1、,第五章 MCS-51系统扩展技术,内容提要:,5-1 MCS-51单片机最小系统,5-2 存储器的扩展,5-4 可编程并行接口芯片8255A,5-6 常用通道配置与接口技术,5-7 D / A转换,5-3 并行I / O端口的扩展方法,5-5 可编程并行接口芯片8155,5-8 A / D转换,单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的控制时，它自身的功能远远不能满足需要。为此，应扩展其功能。MCS-51单片机的扩展性能较强，根据需要，可扩展：ROM、RAM；定时 / 计数器；并行I / O口、 串行口；中断系统扩展等。,5-1 MCS-51单片机最小系统,一、8051/8751硬件最小系统
2、 对于片内有ROM型单片机，其自身可以构成最小系统,该系统的资源如下：4KB ROM，256B RAM；五源中断系统；两个十六位加一定时 / 计数器；一个全双工串行UART；四个并行I / O口。,二、8031硬件最小系统8031单片机片内无ROM，若要正常工作，必需外配ROM。外接ROM后，P3口、P2口、P0口均被占用只剩下P1口作I / O口用，其它功能不变。,图中：/E 三态门控制端G 低电平锁存,三总线的概念: 地址总线 AB，P0口提供（A7 A0）；P2口提供（A15 A8），共16位。 数据总线 DB，P0口提供（D7 D0），共8位。 控制总线 CB，ALE 、 、 、 、
3、等。,5-2 存储器的扩展,一、三总线的连接,1、数据线的连接P0口的八位线承担此任，此时不用外接上拉电阻。 2、地址线的连接P0口承担地址低八位线，A0 A7；P2口承担地址高八位线。A8 A15。 注意：P0口线地址 / 数据分时复用，需用地址锁存器74LS373锁存地址。,A10 A8,A7 A0,D7 D0,CB,3、控制线的连接对存储器来讲控制线无非是：芯片的选通控制、读写控制。单片机与外部器件数据交换要遵循两个重要原则：一是，地址唯一性，一个单元一个地址。二是，同一时刻，CPU只能访问一个地址，即只能与一个单元交换数据。不交换时，外部器件处于锁闭状态，对总线呈浮空状态。,读 / 写
4、：CPU向外部设备发出的读/写控制命令。EPROM：/OE /PSENSRAM： /WE /WR/OE /RD,选通：CPU与器件交换数据或信息，需先发出选通信号/CE或/CS，以便选中芯片。,二、存储器地址编码 SRAM6116：“16” 2K8b = 2KB 21210 = 211 即6116有11根地址线。 地址空间： A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 最低地址： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 最高地址： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 07FFH MCS-51单片机寻址范围：64KB 26210 = 216即16位地址
5、线 地址空间： A15A14A13A12A11A10A9A8A7A0 单片机 A10A9A8A7A0 6116,上式中：“”表示0或1。 即单片机地址空间中包含有32个2KB。某片6116占据的是哪2KB不能确定地址浮动。,只有限定A15A11的取值才能确定6116在系统中的地址范围。如，P2.6 = 0 ，选中6116的/CS线。设P2.7 P2.5 P2.4 P2.3假定全为1则: 6116地址范围是B800H BFFFH。同理， P27 P25 P24 P23假定全为0则: 6116地址范围是 0000H 07FFH；再设P27选中6116 （设P26 P25 P24 P23全为1）则：
6、地址范围是7800H 7FFFH,23 = 8,8KB,若取P27 P26均为1； 则2764在本系统内地址范围：C000H DFFFH,可以。此时6116：D800H DFFFH2764：C000H DB00H,若6116与2764都用A13 （P25）选中可否,6116与2764在0800H DFFFH范围内地址重叠，这是不是违反交换原则呢？,不会！因为，6116是SRAM，2764是EPROM。除地址和选通信号外，还有读/写控制信号起作用。,RAM /WE /WR /OE /RD ROM /OE /PSEN,可用来区分 二器件,小结：1）CPU与外设数据交换的原则是什么？2）决定存储器芯
