第五章接口与系统扩展

27256
Vcc A14 A13 A8 A9 A11 OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3 14
程序存储器 2764 的扩展：
D0-D7
P0.0-P0.7
ALE EA PSEN P2.0-P2.4
8D
G OE
8Q
A0-A7
OE A8-A12
CE
单片机
锁存器 74LS373
EPROM 2764
2
接口与端口
本课程中讲到的接口可以是→器件 →功能模块 →电路板卡→设备/装臵→ …… 口地址 → 可寻址的寄存器/端口
☞地址线条数n决定：寻址范围 = 2n MCS-51寻址范围 = 216 = 6址：设计过程
编址方式：
对I/O与存储器编址通常有两种方式： ☞ 独立编址方式： I/O与存储器分别编址 (例如IBM-PC) ☞ 统一编址方式： I/O与存储器合在一起编址(单片机应用系统)
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三、LED显示器的扩展(软件译码)
LED数码管的译码：软件译码
AT89C51
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
+5V
f e
a g
d
共阳LED
b c
h
软件译码特点: 不用专用的译码/驱动器件，驱动功率较小；不增 加硬件的开销；软件编程较复杂；字型灵活(比如： 有八段，可译多种字符，字型好看……)。
2764
Vcc PGM NC A8 A9 A11 OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3
Vpp A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND
27128
Vcc PGM A13 A8 A9 A11 OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3
Vpp A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND
7
☞ 译码寻址：通过译码电路对单片机可利用的高位 地址线进行译码，以得到较多的片选信号。
对于一些要求外部RAM容量较大，外扩芯片数量
较多的应用系统；（P.138） 地址较连续，重叠现象相对少； 硬件电路复杂。 全译码与部分译码： ——全译码：低位地址线用做片内译码，剩余的 全部地址线作片选译码（没有地址重叠）； ——部分译码：低位地址线用做片内译码，剩余 的地址线部分用作片选译码（有地址重叠）。
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显示器接口扩展
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三、LED显示器的扩展(结构)
LED数码管的结构：①共阳与共阴
公共阳极 接高电平
h g f e d c b a
P.173
高电平点亮 h g f …… a
f e
a g d
b
c h
h g f …… a 低电平点亮
f e
a g d
b
c h
接地
h g f e d c b a
公共阴极
P2口是高8位地址口。
P2.7 A15 P2.6 A14 P2.5 A13 P2.4 A12 P2.3 A11 P2.2 A10 P2.1 A9 P2.0 A8
线选寻址与译码寻址
(P.138)
5
☞ 线选寻址：通常用单片机的高8位地址线A8-A15 中的一条或几条地址线与外部接口芯片的片选相连， 以实现寻址。
A0-A7
ALE
G
OE A8-A12 CE2 CE1 OE WE SRAM6264
锁存器 74LS373
51单片机能提供16条地址线，可扩展64K字节 的RAM。可以用一片芯片，也可以用多片RAM
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三、串行存储器E2PROM的扩展
串行E2PROM的扩展： 有时需要扩展串行E2PROM来存储少量重要数据(如: 校正因子、曲线或其他关键数据，其优点是掉电不 丢失数据，还能随时改写。
74LS164
h g f e d c b a
74LS164
89C51 单片机
共阳LED 数码管
+5V
有几个LED就要几个74LS164，但只要数据不变， 送一次就保持住了，且不闪烁，编程十分简单。 例子参见P176,该静态显示利用串行口完成
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LED数码管动态显示举例
工作原理：从P0口送段代码,P1口送位选信号。段码虽同时 到达 6个LED，但一次仅一个LED被选中。利用“视觉暂 留”，每送一个字符并选中相应位线，延时一会儿,再送/ 选下一个……循环扫描即可。
如:24c01(1Kbit)/24c02(2Kbit)/24c04(4Kbit)……
A0 A1 A2 Vss
24cxx
Vcc WP SCL SDA
18
I2C总线
——同步串行总线，传输速率为100kbps-400kbps； ——器件地址由7位组成：
D7 D6 D5 D4 A2 A1 A0 R/W
I2C总线时序：
如:6116(2K)/6264(8K)/62128(16K)/628128(128K) ……
