单片机外围电路扩展课件.ppt

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1、MCS-51单片机的系统扩展及应用n n通过地址总线、数据总线和控制总线实现系统的通过地址总线、数据总线和控制总线实现系统的扩展扩展n n介绍外围电路的扩展介绍外围电路的扩展3.13.1：程序存储器程序存储器的扩展的扩展3.23.2：数据存储器数据存储器的扩展的扩展3.33.3：指示小灯：指示小灯 3.43.4：按键扩展：按键扩展3.53.5：数码管应用：数码管应用3.63.6：A/DA/D转换器接口转换器接口3.73.7：温度传感器接口温度传感器接口3.83.8：IICIIC电路扩展电路扩展 3.93.9：液晶电路：液晶电路51单片机程序存储器数据存储器数码管显示键盘电源模块指示灯AD转换温

2、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n n1 1，在使用，在使用80318031（无片内（无片内ROMROM）或大于）或大于4K4K程序存储器时，程序存储器时，必须通过外接必须通过外接ROMROM来构成、扩充系统的程序存储区。来构成、扩充系统的程序存储区。n n2 2，当使用外部存储器来扩展系统时，必须占用单片机的，当使用外部存储器来扩展系统时，必须占用单片机的P0P0、P2P2口作为外部电路的数据、地址总线。此时，口作为外部电路的数据、地址总线。此时，P0P0、P2P2口就不能作为通用的口就不能作为通用的I/OI/O端口。端口。n n3 3，在系统扩展时，

3、外部电路与单片机连接的依据是单片，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。路设计的关键。MCS-51与32K ROM的连接P2.7:P2.0P0.7:P0.0ALE/EA PsenCEA14 :A8A7 O7 :A0 O0OED7 Q7 D0 Q0CPCP 27256 32K ROMMCS-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ROMROM引脚引脚/CE/CEA14A14A8A8A7A7A0A0地址范围地址范围ROMROM

4、工作工作状态状态单片机引脚单片机引脚A15A15P2P2口口P0P0口口0 00 000000000000000001111111111111111000000000000000011111111111111110000H0000H07FFH07FFH选中选中1 11 100000000000000001111111111111111000000000000000011111111111111118000H8000HFFFFHFFFFH未选中未选中访问外部程序存储器ROM的时序:A15-A8(PC)A7-A0OPA7-A0常数存储器数据输出控制 /Psen地址总线（高八位）P2口地址数据总线（

5、低8位）P0 口S1S2S6S5S4S3373地址锁存信号 ALE A15-A8(DPTR+A)MOVC A,A+DPTRA 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n nP0P0、P2P2口作地址和数据总线口作地址和数据总线。其中其中P0P0口作为地址和数据复口作为地址和数据复用总线，前半部（用总线，前半部（A A段）作地址总线，后半部（段）作地址总线，后半部（B B段段)作为作为数据总线。数据总线。n n外部程序存储器外部程序存储器ROMROM的操作步骤如下：的操作步骤如下：1 1，单片机必须为其提供完整的（，单片机必须为其提供完整的（1515位）地址信息；位）地址信息

6、；2 2，ROMROM芯片的芯片的/CE/CE 端端=0=0，选中该芯片；，选中该芯片；3 3，在满足上述条件的基础上，当，在满足上述条件的基础上，当ROMROM的的/OE=0/OE=0时（时（B B时间时间段），存储器输出数据的三态门打开，并将与输入地址相段），存储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，单片机通过对应的存储单元中的指令（数据）向外输出，单片机通过P0P0口将指令送至口将指令送至CPU CPU 内部。内部。n n74LS37374LS373锁存器锁存器:将将A A时间段时间段P0P0口输出的低位地址进行保存，口输出的低位地址进行保存，使

7、使ROMROM在在B B时间段仍然可以得到完整的地址信号。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)n n如何使用两片如何使用两片32K32K的的ROMROM芯片扩展为芯片扩展为64K64K的存储阵列。的存储阵列。A15P2口口MCS-51 P0口口ALE/EA Psen/CE2A14A8A7A0/OE2O0O7/CE1A14A8A7A0/OE1O0O774LS373由两片32K的ROM构成64K存储阵列与A15的关系表A15A15/CE/CEA14A14A8A8P2P2口口A7A7A0A0P0P0口口地址范围地址范围ROM1ROM1工作工作状态状态ROM

