單片機(jī)原理及應(yīng)用（C51版）教案第7章 單片機(jī)并行擴(kuò)展技術(shù)-16比9

第7章

單片機(jī)并行擴(kuò)展技術(shù)主要講述編址方法，以及ROM、RAM、I/O擴(kuò)展的硬件電路，并在鍵盤(pán)和顯示的內(nèi)容上給出實(shí)際編程案例。單片機(jī)的最小系統(tǒng)7.1總線擴(kuò)展及編址方法7.2存儲(chǔ)器的擴(kuò)展7.3并行I/O的擴(kuò)展7.4第7章

單片機(jī)并行擴(kuò)展技術(shù)7.1單片機(jī)的最小系統(tǒng)最小應(yīng)用系統(tǒng)：維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡(jiǎn)單配置的系統(tǒng)。7.1.180C51/89C51最小應(yīng)用系統(tǒng)7.1.28031最小應(yīng)用系統(tǒng)7.2總線擴(kuò)展及編址方法7.2.1單片機(jī)的外總線結(jié)構(gòu)1.地址總線寬度為16位，尋址范圍216＝64KB高8位地址由P2口提供，低8位地址由P0口提供P0口為數(shù)據(jù)/地址分時(shí)復(fù)用，ALE的下降沿將P0口輸出的地址鎖存入鎖存器中。2.數(shù)據(jù)總線由P0口提供，其寬度為8位。3.控制總線EA：內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器的選擇控制信號(hào)，電平高低由用戶決定；EA=0：只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器；EA=1：地址低于1000H時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部ROM，否則，訪問(wèn)外部ROM。ALE：地址鎖存允許信號(hào)；PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀信號(hào)，訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生。WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)，執(zhí)行MOVX指令時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生。RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)，執(zhí)行MOVX指令時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生。7.2.1單片機(jī)的外總線結(jié)構(gòu)

片外可擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器最大容量為64KB，范圍0000H～FFFFH。片外可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大容量為64KB，范圍0000H～FFFFH。為了配置外圍設(shè)備而需要擴(kuò)展的I/O口與片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，不再另外提供地址線。

7.2.2單片機(jī)的擴(kuò)展能力7.2.3地址譯碼方法CPU發(fā)出的地址信號(hào)必須實(shí)現(xiàn)兩種選擇：首先對(duì)存儲(chǔ)器芯片的選擇，使相關(guān)芯片的片選端CS為有效，這稱(chēng)為片選。然后在選中的芯片內(nèi)部再選擇某一存儲(chǔ)單元，這稱(chēng)為字選。連接方法：存儲(chǔ)器芯片的地址線和單片機(jī)的地址總線中的若干條低位地址線對(duì)應(yīng)相連，其余的地址線（通常是P2口的高位地址）通過(guò)地址譯碼來(lái)產(chǎn)生外部存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。1.線選法：將多余的高位地址線中單獨(dú)的一根直接接到存儲(chǔ)器芯片使能端上。7.2.3地址譯碼方法地址P2.7A15P2.6A14P2.5A13P2.4A12P2.3A11P2.2A10P2.1A9P2.0A8P0.7A7P0.6A6P0.5A5P0.4A4P0.3A3P0.2A2P0.1A1P0.0A02764（1）××110001010101010101010101010101首址末址2764（2）××001101010101010101010101010101首址末址6264（1）11110001010101010101010101010101首址末址6264（2）11001101010101010101010101010101首址末址8255001111××××××××××××××××××××××0101首址末址編址方法對(duì)存儲(chǔ)空間的使用是斷續(xù)的，不能充分有效地利用存儲(chǔ)空間，且擴(kuò)充存儲(chǔ)容量受限。7.2.3地址譯碼方法2.譯碼法：使用譯碼器對(duì)系統(tǒng)的高位地址進(jìn)行譯碼，譯碼輸出作為存儲(chǔ)芯片的片選信號(hào)。（1）全譯碼法——地址譯碼器使用了全部高位地址線，地址與存儲(chǔ)單元一一對(duì)應(yīng)。（2）部分譯碼法——地址譯碼器僅對(duì)余下高位地址線的一部分進(jìn)行譯碼，地址重疊。圖7-4全譯碼法應(yīng)用實(shí)例7.2.3地址譯碼方法圖7-4所示是全譯碼法的一個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用實(shí)例，圖中各芯片的地址范圍如下：2764（1）：0000000000000000B～0001111111111111B，0000H～1FFFH。2764（2）：0010000000000000B～0011111111111111B，2000H～3FFFH。6264（1）：0000000000000000B～0001111111111111B，0000H～1FFFH。6264（2）：0010000000000000B～0011111111111111B，2000H～3FFFH。8255：010×××××××××××00B～010×××××××××××11B，