7、片在系统中地址范围的两个因素是什么？,5-3 并口的扩展方法,一、利用TTL、CMOS集成电路来扩展,1、用锁存器扩展简单的8位输出口,74LS377为8D锁存器，八入八出，一时钟CP，一锁存允许/E。 /E = 0时，CP 的上升沿，输入数据并锁存。,MOV DPTR，#7FFFH ；指向74LS377 MOV A，#data ；取输出的数据 MOVX DPTR，A ；通过74LS377送出数据,P2.7接 /E ， 所以，74LS377的口地址为7FFFH。,P0口是数据总线口，作I / O口用时只能分时使用，为此，输出数据时需要锁存。,2、用锁存器扩展简单的八位输入口,外设与单片机在传输
8、数据速度上存在着一定的差异，为了 保证数据能被单片机正确地接收，应采取以下电路：,输入设备STBIN7 IN6 IN5 IN4 IN3 IN2 IN1 IN0,8031P2.6P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0,74LS373 GQ7 D7 Q6 D6 Q5 D5 Q4 D4 Q3 D3 Q2 D2 Q1 D1 Q0 D0,在STB的下降沿,将数据锁存入74LS373 /E控制着74LS373的输出,由P2.6和/RD相或控制,所以,74LS373的口地址为BFFFH。,例、设将上图74LS373中数据送入8031片内数据存储器中首地址为50H的数据区。写出相应中
9、断系统初始化及中断服务程序。,中断系统初始化程序： PINT：SETB IT0 ；/INT0选为下降沿触发方式SETB EA ；CPU开中断MOV R0，#50H ；置数据区首址SETB EX0 ；/INT0中断允许,中断服务程序：ORG 0003H PINT0： AJMP INT0ORG 1000H INT0： MOV DPTR，#0BFFFH ；指向74LS373扩展输入口MOVX A，DPTR ;8031读入数据 MOV R0,A ;输入数据送数据区INC R0RETI,3、用三态门扩展8位输入并行口,74LS244是8位三态门，当/1G、/2G均为低电平时，允许输入数据；否则，为高阻态
10、。,输入设备IN7 IN6 IN5 IN4 IN3 IN2 IN1 IN0,8031P2.6P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0,74LS244 1Y1 1A1 1Y2 1A2 1Y3 1A3 1Y4 1A4 2Y1 2A1 2Y2 2A2 2Y3 2A3 2Y4 2A4,二、用串行口扩展并行I / O 接口,如果串口别无他用，则可让其工作于方式0，来扩展一个或多个8位并行I / O口,1、用74LS165扩展并行I / O口,8031P3.0P3.1P1.0,H G F E D C B A QH SIN /QH 74LS165（1）S/L M CP,H G F E
11、 D C B A QH SIN /QH 74LS165（2）S/L M CP,D0 D7,D0 D7,74LS165是8位并入、串出移位寄存器。 其中，CP为移位脉冲输入端；S / L为移位 / 装入端，以P1.0控制。两片74LS165的首尾相连，即QH与SIN相连。,例、从上图两个八位并行口读入20H组（每组两个字节）字节数据，并把它们转存到内部RAM（首址为30H）的数据区中。,解：以PSW中的用F0位来标志接收一组数中的前8位与后8位，74LS165（1）并行口输入数据时，置F0为1；74LS165（2）并行口输入数据时，置F0为0；P1.0高、低变化一次，就控制并行数据装入一次，即串
