第九章-单片机的系统扩展

第九章单片机的系统扩展9.1存储器的扩展9.2并行I/O口的扩展9.3键盘接口9.4LED显示器接口9.1存储器的扩展9.1.1数据存储器的扩展9.1.2程序存储器的扩展9.1存储器的扩展单片机系统扩展中常采用3总线结构。总线是微机各部件之间、系统之间相互连接以及实现信息传送的通道。地址总线：P0口（A0~A7），P2口（A8~A15）；数据总线：P0口（D0~D7）；控制总线：P3口某些位以及其它信号构成，主要包括：ALE——P0口的地址锁存允许信号；——外部程序存储器读选通信号；——片内/片外程序存储器选择控制信号；（P3.6）——外部RAM或扩展I/O写信号；（P3.7）——外部RAM或扩展I/O读信号。PSENEAWRRD9.1.1数据存储器的扩展数据存储器芯片分为两大类：动态RAM（DRAM）芯片，一般容量较大，集成度高，功耗小，价格低，但易受干扰，使用略复杂；静态RAM（SRAM）芯片，一般容量较小，集成度高，功耗较大，价格较高，但电路连接简单，在工业现场常使用SRAM。MCS-51系列单片机内含有128B的数据存储器，但是在单片机进行实时数据采集和处理应用系统中，仅片内提供的数据存储器有时不够用，需要在片外扩展数据存储器。9.1.1数据存储器的扩展1．常用静态RAM（SRAM）芯片常用静态RAM（SRAM）芯片是Intel公司的系列产品，有6116、6264及62256等，它们的引脚如图9-1所示。A912345678910116116I/O0GNDOE1234567896264I/O1I/O2I/O7I/O5I/O6I/O4I/O3I/O7I/O5I/O6I/O4I/O3A7A6A5A4A3A2A1A0VCCA8WEA10WE12181716151413192021222324I/O0GNDI/O1I/O2A7A6A5A4A3A2A1A0A12NCVCCWECE2A8A9A11OEA10CE1011121314181716151920212223242526272812345678962256I/O7I/O5I/O6I/O4I/O3I/O0GNDI/O1I/O2A7A6A5A4A3A2A1A0A12VCCWEA8A9A11OEA10CE10111213141817161519202122232425262728A14A13图9-1静态RAM引脚图9.1.1数据存储器的扩展2．数据存储器扩展举例例9-1-1采用6264芯片在8031片外扩展8KB数据存储器。用6264芯片在单片机8031片外扩展8KB数据存储器的原理图如图9-2所示。P0口通过地址锁存器74LS373提供低8位地址，P2口P2.0-P2.4提供高5位地址，接P2.7，片选信号线CE2接高电平，保持一直有效状态。所以片外数据存储器的地址范围之一为0000H～1FFFH。读选通输入线与8031片外数据存储器读选通控制输出端相连，写允许信号输入线与8031片外数据存储器写选通控制输出端相连。9.1.1数据存储器的扩展图9-2一片6264与8031单片机的扩展连接图9.1.1数据存储器的扩展3．访问外部数据存储器的指令在第3章MCS-51系列单片机的指令系统一章中，对访问外部数据存储器的指令作了介绍，要采用寄存器间接寻址方式，有四条指令：（1）MOVXA，@Ri；读操作；（2）MOVX@Ri，A；写操作；（3）MOVXA，@DPTR；读操作；（4）MOVX@DPTR，A；写操作。其中（1）、（2）两条指令，可以寻址外部RAM地址空间范围是00H—0FFH；（3）、（4）两条指令，可以寻址外部RAM的0000H—0FFFFH整个64KB空间。9.1.2程序存储器的扩展1．程序存储器的分类（1）掩膜ROM：由生产芯片的厂家固化信息，不可改写。在最后一道工序用掩膜工艺写入信息，用户只可读。（2）可编程ROM(PROM)：可编程ROM，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，不可再次改写。（3）紫外线擦除可编程ROM(EPROM)：可在紫外线照射下擦除PROM，用户可以多次编程。加写脉冲后，某些存储单元的PN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，便可再次改写。9.1.2程序存储器的扩展（4）电擦除可编程ROM(EEPROM或E2PROM)：可电擦除PROM，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RAM、ROM的优点。但写入时间较长。（5）快擦写型存储器（FlashMemory）：新型的可擦除、非易失性PROM，既有EPROM价格低、集成度高的优点，又有E2PROM电可擦除和写入的特性。预计这类存储器具有很好的应用前景。2．EPROM芯片目前，扩展的外部程序存储器最常用的ROM器件是EPROM和E2PROM。如2716(2KB)、2732(4KB)、2764(8KB)、27128(16KB)、27256(32KB)和27512(64KB)等。2716、2732、2764芯片的引脚如图9-3所示。9.1.2程序存储器的扩展图9-327系列EPROM芯片的引脚图9.1.2程序存储器的扩展3．程序存储器扩展举例例9-1-2用一片EPROM2764芯片在8031单片机上扩展8KB的程序存储器。2764是8K×8B程序存储器，芯片的地址引脚线有13条A0~A12，顺次和单片机P0口的P0.0~P0.7和P2.0~P2.4相接。与相连，因只用一片2764，其片选信号CE可直接接地(常有效)。其连接电路如图9-4所示，该图中2764芯片的地址范围之一是0000H~1FFFH。9.1.2程序存储器的扩展图9-4一片2764与8031扩展连接图9.1.2程序存储器的扩展例9-1-3用两片EPROM2764芯片在8031单片机上扩展16KB的程序存储器。使用两片2764扩展16KB的程序存储器，采用线选法选中芯片。扩展连接图如图9-5所示。