总线扩展驱动MCS-51MCS-51用于扩展存储器的外部总线信号：用于扩展存储器的外部总线信号：P P0.00.7： 8 8位数据和低位数据和低8 8位地址信号，复用总线位地址信号，复用总线ADAD0 07 7。P P2.02.7： 高高8 8位地址信号位地址信号ABAB8 81515ALE
19、ALE：地址锁存允许控制信号地址锁存允许控制信号PSENPSEN：片外程序存储器读控制信号片外程序存储器读控制信号RDRD：片外数据存储器读控制信号片外数据存储器读控制信号WRWR：片外数据存储器写控制信号片外数据存储器写控制信号EAEA：程序存储器选择程序存储器选择7-2-3-37-2-3-3 存储器与单片机的连接实例存储器与单片机的连接实例5-3-35-3-3 存储器与单片机的连接实例存储器与单片机的连接实例一一.扩展程序存储器电路：扩展程序存储器电路：80318031扩展扩展2 2KB EPROMKB EPROMIntel 2716 Intel 2716 常用常用EPROMEPROM芯片
20、：芯片：Intel 2716(2K8Intel 2716(2K8位位) )、2732(42732(4KB)KB)、2764(8KB)2764(8KB)、27128(16KB)27128(16KB)、27256(32KB)27256(32KB)、27512(64KB)27512(64KB)。二二. 扩展数据存储器电路：扩展数据存储器电路：常用常用EPROMEPROM芯片：芯片：Intel 6116(2KB)Intel 6116(2KB)、6264(8KB)6264(8KB)、62256(32KB)62256(32KB)。80318031扩展扩展2 2KB RAM KB RAM Intel 6116Intel 6116四四. .单片机扩展存储器实用电路单片机扩展存储器实用电路单片机连接单片机连接 8 8KB EPROM 2764 KB EPROM 2764 和和 8 8KB RAM 6264 KB RAM 6264 各一片各一片EEPROM EEPROM 既能作为程序存储器又能作数据存储器。既能作为程序存储器又能作数据存储器。将程序存储器与数据存储器的空间合二为一。将程序存储器与数据存储器的空间合二为一。五五. . 单片机外接单片机外接EEPROMEEPROM电路的存储器电路电路的存储器电路片外存储器片外存储器读信号读信号= = PSEN RDPSEN RD
