单片机外围电路扩展讲解
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51单片机的外围电路
数码管（二）
共阴与共阳的内部电路如下图所示：
数码管（三）
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(a～g 是7个笔段电极，DP为小数点) 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。
MCS-51单片机的系统扩展及应用
通过地址总线、数据总线和控制总线实现系统 的扩展 介绍外围电路的扩展
3.1：程序存储器的扩展 3.2：数据存储器的扩展 3.3：指示小灯 3.4：按键扩展 3.5：数码管应用 3.6：A/D转换器接口 3.7：温度传感器接口 3.8：IIC电路扩展 3.9：液晶电路
静态LED数码显示电路（共阳极）
Vcc
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
BCD码 0000
0001
0010
0011
0100
返回
数码管（五）
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。 动态显示的接口电路是把所有LED的8 个笔 划段a~g，dp 同名端连在一起，而每一个 显示器的公共极COM 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。
最小系统板
外扩
AD转换
数码管显示
程序存储器 温度传感器 51单片机 IIC总线
单片机原理第8章 单片机的系统扩展
8.2 程序存储器扩展
8.2 程序存储器扩展
三、确定存储器的地址范围 根据图8-3的电路接法，P2.5、P2.7与寻址无关，均设为“1”。P2.6经非门与片选端相连，当它为“1”时， 可使得片选端有效。这种利用一根地址线与存储器的片选端相连的方法称为线选法。 根据图中的接线分析，此片2764的地址范围是0E000H～0FFFFH。地址范围的分析参见表8-3。 表8-3 2764的地址范围分析
8.1 相关知识链接
8.1 相关知识链接
1. 单片机的总线 所谓总线是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。按照功能通常把系统 总线分成地址总线、数据总线、控制总线。 （1）地址总线 地址总线用于传送单片机的地址信号，以便进行存储单元和I/O口的选择。 地址总线是单向传输，只能从单片机向外部端口发送。地址总线的数目决定了可 以直接访问的存储单元的数目。若有n条地址总线，则具有2n个编码状态，对应 2n个存储单元地址编码，所能访问的最大地址空间为0～2n-1。MCS-51单片机共 有16根地址总线，所能寻址的地址编码范围为0～65535，即通常所说的64KB。 （2）数据总线 数据总线用于单片机与存储器之间或单片机与I/O之间传送数据。数据总线 的位数与单片机的数据处理长度一致。如MCS-51单片机是8位字长，故其数据总 线的位数也是8位。数据总线是双向传输，可以从单片机到存储器、I/O口，也可 以从存储器、I/O口传送到单片机内部。
一、典型的随机存取存储器 芯片Intel 6264 Intel 6264是一种静态RAM芯 片。其中，62是系列号，64与它 的存储容量有关，是说明其中有 64K位的存储容量，8K字节。这个 系列的产品有62128,16K字节； 62256，32K字节。此处重点介绍 Intel 6264芯片。 1. 引脚功能 6264、62128、62256都是28 引脚的静态RAM，其引脚如图所示。
单片机的外围电路
键盘电路设计要点
1 2
去抖处理
消除按键按下时的抖动，确保一次只识别一个按 键。
独立按键与矩阵按键的选择
根据按键数量和单片机I/O口资源选择合适的键 盘形式。
3
接口类型
根据单片机和键盘的接口类型选择合适的连接方 式，如直接连接或通过I2C、SPI等通信协议连接。
05
通信接口电路
通信接口电路的作用与类型
寻址方式
每个设备具有唯一的地址，通过地址码进行访问。
数据传输速率
最高可达400kHz。
06
外围电路的干扰与防护
