单片机原理与应用技术第5章并行接口扩展.ppt
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1、第5章 MCS-51单片机 外部并行接口扩展技术5.1系统总线扩展及编址技术 5.2 存储器扩展 5.3 并行口扩展 5.4 键盘/显示器接口扩展技术 5.1 系统总线扩展及编址技术 5.1.1 系统总线扩展系统总线扩展 MCS-51系列单片机系统扩展主要包括存储器扩展和I/O口的扩展。存储器扩展分为程序存储器的扩展、数据存储器的扩展。它们的扩展能力为:v1程序存储器可扩展至64KB;v2数据存储器可扩展至64KB;v3I/O口的扩展;图5.1 MCS-51系统扩展结构图 单片机存储器的扩展过程中使用的外部总线有以下三种:v1地址总线:P0口(A0A7)),P2口(A8A15)v2数据总线:P
2、0口(A0A7);v3控制总线:控制信号的具体定义见表5.1。表5.1 控制信号功能 控制信号控制信号 方向方向 控制信号控制信号 ALE 输出 P0口的地址锁存信号,用于低8位地址锁存控制。PSEN输出外部程序存储器读选通信号。EA输入片内/片外程序存储器访问的控制信号;EA=1时,在片内存储器范围内访问片内程序存储器,当超过片内存储器范围,自动访问片外程序存储器;当EA=0时,只能访问片外程序存储器。WR输出 外部RAM或扩展I/O口写信号。RD输出 外部RAM或扩展I/O口读信号。图图7-1(a)MCS-51访问外部程序存储器时序波形访问外部程序存储器时序波形P1P2S1XTAL2(OS
3、C)S2S3S4S5S6P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2ALEPSENRDWR地址:A15A8地址:A15A8P2A7A0指令A7A0P0一个机器周期一个机器周期5.1.2 编址技术 线选法:一般是利用单片机的最高几位空余的地址线中的一根作为某一片存储器芯片或I/O接口芯片的“片选”控制线。v译码器法:当应用系统中扩展芯片较多时,单片机空余的高位地址线不够用。这是常用译码器对空余的高位地址线进行译码,而译码器的输出作为“片选”控制线。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:74LS13874LS138双2/4译码器74LS139引脚图5.2 存储器扩展
4、v5.2.1 程序存储器的扩展 v5.2.2 数据存储器的扩展 v5.2.2 非易失数据存储器的扩展5.2.1 程序存储器的扩展v EPROM的扩展方法 基本扩展方法扩展存储器的:v地址总线由P0口和P2口提供,具体使用多少由扩展容量决定;v数据总线由P0口提供;vCE决定地址范围,编织方式不同,连接方法不同(只有一片芯片时,直接接地,处于常选通状态).程序存储器OE信号由单片机的PSEN线控制返回本节P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VSS12345678910
5、111213141516171819208031805187514039383736353433323130292827262521222324VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0MCS-51单片机的引脚单片机的引脚 配置图配置图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AD
6、AD0 07 7。P P2.02.7:高:高8 8位地址信号位地址信号ABAB8 81515ALEALE: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片选方法:片选方法:1.1.线选法线选法单片机剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线。单片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单片机
7、剩余高位地址总线通过地址译码器输出片选信号。单片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。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。5-2-15-2-1 EPROM 2716EPROM 2716扩展多片片外程序存储器方法片选信号CE的连接决定每片芯片的地址范围片选信号由线选法产生,P2.5为低电平时