以P2.7作为片选，当P2.7=0时，选中2764(1)；当P2.7=1时，选中2764(2)。因两根线(A13、A14)未用，故两个芯片各有22=4个可寻址的地址空间。它们分别为：9.1.2程序存储器的扩展芯片（1）：00000000000000000~0001111111111111，即0000H~1FFFH；00100000000000000~0011111111111111，即2000H~3FFFH；01000000000000000~0101111111111111，即4000H~5FFFH；01100000000000000~0111111111111111，即6000H~7FFFH；芯片（2）：10000000000000000~1001111111111111，即8000H~9FFFH；10100000000000000~1011111111111111，即A000H~BFFFH；11000000000000000~1101111111111111，即C000H~DFFFH；11100000000000000~1111111111111111，即E000H~FFFFH。9.1.2程序存储器的扩展图9-5两片2764与8031的扩展连接图9.1.2程序存储器的扩展例9-1-4用译码法对扩展的三个程序存储器实现片选。图9-6为采用译码法实现的片选电路示意图。图中74LS138是3-8译码器，具有3个选择输入端，输入信号是三位二进制代码，输出有八种状态，八个输出端分别对应其中一种输入状态，选择其中的Y0、Y1、Y2作为芯片Ⅰ、芯片Ⅱ、芯片Ⅲ的片选信号。74LS138的引脚图如图9-7所示，功能表如表9-1所示。9.1.2程序存储器的扩展图9-6用全译码法实现片选的连接图9.1.2程序存储器的扩展9.1.2程序存储器的扩展图9-6中芯片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都是2KB×8位。地址线A0～A10用于片内寻址；高位地址线A13、A12、A11接到74LS138的选择输入端C、B、A；地址线A15、A14接到译码芯片的允许输入端。译码器输出、和分别作为3个芯片的片选信号。由于采用了全译码，每片程序存储器芯片的地址空间都是唯一的，因此3个芯片的地址范围分别为：芯片I：10000000000000000~1000011111111111，即8000H~87FFH；芯片II：10001000000000000~1000111111111111，即8800H~8FFFH；芯片III：10010000000000000~1001011111111111，即9000H~97FFH；9.2并行I/O口的扩展9.2.1简单I/O口的扩展方法9.2.2可编程并行接口8255A9.2.3并行口扩展举例9.2.1简单I/O口的扩展方法由于P0口分时作为数据总线和地址总线，所以P0口作为扩展输出口时，接口芯片应具有锁存功能，如74LS273；通过P0口作为扩展输入口时，应根据数据是常态还是暂态，接口芯片应具有三态缓冲或锁存选通功能，如74LS244。图9-8为通过74LS244、74LS273作为扩展输入／出的简单I/O接口电路。74LS244为三态缓冲器，扩展并行输入口，当控制端为低电平时，74LS244的输出信号与输入信号相等；当为高电平时，输出呈高组态。74LS273为锁存器，扩展并行输出口，可将P0口上的数据锁存。9.2.1简单I/O口的扩展方法图中P0口作为双向数据总线，既能从74LS244输入数据，又能通过74LS273输出数据。P2.7和相“或”控制扩展的输入口，当二者均为低电平时，选中74LS244，使数据输入到总线。P2.7和相或去控制扩展的输出口，当二者均为低电平时，选中74LS273，使P0口数据锁存到74LS273。由上述分析可知，无论输入还是输出P2.7均为低电平有效，因此可设74LS244和74LS273的口地址相同，都为7FFFH，两者在和的控制下工作，逻辑上不会发生冲突。下面编程实现读取开关K0~K7状态，由二极管LED0~LED7发光状态显示出来，开关闭合时，相应的二极管点亮。9.2.1简单I/O口的扩展方法图9-8简单I/O接口扩展电路9.2.1简单I/O口的扩展方法程序清单：ORG0100HLOOP：MOVDPTR，#7FFFH；74LS244和74LS273口地址MOVXA，@DPTR；通过74LS244读入开关状态MOVX@DPTR，A；开关状态通过74LS273输出SJMPLOOP；循环读取、显示END9.2.2可编程并行接口8255A1．8255A的结构及功能图9-9为8255A的引脚图和内部结构图，8255A是一个40引脚的双列直插式集成电路芯片，与MCS-51系列单片机具有相同的总线结构，能方便的直接相连。8255A的结构说明如下：（1）A口、B口、C口A口、B口和C口是3个8位的I/O接口。A口具有一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器，外接引脚为PA0~PA7。可编程为8位并行输入、8位并行输出或双向输入/输出寄存器。9.2.2可编程并行接口8255AB口具有一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器（不锁存），外接引脚为外接PB0~PB7。可编程为8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出数据。C口具有一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器（不锁存），外接引脚为PC0~PC7。可编程为输入或输出口，也可分成两个4位口使用，作为A口、B口选通方式的控制信号。9.2.2可编程并行接口8255A图9-98255A的引脚图及内部结构9.2.2可编程并行接口8255A（2）A组和B组控制电路8255A将A口、B口、C口分为A组和B组。A口和C口的高4位（PC7~PC4）为A组，B口和C口的低4位（P