8、2ROM2工作工作状态状态0 00 0000000000000000 0111111111111111 1000000000000000 0111111111111111 10000H0000H07FFH07FFH选中选中未选中未选中1 11 1000000000000000 0111111111111111 1000000000000000 0111111111111111 18000H 8000H FFFFHFFFFH未选中未选中选中选中外部ROM的容量扩展原理(二)n n若需要对若需要对2 2片以上的芯片扩展，可以通过译码电路实现。片以上的芯片扩展，可以通过译码电路实现。P2.7P2.6

9、P2.5P2.4P2.0P0口口ALEPsen/CE0A12A8A7 8K8A0/OE1O0O774LS373C y7BA 0 y/CE1A12A8A78K8A0/OE1O0O7/CE7A12A8A78K8A0/OE1O0O7MCS5174LS138采用LS138译码器实现ROM扩展示意表P2.7P2.7P2.5P2.5138 138 输输输输出出出出选中选中选中选中 ROMROMP2.4P2.4P0.0P0.0有效地址范围有效地址范围0 0 00 0 0Y0=0Y0=0第第1 1片片0000H0000H1FFFH1FFFH0000H0000H1FFFH1FFFH0 0 10 0 1Y1=0Y

10、1=0第第2 2片片0000H0000H1FFFH1FFFH2000H2000H3FFFH3FFFH0 1 00 1 0Y2=0Y2=0第第3 3片片0000H0000H1FFFH1FFFH4000H4000H5FFFH5FFFH0 1 10 1 1Y3=0Y3=0第第4 4片片0000H0000H1FFFH1FFFH6000H6000H7FFFH7FFFH1 0 01 0 0Y4=0Y4=0第第5 5片片0000H0000H1FFFH1FFFH8000H8000H9FFFH9FFFH1 0 11 0 1Y5=0Y5=0第第6 6片片0000H0000H1FFFH1FFFHA000HA000H

11、BFFFHBFFFH1 1 01 1 0Y6=0Y6=0第第7 7片片0000H0000H1FFFH1FFFHC000HC000HDFFFHDFFFH1 1 11 1 1Y7=0Y7=0第第8 8片片0000H0000H1FFFH1FFFHE000HE000HFFFFHFFFFH小结：n n1 1，单片机的，单片机的P0P0、P2P2口作为地址数据总线；口作为地址数据总线；n n2 2，P0P0口为数据、地址复用总线，所以必须加入八位锁口为数据、地址复用总线，所以必须加入八位锁存器存器74LS37374LS373来锁存来锁存P0P0口的低八位地址。口的低八位地址。n n3 3，外接，外接ROM

12、ROM是靠是靠MOVCMOVC指令产生的指令产生的PsenPsen信号来打开数信号来打开数据三态门，使据三态门，使ROMROM中的指令通过中的指令通过P0P0口送入单片机内部。口送入单片机内部。n n4 4，存储器的容量，存储器的容量M M与其地址线条数与其地址线条数n n的关系：的关系：M=2nM=2nn n5 5，当使用两片，当使用两片ROMROM扩展时，可以使用一个反向器实现容扩展时，可以使用一个反向器实现容量的扩展，通过量的扩展，通过ROMROM芯片的芯片的/CE/CE端实现。端实现。n n6 6，当使用，当使用2 2片以上的片以上的ROMROM芯片扩展时，就要使用译码器芯片扩展时，就

13、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，实现存储容量的扩展，译码器的输入与高位地址相连接，输出端分别与各输出端分别与各ROMROM芯片的芯片的/CE/CE连接（连接（如图所示如图所示）。）。n n7 7，当外接，当外接ROMROM的高八位地址线与的高八位地址线与P2P2口高八位线没有完全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。用足时，要注意外存储的地址重叠问题。返回51单片机程序存储器数据存储器数码管显示键盘电源模块指示灯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n n通常的指示灯电路是使用发光二极管，接法如下：n n当电

14、源正常工作时发光二极管就正常显示 1.6.5 1.6.5 并行端口在使用时应注意的几个问题并行端口在使用时应注意的几个问题n n“拉电流拉电流”还是还是“灌电流灌电流”-与大电流负载与大电流负载的连接的连接 (我们以美国我们以美国ATMELATMEL公司生产的公司生产的AT8951AT8951为例为例)1,1,使用灌电流的方式使用灌电流的方式与电流较大的负载与电流较大的负载直接连接时直接连接时,端口可以吸收约端口可以吸收约20mA20mA的电流而的电流而保证端口电平不高于保证端口电平不高于0.45V0.45V（见右上图）。见右上图）。2,2,采用拉电流方式采用拉电流方式连接负载时，连接负载时，