外围电路的干扰来源与影响
01
02
03
04
电源噪声
由于电源线路上的电压波动和 电流脉冲，可能导致单片机工
作异常。
信号线耦合
信号线之间的电磁场相互作用 ，可能导致信号的畸变或噪声
。
接地回路
不同电路之间的地线连接可能 形成地线回路，导致噪声和干
扰。
空间辐射
来自其他电子设备或自然界的 电磁波可能对单片机产生干扰
。
干扰的防护措施
电源滤波
在电源入口处加入滤波 器，减少电源噪声的干
扰。
隔离与屏蔽
对容易受到干扰的信号 线进行隔离或屏蔽，降 低信号线耦合的影响。
合理的接地
采用单点接地、多点接 地或混合接地方式，减
少地线回路的干扰。
空间滤波
在单片机周围加装电磁 屏蔽材料，减少空间辐
单片机外围电路
• 单片机外围电路概述 • 电源电路 • 输入输出接口电路 • 显示与键盘电路 • 通信接口电路 • 外围电路的干扰与防护
01
单片机外围电路概述
定义与作用
定义
单片机系统的扩展技术
INC R0
INC DPTR
; 修改数据指针
DJNZ R7, AG
END
4.2.3 MCS-51对外部存储器的扩展
下 图 所 示 的 8031 扩 展 系 统 中 ， 外 扩 了 16KB 程 序 存 储 器 （ 使 用 两 片 2764芯片）和8KB数据存储器（使用一片6264芯片）。采用全地址译码方 式，用于控制2―4译码器的工作，参加译码，且无悬空地址线，无地址重 叠现象。1# 2764, 2# 2764, 3# 6264的地址范围分别为：0000H～1FFFH, 2000H～3FFFH, 4000～5FFFH。
4.2 存储器的扩展
存储器是计算机系统中的记忆装置，用来存放要运行的程序和程序 运行所需要的数据。单片机系统扩展的存储器通常使用半导体存储器， 根据用途可以分为程序存储器（一般用ROM）和数据存储器（一般用 RAM）两种类型。
MCS-51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题：
（1）选择合适类型的存储器芯片
引脚符号的含义和功能如下：
D7～D0：三态数据总线； A0～Ai：地址输入线，i=12～15。2764的地址线为13位，i=12； 27512的地址线为16位，i=15； CE ：片选信号输入线； OE ：输出允许输入线；
CE
VPP：编程电源输入线； PGM ：编程脉冲输入线； VCC：电源； GND：接地； NC：空引脚。
8051扩展2764的电路连接方法：
数据线：P0口接EPROM的D0~D7 ；
地址线： 2764容量为8KB，213=8KB，需要A0～A12共13根地址线。P0口
经地址锁存器后接EPROM的A0~A7 ； 为了与片内存储器的空间地址衔 接，～接EPROM的A8~A11 ， 经非门后与A12连接。
CHA6单片机外围扩展技术
4.控制信号线：
ALE（Address Latch Enable）：由CPU输出，寻址时有效，用 作地址锁存器的锁存允许控制信号。
PSEN ：由CPU输出，在读程序时有效，用作片外程序存储 器的输出允许控制信号
EA ：由外围电路输入CPU，用作片内程序存储器的选择控制
信号。
WR / RD：由CPU输出，在读/写片外数据存储器时有效，用作片
Y7
9
G=G2A+G2B
单片机及接口技术
第六章 外围扩展技术
常用的译码器芯片
地址译码芯片74LS139
74LS139真值表
74LS139为双2-4译码器 1G 1A 1B 1 2 16 7 4 L S 1 3 9 15 14 13 12 11 10 9 Vcc 2G
3
4 5 6 7 8
2A
2B
1Y0
数据总线：单片机与存储单元及I/O口之间传输数据信号 控制总线：是一组控制信号线，包括单片机发出的也包括从 外部存储单元或者I/O端口发送给单片机的。 优点：总线结构大大减小了单片机系统中传输线的数目，增 加了系统的可靠性。
单片机及接口技术
第六章 外围扩展技术
P2.0~P2.7 P0.0~P0.7 单片机 ALE
~ A7 A8 ~ A12
6 ~ 2 6 I/O7 4 OE (2)
WE CS
P2.7 P2.6 P2.5
WR RD
扩展两片 8KB数据 存储器
单片机及接口技术
第六章 外围扩展技术