12、行 口应接收到2个8位数据（一组）。串口工作在方式0，波特率为fosc / 12 = 1Mb/s。,MOV R7，#20H ；读入字节数组MOV R0，#30H ；内部RAM数据区首址SETB F0 ；假定74LS165（1）先读入 RCV0： CLR P1.0 ；165装入数据SETB P1.0 ；允许165串行移位 RCV1: MOV SCON，#00010000B ；串行口设定 STP： JNB RI，STP ；等待接收完一个八位数CLR RI不胜数 ；清RI标志，以备下次接收MOV A，SBUF ；串口接收数据,8031P3.0P3.1P1.0,A B C D E F G H AB 7
13、4LS164（1）/CR CP,A B C D E F G H AB74LS164（2）/CR CP,D7 D0,D7 D0,2、用74LS164扩展并行输出口,74LS164是8位串入、并出移位寄存器，其中，CP为移位脉冲输入端；/CR为清除端。,上图接法中，由于移位寄存器无并行输出控制，在串行输入过程中，其输出状态会不断变化，故在某些使用场合下，在74LS164的输出端应加接输出三态门控制，以便保证串行输入结束后再输出并行数据。,5-4 可编程并行接口芯片8255A,一、8255A的结构和操作方式 1、8255A的组成及引脚引脚图：,组成:,P2.7P08031ALE/RD/WRRST/E
14、A,74LS373 1D 8D2Q1Q G /OC,/CS8255APA0PA7 A1 A0PC7PC0 D0 D7 /RD /WR RESET,微型打印机DB0DB7BUSY /STB,8,8,8,分三部分：总线接口部分；内部逻辑部分 ；外设接口部分,（1）总线接口部分/CS 片选线 A1、A0 端口选择线（选片内四个端口寄存器）/RD 读信号线/WR 写信号线,（2）内部逻辑部分 PA PC7 PC4 PB PC3 PC0,（3）外设接口部分 可由编程决定三个端口的功能输入 输出 其它 A口 8位锁存 / 缓冲 8位锁存 双向 B口 8位锁存 / 缓冲 8位缓冲 C口 8位锁存 / 缓冲
15、8位缓冲 可分成两组分别作A口、B口的选通联络线,二、8255A的工作方式及方式选择 1、8255A的工作方式 （1）方式0 基本输入/输出方式A口、B口、C口均有此方式，无选通，是单片机与外部设备之间的直接数据通道。 （2）方式1 选通输入/输出方式仅PA口、PB口有此方式，PC口中若干位作联络信号线，联络信号的组合情况见P164 图5-18。,各联络信号线的意义：/STB 输入选通信号，外设发来。IBF 输入缓冲器满信号，发给外设（通知外 设数据未被取走，暂不能接收新数据） INTR 中断请求信号，外部设备发给单片机 INTE 中断允许信号 /OBF 输出缓冲器满信号，发给外设（单片机将数
16、据已送 到指定口，外部设备可以取走） /ACK 外设响应信号，由外部设备发来（数据已送到外部 设备）,（3）方式3 双向方式仅PA口有此方式。PC3 PC7作联络线此时， PB口可以是方式0；也可以是方式1（PC0 PC1作联络线）。,2、8255A的方式控制字用编程方法向8255A的控制口写控制字，可决定它的工作 方式。有两个控制字：（1）方式选择控制字,“ 1”方式控制标志位 D6、D5决定A组的工作方式，0 0 方式00 1 方式11 方式2D4 A口的传输方向，1 入，0 出。D3 PC7 PC4的传输方向，1 入，0 出。D2 决定B组的工作方式，0 方式0，1 方式1。D1 B口的
17、传输方向，1 入，0 出。D0 PC3 PC0传输方向，1 入，0 出。,（2）PC口置位/复位控制字,“0” 标志位。 D6、D5 不使用位。D3、D2、D1 位选择位，000 111 分别对应PC7 PC0。D0 位状态位，1 置位，0 复位。,三、8031和8255A的连接及应用单片机 8255AA0 A0A1 A1A15 A2中任一线 /CSP0 D7 D0/RD /RD/WR /WRRST RESET,应用,上图中，地址线连接采用线选法。8255A的地址分布：A15 A14 A13A8 A7A1 A00 0 0 0 0 0 0 0000H 0 1 0001H 1 0 0002H 1