15、AT89C51AT89C51所能提供所能提供“拉电流拉电流”仅仅为仅仅为8080 A A，否则输出的高电平会急剧下降否则输出的高电平会急剧下降.如果我们采用右如果我们采用右下图的方式下图的方式，向端口输出一个高电平去点亮向端口输出一个高电平去点亮LEDLED，会发现，端口输出的电平不是会发现，端口输出的电平不是“1”1”而是而是“0”0”！当然，不是所有的单片机都是这样，当然，不是所有的单片机都是这样，PICPIC单片机就可以提供单片机就可以提供30mA30mA的拉电流和灌电流。的拉电流和灌电流。单对于大多数单对于大多数ICIC电路，最好还是使用电路，最好还是使用“灌电流灌电流”去推动负载。去

16、推动负载。Px.yVddPx.yVddVdd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）n n按键是人机会话的一个重要的输入工具。常用按键举例n n复位按键n n功能转换按键n n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）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

17、计：n n单片机的复位分为上电复位和按钮复位。n n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。n n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：功能转换按键：n n此类按键主要是当此类按键主要是当I/OI/O口用作多种用途时，可以使口用作多种用途时，可以使用此类按键可以实现同一用此类按键可以实现同一I/OI/O口的复用。口的复用。n n 如图所示：如图所示：SW DIP-8SW DIP-8的引脚的引脚1 18 8可以接某一可以接某一I/OI/O口，当按键开关在不同的位置可以控制不同的口，当按键开关在

18、不同的位置可以控制不同的外部接口外部接口 按键接口设计（五）数据输入键盘按键接口设计（六）n n数据输入键是最常用的一种键盘：n n上图所示的按键主要是实现了按键按下之后，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。n n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。n n八段LED 显示器由8 个发光二极管组成。n nLED 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

19、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）n n共阴与共阳的内部电路如下图所示：数码管（三）n n由图可以看出，共阳和共阴结构的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)n n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：n n1.静态显示n n2.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

20、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）n n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。n n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

21、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）n n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。51单片机程序存储器数据存储器数码管显示键盘电源模块指示灯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）n n串口是计算机上一种非常通用设备通信

22、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）n n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。n n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。n n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）n n由于单片

23、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）n n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。51单片机程序存储器数据存储器数码管显示键盘电源模块指示灯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）n nAD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。n nTLC0832是一种最简单的A/D转换器件，有2路模拟量输入通道。n n芯片引脚如右图所示：D

24、I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）。简单的AD转换电路设计（二）n nTLC0832是一个位精度的AD转换器件，由5V电压供电，输入的范围必须是V。可以通过写DI输入中的SGL和ODD进行单通道或者差分输入通道的选择。其逻辑如下：电源和地（一）n n对于一个既有数字信号又有模拟信号的系统，我们要注意的一个问题是模拟电源和数字电源，模拟地与数字地的隔离。n n模拟电路涉及弱小信号，数字电路门限电平较高，对电源的要求就比模拟电路低些。在既有数字电路又有模拟电路的系统中，数字电路产生的噪声会影响模拟电路，使模拟电路的小信

25、号指标变差，克服的办法是分开模拟地和数字地，这种隔离主要用于AD转换。电源和地（二）n n因此为了提高整个电路的抗干扰性能，通常把数字电路的地线和模拟电路的地线隔离，或是通过电感连接。注意：在画PCB时连接尽量短宽。（下图是一种接法，其中左侧表示模拟电源和地，右侧是数字电源和地）。简单的AD转换电路设计（三）n n引脚接法说明：DI可以接51单片机的某一输出端口，接收51控制信息的输入。DO可以接51单片机的某一输入端口，将 A/D转换后的数字信号量输出到51单片机。CLK可以接51单片机的某一输出端口，进行时钟控制信号的输入。CS（低有效）可以接单片机的某一输出端口，进行选通控制。简单的AD