第一片存储器的地址范围为：0000 0000 0000 0000B~0001 1111 1111 1111B，即0000H~1FFFH；第二片存储器的地 址范围为：0010 0000 0000 0000B~0011 1111 1111 1111B ， 即2000H~3FFFH。
-单片机的并行扩展技术
第六章单片机的并行扩展技术6·1 什么是并行外围扩展? 并行外围扩展有哪两种方式？这两种方式本质上的区别是什么？答：(1)并行外围扩展单片机的并行外围扩展是指单片机与外围扩展单元采用并行接口的连接方式，数据传输为并行传送方式。
并行扩展体现在扩展接口数据传输的并行性。
(2)并行外围扩展的方式并行外围扩展方式有两种I/O方式与总线方式。
题图6-1是80C5l两种并行外围扩展接口示意图。
图中的并行口数据宽度为8位。
①并行I/O口方式: I/O口并行扩展由I/O口完成与外围功能单元的并行数据传送任务，单片机与外围功能单元数据传送过程中的握手交互也由I/O口来完成的。
②并行总线方式:并行扩展采用三总线方式，即数据传送由数据总线DB完成;外围功能单元寻址由地址总线AB完成;控制总线CB则完成数据传输过程中的传输控制，如读、写操作等。
(3)两种方式本质上的区别两种并行外围扩展方式本质上的区别列于题表6-1中。
6·2 单片抗应用系统中有哪几种键盘类型?为什么这些键盘都是通过I/O 口扩展?答: (1)单片机应用系统中的键盘类型与通用计算机键盘相比，单片机应用系统中的键盘种类很多，键盘中按键数量的设置依系统操作要求而定。
一般说来，单片机应用系统中键盘有独立式和行列式两种，如题图6-2 所示。
题图6-2①独立式键盘:独立式键盘中，每个按键占用一根I/O口线，每个按键电路相对独立如题图6-2(a)所示。
I/O口通过按键与地相连。
I/O口有上拉电阻，无键按下时，引脚端为高电平;有键按下时，引脚端电平被拉低。
1/0端口有内部上拉电阻时，外部可不接上拉电阻。
②行列式键盘:行列式键盘采用行列电路结构。
行列交点处通过按键相连，列线为输出口，行线为输人口，如题图6-2(b)所示。
列线口输出全零电平时，若没有键按下则行线引脚上全部为高电平"1"状态;若有任何一个按键按下则行线引脚上为非全"1"状态;在有键按下后，通过列线逐个送"0"，然后逐行检查哪根行线为"0"状态，即可查出是哪个键按下。
51单片机的外围电路ppt
Y0=0
Y1=0 Y2=0
第1片
第2片 第3片
0000H～1FFFH 0000H～1FFFH
0000H～1FFFH 2000H～3FFFH 0000H～1FFFH 4000H～5FFFH
011
100 101 110 111
Y3=0
Y4=0 Y5=0 Y6=0 Y7=0
第4片
第5片 第6片 第7片 第8片
MCS-51单片机的系统扩展及应用
通过地址总线、数据总线和控制总线实现系统 的扩展 介绍外围电路的扩展
3.1：程序存储器的扩展 3.2：数据存储器的扩展 3.3：指示小灯 3.4：按键扩展 3.5：数码管应用 3.6：A/D转换器接口 3.7：温度传感器接口 3.8：IIC电路扩展 3.9：液晶电路
返回
AD转换 数码管显示 程序存储器 温度传感器 键盘 51单片机
IIC总线
电源模块
数据存储器
指示灯 LCD液晶
最小系统板
指示灯电路（一）
一、电源指示灯 通常的指示灯电路是使用发光二极管，接 法如下：
当电源正常工作时发光二极管就正常显示
1.6.5 并行端口在使用时应注意的几个问题
“拉电流”还是“灌电流”----与大电流负载的 连接 (我们以美国ATMEL公司生产的AT8951为例) 1, 使用灌电流的方式与电流较大的负载 直接连接时, 端口可以吸收约20mA的电流而保 证端口电平不高于0.45V（见右上图）。 2,采用拉电流方式连接负载时， AT89C51所能提供“拉电流”仅仅为80μA， 否则输出的高电平会急剧下降.如果我们采用右 下图的方式，向端口输出一个高电平去点亮 LED，会发现，端口输出的电平不是“1”而是 “0”！
第一章 单片机IO接口的扩展---8255
单片机对外设的控制方式
（1）程序查询方式
这种方式下，CPU通过I/O指令询问指定 外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行 数据的输入或输出，否则CPU等待，循环查询。