即：

4000H～4003H，

……，

5FFCH～5FFFH等。

7.2.3地址譯碼方法7.3存儲(chǔ)器的擴(kuò)展7.3.1EPROM程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1.EPROM芯片簡(jiǎn)介-紫外線擦除可編程只讀存儲(chǔ)器A0～Ai：地址線（不同容量芯片的地址線數(shù)目不同）；O0～O7：8位輸出數(shù)據(jù)線；CE：片選端；OE：輸出允許；Vpp：編程電壓；PGM：編程脈沖輸入。7.3.1EPROM程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展2.EPROM基本擴(kuò)展法7.3.1EPROM程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展【例7-1】用兩片2764EPROM芯片為803l單片機(jī)擴(kuò)展16KB的程序存儲(chǔ)器，試畫(huà)出線路連接圖。將2片2764芯片低8位地址線A0~A7都通過(guò)地址鎖存器與8031的P0口的P0.0~P0.7相連，高5位地址線A8~A12直接和P2口的P2.0~P2.4相連（片內(nèi)尋址）。2片2764的數(shù)據(jù)線D0~D7都直接接到P0口，作為數(shù)據(jù)總線。PSEN與2片2764的OE端直連剩余高地址線通過(guò)線選法或譯碼產(chǎn)生2片2764的片選信號(hào)連接方法：

7.3.1EPROM程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展兩個(gè)芯片的地址范圍如下：①2764（1）：××00000000000000B～××01111111111111B②2764（2）：××10000000000000B～××11111111111111B部分譯碼方式和線選法一樣同樣浪費(fèi)地址空間，出現(xiàn)地址重疊的情況。7.3.1EPROM程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展3.片外ROM操作時(shí)序片外ROM讀（產(chǎn)生PSEN信號(hào)）片內(nèi)片外ROM選擇，用EA。片外ROM最大容量64K。讀外部ROM時(shí)序。7.3.1EPROM程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1.RAM芯片簡(jiǎn)介A0～A12：13位地址線；D0～D7：8位輸出／輸入數(shù)據(jù)線；CE1，CE2：片選端；OE：輸出允許；WE：寫(xiě)允許信號(hào)；Vcc、Vss：+5V電源和接地端。7.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展7.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展2.外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法7.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展【例7-2】用三片6264芯片為89C51單片機(jī)擴(kuò)展24KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，分別采用線選法、部分譯碼法和全譯碼法來(lái)實(shí)現(xiàn)，并給出各芯片的地址范圍，譯碼芯片不限。7.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展連接方法：