18、1 0003H或 0 1 1 1 1 0 0 7FFCHPA 0 1 7FFDHPB 1 0 7FFEHPC 1 1 7FFFH控制,例、设单片机8031与微型打印机之间的数据传送采用查询方式。要求将存放在8031单片机内RAM中以30H为首地址的64个连续单元中的内容打印输出，试编程。,P2.7P08031ALE/RD/WRRST/EA,74LS373 1D 8D2Q1Q G /OC,/CS8255APA0PA7 A1 A0PC7PC0 D0 D7 /RD /WR RESET,微型打印机DB0DB7BUSY /STB,8,8,8,解：因为PC0连接BUSY，所以，PC3 PC0为输入又因PC
19、7连接 /DATA STROBE ，所以PC7 PC4为输出，STROBE 表示重复的意思。/DATA STROBE 数据选通信号。作用是通知打印机，8255A要给它传数。PA口输出，PB口未用。故 8255A的控制字可设为：1 0 0 0 0 0 0 1B = 81H,PA口地址：7FFCHPB口地址：7FFDHPC口地址：7FFEH控制口： 7FFFH,ORG 1000H PRINT：MOV DPTR，#7FFFH ；控制口地址MOV A，#81H ；控制字MOVX DPTR，A ；写入控制字MOV R1，#30H ；数据指针MOV R2，#40H ；64个数,NEXT： MOV DPTR
20、，#7FFEH ；PC口地址MOV A， #80H ；使PC7为高电平MOVX DPTR，A ；输出/DATA STR OBE为 ；高电平；无效，不准备送数 WAIT： MOVX A，DPTR ；查询打印机状态JB ACC.0, WAIT ；若PC0即BUSY = 1忙，则等待MOV DPTR , #7FFCH ；若BUSY = 0空闲，则指向PA口MOV A , R1 ；输出数据MOVX DPTR , AMOV DPTR , #7FFEH库 ；指向PC口MOV A , #00H ；8255A输出/DATA STR OBE信号；通知打印机，给它传数。,MOVX DPTR , A ACALL P
21、DELAY ；调延时子程序，以形成一个宽度；定时值的负脉冲为INC R1DJNZ R2 , NEXT ；判断打印输出完成否？SJMP $PDELAY：（延时程序略）END,小结：1、8255A有几个并行I / O口？几种工作方式？2、工作方式控制字、置位/复位控制字是如何定义的？,5-5 可编程并行接口芯片8155,包括：256B静态RAM；2 个8位和1个6位可编程并行I / O口；1个14位定时器（减1计数）；1个8位地址锁存器；一些控制逻辑电路等。,一、引脚AD0 AD7 地址/数据线。传送地址、数据、命令、状态等。ALE 地址锁存（输入）IO / /M IO口/RAM选择；0：选内RA
22、M；1：选内IO口/CE 片选线/RD、/WR 读、写控制PA7 PA0 A口输入/输出线PB7 PB0 B口输入/输出线PC5 PC0 C口输入/输出线TIMERIN 定时器输入（输入定时器所需时钟）TIMEROUT 定时器输出（输出所产生的方波脉冲）,二、8155的RAM和I / O口地址编码 包括：内RAM 256B对应256个地址命令/状态寄存器地址 1个地址PA口地址 1个地址 PB口地址 1个地址PC口地址 1个地址定时器低8位地址 1个地址定时器高8位地址 1个地址,三、8155的工作方式与基本操作 有三种基本操作： 1、作单片机片外256B数据存储器 IO / /M = 0，与
23、其它数据存储器统一编址。用MOVX访问。 2、作扩展I / O口使用 IO / /M = 1，PA口、PB口、PC口，可通过编程决定如何使用。 命令寄存器（命令控制字） I / O口工作方式 状态标志寄存器 PA口、PB口状态标志。,I / O口工作方式有四种： A口、B口 基本I / O口， C口输入； A口、B口 基本I / O口， C口输出； A口选通I / O、B口基本I / O、C口作联络线； A口、B口选通I / O、C口作联络线。 状态标志寄存器：BF 缓冲器满标志；INTR 端口中断请求标志；INTE 端口中断允许标志；TIMER 定时器中断请求。 命令寄存器，只写不读 状态标