8、选中2764(a)为高电平时选中2764(b)因此:2764(a)的地址范围为0000H1FFFH,而2764(b)的地址范围为2000H3FFFH。数据存储器的扩展 下图是数据存储器的基本扩展电路。从图中可以看出,数据存储器的扩展电路中的控制信号是和。单片机的和分别接RAM的读允许和写允许,实现读/写控制。是RAM的片选端,在只有一个芯片的情况下,直接接地,处于常选通状态。当有多个扩展芯片时,的连接方式决定着它的地址范围。数据存储器基本扩展电路例例三片三片8KB8KB的存储器芯片组成的存储器芯片组成 24KB 24KB 容量的存储器。容量的存储器。确定各存储器确定各存储器芯片的地址空间:芯片
9、的地址空间:D07R/WCEA012D07R/WCE1A012CE2D07R/WCEA012D07R/WCEA012CE3设设CECE1 1、CECE2 2、CECE3 3分别连接单片机分别连接单片机的高位地址总线的高位地址总线ABAB1313、ABAB1414、ABAB1515ABABi 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
10、0000 00001101101 1111 1111 1111=C000H1 1111 1111 1111=C000HDFFFHDFFFH:1011010 0000 0000 00000 0000 0000 00001011011 1111 1111 1111=A000H1 1111 1111 1111=A000HBFFFH BFFFH:0110110 0000 0000 00000 0000 0000 00000110111 1111 1111 1111=6000H1 1111 1111 1111=6000H7FFFH 7FFFH 5.2.2 非易失数据存储器的扩展 v非易失性存储器NVRA
11、Mv有电池式和形影式v如:2KB非易失随机存储器DS1220AB/AD 32KB非易失性随机存储 DS1230Y/AB 5.3 并行口扩展 v5.3.1 简易8位并行口扩展(377、373、245)v5.3.2 可编程RAM/IO芯片8155接口设计 5.3.1 简易8位并行口扩展 v1.用锁存器74LS377扩展简单的8位输出口 74LS377是一种8D触发器,利用它可以进行简单的并行口扩展。74LS377引脚图当74LS377的接收端E为低电平且时钟CLK端电平正跳时,D0D7端的数据被锁存到8D触发器中。2.用三态门74LS244扩展8位并行输入口 v74LS244是一种三态输出的8总线
12、缓冲驱动器,无锁存功能。74LS244引脚图当 EN为 低 电平时,Ai信号传送到Yi;当为 EN高 电 平时,Yi处于禁止高阻状态。下下图图是是用用74LS244通通过过P0口口扩扩展展的的8位位并并行行常常态输入接口。三态门由态输入接口。三态门由P2.6和相或控制。和相或控制。用74LS244扩展8位并行输入口5.3.2可编程RAM/IO芯片8155接口设计v8155的结构及引脚 v命令/状态寄存器 v8155与单片机连接方法 5.3.2 可编程I/O口扩展表7-1常用Intel系列可编程接口芯片型号名称说明8155并行接口带256字节的RAM和14位定时/计数器8255通用并行接口825
13、1同步/异步通讯接口8253定时/计数器8279键盘/显示接口v18155的结构和技术性能v8155内部具有:v(1)256字节的静态RAM,存取时间为400ns。v(2)三个通用的输入/输出口。v(3)一个14位的可编程定时/计数器。v(4)地址锁存器及多路转换的地址和数据总线。v(5)单一+5V电源,40脚双列直插式封装。(a)逻辑结构(b)引脚图8155的逻辑结构及引脚的逻辑结构及引脚各引脚功能如下:vAD0AD7:三态地址/数据线。8位。是低8位地址与数据复用线引脚。地址可以是8155内部RAM单元地址或是I/O口地址。AD0AD7上的地址由ALE的下降沿锁存到8155内部地址锁存器。
14、也就是由ALE信号来区别AD0AD7上出现的是地址信息还是数据信息。vALE:地址锁存允许信号。在ALE信号的下降沿把AD0AD7上的8位地址信息、片选信号及IO/(IO端口/RAM选择)信号都锁存到8155内部锁存器中。vIO/M:I/O端口和RAM选择信号。当IO/M=1时,AD0AD7的地址为8155I/O口地址,选择I/O端口;当IO/M=0时,AD0AD7的地址为8155内部RAM单元地址,选择RAM存储单元。vCE:片选信号线,低电平有效,由ALE信号的下降沿锁存到8155内部锁存器。vRD:读选通信号。低电平有效。当RD=0,且CE=0时,开启AD0AD7的缓冲器,被选中的内部R
15、AM单元(IO/=0)或IO口(IO/=1)的内容送到AD0AD7上。vWR:写选通信号。低电平有效。当WR、CE都有效时,CPU输出到AD0AD7上的信息写到8155内部RAM单元或I/O端口。vPA0PA7:A口的I/O线(8位)。vPB0PB7:B口的I/O线(8位)。v PC0PC7:C口的I/O线(6位)。v TIN:定时器输入。定时器工作所需的时钟信号由此端输入。vTOUT:定时器输出。根据定时器工作方式,TOUT端可输出方波或脉冲。vVCC:+5V电源;v VSS:接地。v28155的RAM和I/O地址编码表6-38155口地址分布v38155的工作方式与基本操作v(1)作片外2