將3片6264芯片低8位地址線A0~A7都通過(guò)地址鎖存器與89C51的P0口的P0.0~P0.7相連，高5位地址線A8~A12直接和P2口的P2.0~P2.4相連（片內(nèi)尋址）。3片6264的數(shù)據(jù)線D0~D7都直接接到P0口，作為數(shù)據(jù)總線。RD與3片6264的OE端相連，WR與3片6264的WE端相連剩余高地址線通過(guò)線選法或譯碼產(chǎn)生3片6264的片選信號(hào)線選法：P2.5＝0、P2.6=1和P2.7=1時(shí)，選中第一個(gè)RAM，地址范圍為：0C000H~0DFFFHP2.5＝1、P2.6=0和P2.7=1時(shí)，選中第二個(gè)RAM，地址范圍為：0A000H~0BFFFHP2.5＝1、P2.6=1和P2.7=0時(shí)，選中第三個(gè)RAM。地址范圍為：06000H~07FFFH顯然，用線選法會(huì)使存儲(chǔ)空間不連續(xù)，同時(shí)不能充分有效地利用存儲(chǔ)空間，擴(kuò)充存儲(chǔ)容量受限。7.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展部分譯碼法：用P2.6~P2.7與2-4譯碼器直連，我們用其中的三個(gè)輸出信號(hào)（假設(shè)為Y0、Y1、Y2）與三片存儲(chǔ)器的/CE端相連，則：第一個(gè)RAM的地址范圍為：0000H~1FFFH和2000H~3FFFH第二個(gè)RAM的地址范圍為：4000H~5FFFH和6000H~7FFFH第三個(gè)RAM的地址范圍為：8000H~9FFFH和A000H~BFFFH每個(gè)芯片占用了16K的地址空間，而每個(gè)芯片實(shí)際的容量是8K，原因是地址線P2.5沒(méi)有參與譯碼，這種部分譯碼方式也存在地址空間浪費(fèi)的情況。7.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展譯碼器換成74LS138，則A13（P2.5）也參與了譯碼，這種全譯碼（所有剩余高地址線都參與譯碼）方式不存在地址空間浪費(fèi)。7.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展6264（1）：0000000000000000B～0001111111111111B，0000H～1FFFH。6264（2）：0010000000000000B～0011111111111111B，2000H～3FFFH。6264（3）：0100000000000000B～0101111111111111B，4000H～5FFFH。7.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展3.讀操作時(shí)序【例】若（DPTR）=2030H，片外RAM單元2030H內(nèi)容為55H，指令MOVXA，@DPTR（該指令代碼為E0H）所在片外ROM的地址為2314H。7.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展4.寫(xiě)操作時(shí)序【例】若（DPTR）=1040H，（A）=88H，指令MOVX@DPTR，A（該指令代碼為F0H）所在片外ROM的地址為2218H。7.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展思考題：請(qǐng)擴(kuò)展1片8KB的RAM和1片8KB的EPROM，并分別寫(xiě)出2個(gè)芯片的地址空間。7.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展7.4并行I/O口的擴(kuò)展MCS-51系列單片機(jī)的外部RAM和I/O口是統(tǒng)一編址的，單片機(jī)可以像訪問(wèn)外部RAM存儲(chǔ)器那樣訪問(wèn)外部接口芯片。7.4.1簡(jiǎn)單I/O擴(kuò)展【例7-3】如圖所示，編寫(xiě)一段程序，功能是按下任意鍵，使對(duì)應(yīng)的LED發(fā)光。7.4.1簡(jiǎn)單I/O口擴(kuò)展分析：74LS244是8路緩沖線驅(qū)動(dòng)器(三態(tài)輸出)，G1、G2為低電平時(shí)，信息輸入到P0口的數(shù)據(jù)總線上，G1、G2為高電平時(shí)，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。74LS273是8D觸發(fā)器，CP下降沿將P0口輸出的數(shù)據(jù)鎖存到輸出端。#include <reg51.h> //51系列單片機(jī)頭文件#include <absacc.h> //定義地址需要的頭文件#define ucharunsignedchar //宏定義#define addr_ICXBYTE[0x0feff] //定義外部芯片的地址void main() //主函數(shù){uchar temp； //定義一個(gè)臨時(shí)變量while(1){temp=addr_IC；addr_IC=temp；}}參考程序：7.4.2LED數(shù)碼管顯示接口1.LED數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)共陽(yáng)極：8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極全部連接在一起組成公共端，8個(gè)發(fā)光二極管的陰極則單獨(dú)引出。共陰極：8個(gè)發(fā)光二極管的陰極全部連接在一起組成公共端，8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極則單獨(dú)引出。2.LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方法（1）靜態(tài)顯示法當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。占用硬件多，一般用于顯示器位數(shù)較小的場(chǎng)合。7.4.2LED顯示接口【例7-4】試將字符數(shù)組tempchar中的兩個(gè)單BCD碼通過(guò)74LS164并行輸出并顯示到兩位LED數(shù)碼管，如圖所示。假設(shè)LED數(shù)碼管是共陽(yáng)的。7.4.2LED顯示接口#include <reg51.h> //51系列單片機(jī)頭文件#define ucharunsignedchar //宏定義#define uintunsignedint //宏定義sbit MR=P1^0； uchar codeseg[]={0xc0，0xf9，0xa4，0xb0，0x99，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90}；//0~9對(duì)應(yīng)的字形碼uchar tempchar[]={0x06，0x08}；void main() //主函數(shù){uinti；SCON=0x00； //串行口方式0初始化MR=1； //選通74LS164for(i=0；i<2；i++){SBUF=seg[tempchar[i]]；while(!TI)；TI=0；}while(1)；}參考程序：7.4.2LED顯示接口（2）動(dòng)態(tài)顯示法一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次，調(diào)整電流和顯示時(shí)間間隔，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。7.4.2LED顯示接口【例7-5】下圖為用單片機(jī)P2口和P1口構(gòu)成的動(dòng)態(tài)顯示的電路，共有6個(gè)共陽(yáng)極LED數(shù)碼顯示器，P2口為字段口，輸出字形碼，P2.0～P2.7分別與“a、b、c、d、e、f、g、dp”對(duì)應(yīng)相連，P1口為字位口，輸出位碼。編寫(xiě)程序，使下圖的動(dòng)態(tài)掃描顯示電路從左到右顯示l、2、3、4、5、6共六個(gè)字符,設(shè)晶振頻率12MHz。7.4.2LED顯示接口在第一時(shí)刻從P2口輸出1的字形碼，從P1口輸出00100000B，使最左邊的LED點(diǎn)亮；延時(shí)一段時(shí)間后，從P2口輸出2的字形碼，從P1口輸出00010000B，使左邊第二個(gè)LED點(diǎn)亮；依次循環(huán)......最后從P2口輸出6的字形碼，從P1口輸出0000001B，使最右邊的LED點(diǎn)亮。再回過(guò)頭從左邊第一個(gè)開(kāi)始。分析#include <reg51.h> #include <intrins.h> #define ucharunsignedchar #define uintunsignedint uchar codeseg[]={0x0f9，0x0a4，0x0b0，0x99，0x92，0x82}；