24、志寄存器，只读不写 二者使用同一地址,3、作定时器扩展使用 可以通过编程决定输出4种信号，即有四种工作台方式（P172 图5-27）单方波； 连续方波；单脉冲； 连续脉冲。 由两个8位寄存器，决定14位定时器计数常数及四种工作方式。 由命令寄存器的最高两位对定时器进行四种控制。,(a) 定时器格式,(b)定时器方式及输出波形,四、单片机与8155的接口及操作软件图 5-28 （P173） 如图连线后地址分布是：内RAM地址 7E00H 7EFFHI / O口地址：命令状态口 7F00HPA 口 7F01HPB 口 7F02HPC 口 7F03H定时器低8位 7F04H定时器高8位 7F05H,
25、操作软件：MOV DPTR，#RAM或I / O口地址MOV A，#欲写内容或命令字MOV DPTR，A,5-6 常用通道配置及接口基础,一、按键、键盘及其接口 1、按键操作存在的问题 键抖动图 硬件消除抖动 P180图5-37，RS触发器构成单稳电路 软件去抖 延时10ms左右。,2、按键分类 （1）独立式按键 单片机一条I / O口线对应一个按键。 （2）键盘 一般指矩阵式键盘。 若干I / O口线作行线；若干I / O口线作列线，在每个行列交点设置按键组成。 图5-42 P185,3、按键监测方法 （1）监测有无键按下（中断方式或查询方式） （2）按键的识别 （哪一个键被按下）扫描法 有
26、键按下时，读入行或列值，则为0值的行列交点的键便是。线反转法院 第一步，行线输出全0，列线输入；第二步，列线输出全0，行线输入；输入的行值、列值均为0的相应键便是。,二、七段LED显示器及接口 1、字形码表的产生， P192 表5-11 2、显示方式 1）静态显示 2）动态显示（利用人眼的视觉暂留效应） 3、接口方法 1）与单片机直接相接：取字形码表中的码值来显示。 2）通过硬件七段译码器相接：单片机利用口线输出十六进制数来显示。,小结：8155有哪些功能？有几个并行I / O口？如何去除按键抖动？按键查询有几种方法？,5-7 D / A转换,一、D / A转换的作用,图,1、DAC 0832
27、内部结构P205 图5-58有20个引脚。,2、与8031单片机接口及操作软件（1）单缓冲方式P206 图5-60,有20个引脚。 DI0 DI7 数据输入线ILE 数据允许锁存/CS 输入寄存器选择 /WR1 输入寄存器的写选通 /WR2 DAC寄存器的写选通 /XREF 数据传送信号Vref 基准电源输入Rfb 反信号输入（内有反馈电阻） Iout1、Iout2 电流输出 Vcc、AGND、DGND 电源、地,完成一次D / A转换：MOV DPTR，#7FFFH ；DAC 0832口地址MOV A，#DATA ；欲转换的数字量MOVX DPTR , A ；转换（2）双缓冲器同步方式电路：
28、图5-61 图中：P2.5 选中DAC 0832(1)P2.6 选中DAC 0832(2) 输入锁存器P2.7 控制两芯片/XREF同步转换,3、应用 例、利用单片机及DAC 0832产生阶梯波，DAC 0832采用单缓冲方式，定时1ms，增幅10，10ms一循环。,解： START：MOV A，#00HMOV DPTR，#7FFFH ；转换器地址MOV R1，#0AH ；10个台阶（10ms）,LOOP：MOVX DPTR，A ；送欲转换数字量CALL DL1 ；延时1msDJNZ R1，NEXT ；10个台阶未完继续增幅SJMP STARTNEXT： ADD A，#10JMP LOOPDL
29、1 ： MOV 20H，#249DLL ： NOPNOPDJNZ 20H，DLLRET如此，还可产生锯齿波，三角波等。,5-8 A / D转换,一、常用A / D转换器的转换原理,分辨率的定义：输出数字量变化一个相邻数码所需要输入模拟 电压的变化量。用公式表示为：满刻度电压/2n （n为位数）,二、ADC 0808 / 0809 8路8位A / D转换器采用逐次逼近式A / D转换原理（时钟：10 1280KHz）模拟输入有8个通道（任一通道模拟都可以转换为一个8位数字量输出）,1、ADC 0809内部结构及引脚（ 图 5-72 ）,图中SAR是逐次逼近寄存器；引脚（有28条）：IN0 IN7