这种方式的优点是结构简单，只需要少 量的硬件电路即可，缺点是由于CPU的速度远 远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效 率很低
（2）中断处理方式
（1）设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应CPU与外设之间的速度差异，接口通常由 一些寄存器或RAM芯片组成，如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输； （2）能够进行信息格式的转换，例如串行和并行的转换； （3）能够协调CPU和外设两者在信息的类型和电平的差异，如电平转换驱动器、数 ／模或模／数转换器等； （4）协调时序差异； （5）地址译码和设备选择功能； （6）设置中断和DMA控制逻辑，以保证在中断和DMA允许的情况下产生中断和 DMA请求信号，并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。 接口的控制方式
WR ：写信号,低电平有效。当 WR 有效时,CPU
可以往8255A中写入控制字或数据。 A1、A0：端口选择信号。8255A内部有3 个数据端口和1个控制端口,当A1A0=00时选 中端口A;A1A0=01时选中端口B;A1A0=10 时选中端口C;A1A0=11时选中控制口。 A1、A0和 RD 、 WR 及 CS 组合所实 现的各种功能如表所示。
方式1下的输出时序
3. 方式2(双向模式)
8255A只有A口具有这种双向输入输 出工作方式,实际上是在方式1下A口输入 输出的结合。在这种方式下,A口为8位双 向传输口,C口的PC7~PC3用来作为输入 /输出的同步控制信号。 在这种情况下,B口和PC2~PC0只能 编程为方式0或方式1工作,而C口剩下的 3条线可作为输入或输出线使用或用作B 口方式1之下的控制线。
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OE
返回前一次
外部ROM的状态与地址线A15的关系表
ROM引脚
/CE
A14～A8
A7～A0
单片机引脚 A15 P2口 P0口 0 00000000 00000000 0000H～ 0 11111111 11111111 07FFH
1 1 00000000 00000000 11111111 11111111 8000H FFFF码管显示
程序存储器 温度传感器 51单片机 IIC总线
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3.1：程序存储器ROM的扩展
1，在使用8031（无片内ROM）或大于4K程序存储器时， 必须通过外接ROM来构成、扩充系统的程序存储区。 2，当使用外部存储器来扩展系统时，必须占用单片机的 P0、P2口作为外部电路的数据、地址总线。此时，P0、 P2口就不能作为通用的I/O端口。 3，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 路设计的关键。
A
转电路图 返回前一次
B
（参考讲义70页）
片外存储器访问时序说明
P0、P2口作地址和数据总线。其中P0口作为地址和数据复 用总线，前半部（A段）作地址总线，后半部（B段)作为 数据总线。 外部程序存储器ROM的操作步骤如下： 1，单片机必须为其提供完整的（15位）地址信息； 2，ROM芯片的/CE 端=0，选中该芯片； 3，在满足上述条件的基础上，当ROM的/OE=0时（B时 间段），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P0口将指令送至CPU 内部。 74LS373锁存器:将A时间段P0口输出的低位地址进行保存， 使ROM在B时间段仍然可以得到完整的地址信号。
MCS-51单片机的系统扩展及应用
通过地址总线、数据总线和控制总线实现系统 的扩展 介绍外围电路的扩展