Vpp A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND Vcc WE CE2 A8 A9 A11 OE A10 CE1 D7 D6 D5 D4 D3 Vpp A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND Vcc WE A13 A8 A9 A11 OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3 16
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LED数码管的软件译码
公共阳极
接高电平
h g f e d c b a
高电平点亮 h g f …… a
f e
a g d
b c h
h g f …… a 低电平点亮
f e
a g d
b c h
接地
h g f e d c b a
公共阴极
八段LED数码管段代码编码表(连线不同可有多种表):
字形 共阴 0 3F 1 0F9 06 2 0A4 5B 3 0B0 4F 4 99 66 5 92 6D 6 82 7D 7 0F8 07 8 80 7F 9 90 6F 黑 0FF 00
第五讲：接口与系统扩展
本讲重点：
接口概念,单片机的编址与译码方法;
片外RAM与片外ROM扩展（参考范例应用）;
LED显示接口（动态与静态，硬件译码与
软件译码，电路与编程应用） ; 键盘接口（键盘种类,矩阵键盘和独立键盘的 编程）
1
I/O接口的作用/功能/定义 计算机/单片机与外设之间起桥梁作用的 电路或部件——接口(interface)。 协调两者间的差异。 速度不一致 所需功率/电平不匹配 信号形式不同 数据格式不一致
动态显示特点:
用元器件少，占I/O线少，有闪烁，必须扫描，花费CPU时间， 编程复杂(有多个LED时尤为突出），功耗低。
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LED数码管静态显示举例
+5V VCC TxD RxD
A B CLK A B CLK A B CLK
CLR
CLR
CLR
h g f e d c b a
74LS164
h g f e d c b a
单片机内部没有ROM,或虽有ROM但容量太小时, 必须扩展外部程序存储器方能工作。最常用的 ROM器件是EPROM。 如: 2764(8K)/27128(16K) /27256(32K)/27040(512K)……
Vpp A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND
段 代 码
P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
7406 OC门 X 3
+5V 上拉 电阻 ×14
AT89C51
共阴 数码管
位 选 线
P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.2 P1.0 31
要求：此处为共阴数码管，P0口送段代码，P1口送位选信号。 通过查表实现动态显示。 条件：待显数据(00H—09H)已放在: 7FH—7AH单元中(分别 对应十万位～个位) 说明：由于用了反相驱动器7406，要用共阳译码表。 段 代 码
＠ 单片机系统扩展LED数码管时多用共阳LED: 共阳数码管每个段笔画是用低电平(“0”)点亮的,要求驱动 功率很小；而共阴数码管段笔画是用高电平(“0”)点亮的， 要求驱动功率较大。 ＠ 通常每个段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻。
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三、LED显示器的扩展(结构)
LED数码管的译码：②硬件译码与软件译码
线选法一般用于扩展少量的片外存储器和I/O接口
芯片； 优点：硬件电路简单，不需要译码电路。 缺点：整个地址空间不连续，各个接口电路的地 址空间有可能是重叠的。
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☞ 线选寻址：
MCS-51单片机
P2.5 P0口 P2.2-2.0
/CE AD7-0 A10 A9 A8 RAM （2K）
P2.5 做 RAM 片选线 （0000H—07FFH） P2.2,P2.1,P2.0与P0口共同寻址 2K字节存储单元 地址范围： XX0X X000 0000 0000 XX0X X111 1111 1111
AT89C51
P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
CD4511
D C B A
共阴LED
g f e d c b a
f e
a g d
b c h
74LS48/CD4511是“BCD码→七段共阴译码/驱 动”IC; 74LS47是“BCD码→七段共阳译码/驱 动”IC 硬件译码特点:采用专用的译码/驱动器件,驱动功 率较大;增加了硬件的开销;软件编程简单;字型固 定(比如:只有七段,只可译数字,字型不好看…)。
——起始信号； ——停止信号； ——应答信号； ——数据信号。
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Vcc 4.7~10k