第6章 单片机系统基本并行扩展技术
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。
第6章单片机系统并行扩展PPT课件
①为了实现单片机与外部存储器的连接，把单片 机的地址线分为：
片选线： 高位地址译码——选中芯片。 片内地址线：低位地址——选中芯片单元。 片选线通常直接或通过地址译码器和存储器芯 片的CE相连，也可以悬空不用。 片内地址线通常通过地址锁存器、P2口与相 应存储器地址线相连。
1、线选法：直接用系统的高位地址线作芯片的片选
8D锁存器74LS373（8282）：
G=1，Q1~8=D1~8； G负跳变，D1~8打入Q1~8； 并在G为低时，保持。
地址锁存器74LS373
6.1.2 地址译码方法： 存储器芯片的地址线：地址线的数目决定
芯片的容量。 容量(Q)与地址线数目(N)满足关系式：Q=2N。 A、存储器的地址线与单片机的地址总线 (A0~A15)按由低位到高位的顺序顺次相接。 B、存储器芯片有一个片选端。对存储器芯片 访问时，片选信号必须有效，即选中存储器芯 片。单片机的高位地址线剩余地址线作为片选 线，译码后与存储器芯片的片选端相接。 C、芯片选择由高位地址译码实现：线选法、 部分译码、全译码。
最小应用系统
8051/8751最小应用系统 返回
8031最小应用系统
返回
6.1.并行扩展总线原理
6.1.1 并行扩展总线 ：一、三总线结构
MCS-51用于扩展存储器的外部总线信号： 1.地址总线：P0.0～0.7：低8位地址A0～A7.
P2.0～2.7：高8位地址信号A8～15 2.数据总线：P0.0～0.7 提供8位数据总线。
传输数据、指令、信息. 3.控制总线：扩展输出控制线和片外输入控制。 a. ALE: 下降沿控制锁存器锁存P0低8位地址。 b.PSEN：片外程序存储器（ROM）读控制。
c.RD、 WR ：扩展RAM和I/O口读、写选通信号。 d.EA： 内、外部程序存储器选择.
第六章 MCS-51系统扩展技术2(8255、74LS)
3、MCS-51系统扩展示意图 、 系统扩展示意图
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
为了唯一地选中外部某一存储单元(I/O接口芯片已作为数据存储器的一 接口芯片已作为数据存储器的一 为了唯一地选中外部某一存储单元 部分)，必须进行两种选择：一是必须选择出该存储器芯片(或 接口芯片 接口芯片)， 部分 ，必须进行两种选择：一是必须选择出该存储器芯片 或I/O接口芯片 ， 称为片选；二是必须选择出该芯片中的某一存储单元(或 接口芯片中的寄 称为片选；二是必须选择出该芯片中的某一存储单元 或I/O接口芯片中的寄 存器)，称为字选。 存器 ，称为字选。 常用的选址方法有两种：线选法和译码法， 常用的选址方法有两种：线选法和译码法，其中译码法又分为全译码和 部分译码两种。 部分译码两种。
四、部分译码法
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
以上也可采用全译码法， 以上也可采用全译码法，电路更简单
五、扩展存储器时应考虑的几个问题
1. 地址锁存器的选用 2. MCS-51对存储容量的要求 对存储容量的要求 3. 地址线的连接和地址译码方式 4. 工作速度匹配
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
第二节 程序存储器的扩展
一、 常用的程序存储器
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
1. EPROM芯片 芯片 ROM芯片分为 类，即掩膜 芯片分为3类 即掩膜ROM、可编程 芯片分为 、可编程PROM和可擦除 和可擦除 可编程ROM(包括 包括EPROM和E2PROM)。前面两组在实际中使用 可编程 包括 和 。 得很少，因此这里只介绍最常用的可擦除可编程ROM。 得很少，因此这里只介绍最常用的可擦除可编程 。 EPROM芯片：可通过专用的紫外线光源进行照射以擦除其 芯片： 芯片 原有内容，而后用专门的编程器向其写入新的内容。 原有内容，而后用专门的编程器向其写入新的内容。 E2PROM芯片：电可擦除 。 芯片： 芯片
单片机原理课程教案