3.1：程序存储器的扩展 3.2：数据存储器的扩展 3.3：指示小灯 3.4：按键扩展 3.5：数码管应用 3.6：A/D转换器接口 3.7：温度传感器接口 3.8：IIC电路扩展 3.9：液晶电路
地址范围
ROM工作 状态 选中
未选中
访问外部程序存储器ROM的时序:
MOVC A,@A+DPTR S1 S2 S3 S4 S5 S6
373地址锁存信号 ALE
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（低8位）P0 口
A15-A8(PC) A7-A0 OP A15-A8 (DPTR+A) A7-A0 常数
MCS-51与32K ROM的连接
MCS-51
P2.7 : : : P2.0 P0.7 : : : P0.0 ALE /EA Psen 完整的地址 信号
27256 32K ROM
CE A14 : : A8 A7 : : : A0
/CE = P2.7(A15)
D7
Q7
D0 CP
Q0
O7 : : : O0
0000H～1FFFH E000H～FFFFH
小结：
1，单片机的P0、P2口作为地址数据总线； 2，P0口为数据、地址复用总线，所以必须加入八位锁 存器74LS373来锁存P0口的低八位地址。 3，外接ROM是靠MOVC指令产生的Psen信号来打开数 据三态门，使ROM中的指令通过P0口送入单片机内部。 4，存储器的容量M与其地址线条数n的关系：M=2↑n 5，当使用两片ROM扩展时，可以使用一个反向器实现容 量的扩展，通过ROM芯片的/CE端实现。 6，当使用2片以上的ROM芯片扩展时，就要使用译码器 实现存储容量的扩展，译码器的输入与高位地址相连接， 输出端分别与各ROM芯片的/CE连接（如图所示）。 7，当外接ROM的高八位地址线与P2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。
0000H～1FFFH 2000H～3FFFH 0000H～1FFFH 4000H～5FFFH
011
100 101 110 111
Y3=0
Y4=0 Y5=0 Y6=0 Y7=0
第4片
第5片 第6片 第7片 第8片
0000H～1FFFH 6000H～7FFFH
0000H～1FFFH 8000H～9FFFH 0000H～1FFFH A000H～BFFFH 0000H～1FFFH C000H～ DFFFH
转电路图 转时序图
外部ROM的容量扩展原理(一)
如何使用两片32K的ROM芯片扩展为64K的存储阵列。
A15 P2口
/CE1 A14 A8
/CE2 A14 A8 A7
MCS - 51
74LS373 A7
P0口 A0 /EA ALE Psen /OE1 O0～O7
A0
/OE2 O0～O7
由两片32K的ROM构成64K存储阵列与A15的 关系表
A15 /CE A14～A8 P2口 0000000 0 1111111 1 0000000 0 1111111 1 A7～A0 P0口 0000000 0 1111111 1 地址范围 ROM1工作 ROM2工作 状态 状态
0 0
0000H～ 07FFH
选中
未选中
1 1
0000000 0 8000H ～ 1111111 FFFFH 1
8K×8
A0
/OE1 O0～O7
8K×8
A0 /OE1 O0～O7
采用LS138译码器实现ROM扩展示意表
P2.7～ P2.5 138 输 出
选中 ROM P2.4～P0.0 有效地址范围
000
001 010
Y0=0
Y1=0 Y2=0
第1片
第2片 第3片
0000H～1FFFH 0000H～1FFFH
返回
AD转换 数码管显示 程序存储器 温度传感器 键盘 51单片机
IIC总线
电源模块
数据存储器
指示灯 LCD液晶
未选中
选中
外部ROM的容量扩展原理(二)
若需要对2片以上的芯片扩展，可以通过译码电路实现。
MCS–51 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.0 74LS138 C B A
y7
/CE0
0y
/CE1
/CE7
A12 A8 A7
A12 A8 A7
A12 A8 A7
8K×8
P0口 A0 ALE Psen /OE1 74LS373 O0～O7