voiddelaynms(uintn){ uinti，j；for(i=0；i<n；i++)for(j=0；j<125；j++)；}參考程序1：7.4.2LED顯示接口void main() //主函數(shù){uinti；ucharlen，bitOffset；while(1){len=0x06； //程序循環(huán)計(jì)數(shù)器，

6個(gè)字符一循環(huán)bitOffset=0x20； //位碼，首先令

P1.5=1，然后依次移位for(i=0；i<len；i++){P2=seg[i]；P1=bitOffset；bitOffset=_cror_(bitOffset，1)；//右環(huán)移一次delaynms(10)；}}}#include <reg51.h> #include <intrins.h> #define ucharunsignedchar #define uintunsignedint uchar codeseg[]={0x0f9，0x0a4，0x0b0，0x99，0x92，0x82}；ucharlen，bitOffset；uinti；void main() {TMOD=0x01；TL0=0x3c； //定時(shí)2.5ms的初值TH0=0xf6； ET0=1；EA=1；TR0=1；i=0； //字偏移len=0x06； //程序循環(huán)計(jì)數(shù)器，6個(gè)字符一循環(huán)bitOffset=0x20； //位碼，首先令P1.5=1，然后依次移位while(1)；}參考程序2（采用定時(shí)器中斷方法）：7.4.2LED顯示接口void timer0()interrupt1 {P2=seg[i]；i++；P1=bitOffset；bitOffset=_cror_(bitOffset，1)；if(i>=6){i=0； len=0x06； bitOffset=0x20； }TL0=0x3c；TH0=0xf6； }7.4.3鍵盤(pán)接口1.非編碼鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)必須解決以下問(wèn)題：（1）判定是否有鍵按下。（2）若有鍵按下，判定是哪個(gè)鍵按下，確定被按鍵的“鍵值”。（3）除抖動(dòng)。（4）準(zhǔn)確得出按鍵值（或鍵號(hào)），以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。（5）同一按鍵長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)按下。（6）處理同時(shí)按鍵。2.單片機(jī)對(duì)非編碼鍵盤(pán)的控制方式（1）程序查詢方式

CPU時(shí)刻處于鍵盤(pán)檢測(cè)狀態(tài)，不能干別的事情，效率低下，很少用。

（2）定時(shí)掃描方式在定時(shí)中斷中，調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序，查詢按鍵狀態(tài)，此方法常用。（3）中斷掃描方式當(dāng)鍵盤(pán)有鍵閉合時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行服務(wù)程序，判斷鍵號(hào)，做相應(yīng)處理，效率最高。7.4.3鍵盤(pán)接口3.獨(dú)立式按鍵接口電路軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于應(yīng)用系統(tǒng)中的鍵較少的場(chǎng)合?！纠?-6】根據(jù)右圖所示的獨(dú)立式按鍵電路，編寫(xiě)查詢方式的按鍵掃描函數(shù)keyScan，Kn（n=1～4）閉合時(shí)，返回n，否則返回0。7.4.3鍵盤(pán)接口//按鍵掃描函數(shù)，返回掃描鍵值#include <reg51.h> #define ucharunsignedchar

#define uintunsignedint #definekeyPortP3voiddelaynms(uintn){ uinti，j；for(i=0；i<n；i++)

for(j=0；j<125；j++)；}參考程序：7.4.3鍵盤(pán)接口ucharkeyScan(){ucharkeyval；if((keyPort&0xf0)!=0xf0){delaynms(10)；if((keyPort&0xf0)!=0xf0){keyval=keyPort&0xf0；while((keyPort&0xf0)!=0xf0)；switch(keyval){case0xe0：return1；break；case0xd0：return2；break；case0xb0：return3；break；case0x70：return4；break；default：return0；break；}}}return0；}4.矩陣式鍵盤(pán)鍵盤(pán)掃描程序應(yīng)包括以下內(nèi)容：檢測(cè)當(dāng)前是否有鍵按下；有鍵閉合時(shí)，消除抖動(dòng)；依次給每一條行線送出0信號(hào)，其余各行線均為1，并相繼檢測(cè)每一次掃描時(shí)所對(duì)應(yīng)的列狀態(tài)。若各列全為1，表示為0的