26、转换电路设计（四）n nTLC0832的工作时序如下图所示：简单的AD转换电路设计（五）n n时序分析：AD转换时序的开始要先将CS置为低（CS必须在整个转换过程中被置为低），通过时钟的上升沿将DI的控制信息发送给TLC0832，来选择通道，然后，再通过时钟的下降沿将DO的数据发送回51。当CS为高后，转换结束。在每一个输入时钟上升沿，DI上的每位数据就会被传输到器件0832。DI有三个位，第一个输入位是起始位，它为高电平。然后，就是两个选择通道的位，即SGL与ODD。简单的AD转换电路设计（六）TLC0832输出的数字信号量先是以MSB为首的数据流，接着就是以LSB为首的数据流，这两个数据流

27、完全一样，只是数据流的读取方式不一样。MSB为首的位数据流是先将转换后的位数据的高位发给芯片，而LSB为首的位数据流是先将低位发给芯片。将MSB为首的位数据读完后，对于LSB那些数据可以不保存，但是要用时钟将它们一一读完。这些数据流都是在输入时钟的下降沿开始读的，每个下降沿就会将一个数据位输入到中。简单的AD转换电路设计（七）n n对于对于DIDI控制信息的时序实现如下：控制信息的时序实现如下：CS=0;/CS=0;/选通选通 CLK=0;CLK=0;DI=1;DI=1;/发送起始位发送起始位 CLK=1;CLK=1;CLK=0;CLK=0;DI=1;/DI=1;/置置SGLSGL为高为高 C

28、LK=1;CLK=1;CLK=0;CLK=0;DI=0;/DI=0;/置置ODDODD为低，选择的是为低，选择的是CH0CH0通道。（通道。（SGLSGL已经置高。）已经置高。）CLK=1;CLK=1;读数字输出量的时序与此类似，不过注意的是，读是由下降沿触发。读数字输出量的时序与此类似，不过注意的是，读是由下降沿触发。简单的AD转换电路设计（八）n nAD转换的验证方法：将从TLC0832中读出的二进制数通过程序转化为模拟量，然后显示在数码管或LCD等显示设备上。n n注意：在编写读写程序时，一定要严格按照资料中给出的时序。温度传感器的设计（一）n n用DS18B20器件可以对温度进行测量。

29、它将测量的温度自动转换为数字信号，通过一根线传输到51芯片中,可以通过简单的编程实现9位的温度读书。温度传感器的设计（二）n n温度传感器的温度显示：将读到的二进制数据转换成十进制，然后显示在数码管或LCD等显示设备上。具体的编程应用，可以看所给的关于DS18B20的资料。n n注意：DS18B20结构简单，只有三个引脚（VCC，GND和一根数据传输线），但是编程时一定要控制好时序和设计好延时。IIC电路的设计（一）n nIIC（Inter-Intergrated Circuit Bus）总线是Philips公司推出的一种二线制总线，它现在已经变作为一种标准的总线系统广泛应用于电子行业中。它只

30、需要通过一个简单双向的由两根线组成的总线就可以完成电路的直接通信。n nIIC信号线是：SCL（serial clock line）与SDA（serial data line）。SCL被用来同步设备之间的数据传送，也就是时钟，它控制着SDA的传输；SDA主要用来传送由总线控制器（芯片）发送给从设备的控制字、地址和主设备与从设备间传送的数据。此外WP用于写保护。IIC电路的设计（二）n n用24LC01来设计IIC电路，注意的是要在它的SCL与SDA分别加上一个上拉电阻。具体的编程应用，可以看所给的关于24LC09TISN的资料。n nIIC电路的验证方法：先用程序将数据写到EEPROM中，再将

31、数据读出来，然后，可以用数码管或LCD等显示设备将数据显示出来。1602字符型液晶n n1602字符型液晶是一种5*7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的内容，1602属于2行16个字的液晶。以下为TC1602的实物图片。n n第1脚：VSS为电源地，接GND。n n第2脚：VDD接5V电源。n n第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，此引脚可接一个10位的电位器调整对比度。n n第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器。n n第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或显示

32、地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。n n第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。n n第714脚：DOD7为8位双向数据线。n n第15脚：BLA背光电源正极输入引脚。n n第16脚：BLK背光电源负极，接GND.n nTC1602液晶模块内部带有标准字库，内部有字符存储器，存有192个5*7点阵字符，32个5*10点阵字符。每个字符有个固定的代码，如“A”的代码为01000001（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到”A“.n1602液晶内部的控制寄存器有11条控制指令，如下表所示。它的读写操作、屏幕和光标操作都是通过编程来实现的。