16、56字节RAM使用。v(2)作扩展I/O口使用。v(3)作定时器使用8155命令控制字格式命令控制字格式TM2 TM1 IEB IEA PC2 PC1 PB PA00:ALT111:ALT201:ALT310:ALT4C口工作方式及控制信号分布(00)(11)(01)(10)8155 I/O的逻辑组态.8155PAPBPCPC2PC1=008155PAPBPCPC2PC1=118155PAPBPC3PC5PC2PC1=01PC0PC1PC2INTRABFASTBA8155PAPBPC2PC1=10PC0PC1PC2INTRABFASTBAPC3PC4PC5INTRBBFBSTBB8155状态字
17、格式TIMERINTEBBFBINTRBINTEABFAINTRATIMER中断请求标志位TIMER溢出置1CPU读8155状态后复0M2M1T13T12T11T10T9T8T7T6T5T4T3T2T1T08155定时器格式及输出方式定时器格式及输出方式输出方式控制码v4MCS-51单片机与8155的接口与操作v MCS-51单片机可直接和8155连接而不需要任何外加逻辑,可以直接为系统增加256字节外部RAM、22根I/O线及一个14位定时器。其基本硬件连接方法如下图。图6-288155和8031的连接方法返回本节P0.0P0.1P0.7AD0AD1AD7P2.7P2.6上图中上图中8155
18、8155的的RAMRAM和各端口地址分配如下和各端口地址分配如下 将将8155片内片内RAM中中0070单元中的数据送至单元中的数据送至8155A口输出。口输出。【实现程序】:CLRP2.7 ;使=0,选中8155SETB P2.6;使IO/=1,对端口操作MOVA,#01H;命令控制字,A口为输出 MOV R0,#00H;指向命令寄存器MOVX R0,A;写入命令控制字 CLRP2.6;使IO/=0,对RAM操作MOVR1,#70H;指向RAM70H单元 MOVXA,R0;取出RAM中数据 SETBP2.6;使IO/=1,对端口操作 INCR0;指向A口 MOVXR0,A;从A口输出8031
19、扩展3片6264,1片2764,1片8155逻辑图逻辑图803174LS37327646264I6264II6264III8155ALEP0D0D7D0D7D0D7D0D7AD0AD7A0A7P2.0P2.4A0A7A0A7A0A7A8A13A8A13A8A13A8A13PSENOECEOEOEOEWEWEWEREWEREWEALEIO/MP2.474LS138P2.5P2.7A,B,CG1G2G+5VCECECECEY3Y2Y1Y0RSTRST复位电路EA8031扩展3片6264,1片2764,1片8155v地址范围地址范围v程序存储器程序存储器2764:0000H1FFFH (000000
20、0011111ff)v数据存储器数据存储器6264 (I):0000H1FFFH (0000000011111ff)v数据存储器数据存储器6264(II):2000H3FFFH (0010000111111ff)v数据存储器数据存储器6264(III):4000H5FFFH (0100001011111ff)v8155的数据存储器的数据存储器 :6000H60FFH (0110001100000ff)v8155的的I/O接口:接口:7000H7005H (011100111000000101)1 命令命令/状态字寄存器状态字寄存器:7000H 2 PA口寄存器口寄存器:7001H3 PB口寄存
21、器口寄存器:7002H 4 PC口寄存器口寄存器:7003H5 定时定时/计数器寄存器计数器寄存器L:7004H 6 定时定时/计数器寄存器计数器寄存器H:7005H5.4 键盘/显示器接口扩展技术 v5.4.1 显示器结构与工作原理 v5.4.2 键盘接口工作原理 v5.4.3 键盘/显示器专用接口芯片8279工作原理 v5.4.4 键盘/显示器接口实例 5.4.1 显示器结构与工作原理v1.LED显示器结构与工作原理 vLED显示器的结构如图所示。由8个发光二极管按“日”字形排列。分别控制各笔画段的LED,使其中的某些发亮,从而可以显示出09的阿拉伯数字符号以及其它能由这些笔画段构成的各种
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- 单片机 原理 应用技术 并行 接口 扩展
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