30、 8路模拟量输入通道的输入口；2-1 2-8 8位数字量输出口；START 启动输入口 启动转换ALE 通道地址锁存 EOC 转换结束输出信号OE 输出允许CLK 时钟端 ADDA、ADDB、ADDC 8路模拟开关的3位地址选择端 REF（+）、REF（-） 参电压输入端 Vcc、GND 电源、地。,2、ADC 0809 与8031单片机接口设计有查询方式、中断方式、等待延时方式。片内无时钟，由单片机的ALE（fosc/6）经二分频后接入。若fosc = 6MHz，则接入时钟为500KHz， 满足：10 1280KHz的要求。图 5-75,P2.7（片选） 地址码 输入通道C B A7FF8H
31、 0 0 0 0 IN0 7FFFH 0 1 1 1 IN7,例、对通道IN0，采样一次，转换，并将转换结果存到数据存储区。 解：MAIN：MOV R1，#data ；存数地址MOV DPTR，#7FF8H ；P2.7 = 0，指向IN0MOVX DPTR，A ；不论A中为何内容都启动转换MOV R6，#0AH ；软件延时DLAY： NOPNOPNOPNOPNOPDJNZ R6，DLAYMOVX A，DPTR ；读转换结果 MOV R1 , A ；存储数据,A / D转换接口的设计,1、硬件连线 (图P218 5-75),图中， ALE = START = /（/WR+P2.7）OE = /（
32、/RD+P2.7）通道地址：P27 P26 P20 P07 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0A15 A14 A8 A7 A3 A2 A1 A07FFBH 0 0 0 0 7FFFH 0 1 1 1,2、软件设计方法,（1）延时等待方式分别8路模拟信号轮流采样一次，并依次把结果转存 到数据存储区的采样转换程序如下（设数据区首地址30H； 采样采用循环程序，R7作计数器）：,ORG 0000HAJMP MAINORG 0100HMAIN： MOV R1，#30HMOV DPTR，#7FF8HMOV R7，#08H,LOOP： MOVX DPTR，AMOV R6，#0FHDLAY： NOPNO
33、PNOPNOPDJNZ R6，DLAYMOVX A，DPTRMOV R1，AINC DPTRINC R1DJNZ R7，LOOPRET,(2) 中断方式合上K1，启动转换后，经tEOC时间，EOC输出负脉冲波形，表示某通道转换已结束，单片机可以取走数据。让八个通道轮流转换一遍。ORG 0000HAJMP MAIN2ORG 0013HAJMP INTR1ORG 0300HMAIN2： MOV R1，#30HSETB IT1 ；下降沿触发/INT1中断SETB EX1 ；允许/INT1中断SETB EA ；开中断MOV R7，#08H ；待转换的通道个数，即循环次数MOV DPTR，#7FF8H；
34、指向通道0MOV DPTR，A ；启动首次转换,WAIT： CJNE R7，#00H，$ ；等待中断CLR EX1 ；8个通道转换完成，结束SJMP $ORG 0500H INTR1: MOVX A，DPTR ；读取转换结果MOV R1，A ；存数INC DPTR ；通道号加1INC R1DEC R7MOVX DPTR，A ；启动下一次转换 RETIEND,（3） 查询方式 启动转换后，经tOEC时间后，转换结束，EOC输出负脉冲。 所以，启动转换后，延时tEOC时间，检查EOC电平，若为0说明仍在转换中，若为高电平说明转换结束，书中只针对IN0通道模似量转换一次而编程。ADC 0801 0804转换芯片与ADC 0809芯片的区别是： ADC 0801 0804是单通道模拟信号。,P00 DB0 REF+ P01 DB1 REF- P02 DB2 P07 DB7P27 /CS VIN+ /WR /WR VIN- /RD /RD/INT1 INTR,8031 ADC0801,上图中，模拟通道地址是：7FFFH。编程同ADC 0809，只是仅有一个通道。,小结：DAC 0832的作用是什么？分辨率是多少位？ADC0809的作用是什么？有几个模拟通道？,END,