（一）课程教学目的和要求随着科学技术的不断进步，计算机在社会各个领域中的应用也不断得以发展，本课程是信息类基础课程之一，是一门学生学习掌握计算机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程。
通过本课程的学习使学生从理论和实践两方面掌握单片机的基本结构、工作原理、汇编语言程序设计方法、接口电路及单片机应用系统的设计方法，以求达到初步的单片机软硬件设计开发能力。
并为以后从事电子控制类的设计奠定理论基础和实践能力。
《单片机原理及应用》是信息类专业的一门重要专业基础必修课，是一门理论与实际紧密结合并对学生进行工程训练的课程。
通过本课程的教学，学生应掌握51系列单片机CPU、定时/计数器、存储器、串行通信、中断系统、I/O口的硬件结构，能用汇编语言进行程序设计，具备应用单片机知识分析解决工程实际问题，设计较复杂的单片机应用系统能力。
（二）课程教学重点和难点1、重点：硬件结构；指令系统；系统扩展和应用；外围接口技术。
2、难点：指令系统；外围接口技术。
（三）教学方法理论与实验相结合（四）课时安排总课时：64课时，其中：理论课时48，实验课时16。
（五）考核方式本课程的考核采取平时的形成性考核和课程结束时的笔试闭卷考试相结合的考核办法。
平时的考核主要有三个方面：课堂、课外、实验。
课堂考核依据出勤率、听课态度、课堂讨论表现等；课外考核主要依据作业、平时测试、课外的创新和发明等；实验考核依据实验完成的质量和数量等情况来评定。
（六）参考教材刘湘涛.江世明编著《单片机原理与应用》.电子工业出版社. 2006.第一章单片机基础知识教研室：计算机教研室教师姓名：申寿云教学过程1、问题牵引、导入新课（1）单片机是什么？它的主要特点和应用的领域。
（2）计算机中数据有哪些表示？二进制、八进制、十进制、十六进制；原码、反码、补码；ASCII码、BCD码。
2、课程内容本章的主要知识点有：知识点1：单片机的概念。
知识点2：单片机主流机型。
知识点3：80C51系列简介。
n第6章80C51单片机的系统扩展
第六章80C51单片机的系统扩展
系统扩展是指单片机内部各功能部件不 能满足应用系统要求时，在片外连接相应的外 围芯片以满足应用系统要求。80C5l系列单片 机有很强的外部扩展能力，外围扩展电路芯片 大多是一些常规芯片，扩展电路及扩展方法较 典型、规范。用户很容易通过标准扩展电路来 构成较大规模的应用系统。 80C51系列单片机的系统扩展有程序存 储器(ROM)扩展、数据存储器(RAM)扩展、I/O 口扩展、中断系统扩展以及其它特殊功能扩展
第六章80C51单片机的系统扩展
6.1.2外部串行扩展性能 1 80C51系列单片机的串行总线结构 80C51系列单片机的串行总线包括： SPI（Serial Peripheral Interface）三线总线 和I2C公用双总线两种。 • (1) SPI三线总线结构 SPI三线总线结构是一个同步外围接口，允 许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信。 一个完整的SPI系统有如下的特性：
第六章80C51单片机的系统扩展
(2) I2C公用二总线结构
在器件（IC为集成电路芯片）之间， 使用两根信号线（SDA和SCL）串行的 方法进行信息传送的并允许若干兼容器 件共享的二线总线，称为I2C总线。I2C 总线系统的示意图见图6-4。SDA线称 为串行数据线，其上传输双向的数据； SCL线称为串行时钟线，其上传输时钟 信号，用来同步串行数据线上的数据。
第六章80C51单片机的系统扩展
通常情况下，采用80C51/87C51的 最小应用系统最能发挥单片机体积小、 成本低的优点。但在许多情况下，构成 一个工业测控系统时，考虑到传感器接 口、伺服控制接口以及人机对话接口等 的需要，最小应用系统常常不能满足要 求，因此，系统扩展是单片机应用系统 硬件设计中最常遇到的问题。
第6章 MCS-51单片机系统扩展技术
6.3 数据存储器扩展
6.3.1 静态RAM扩展电路
6.3.2 动态RAM扩展电路
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6.3.1 静态RAM扩展电路
常用的静态RAM芯片有6116，6264，62256等，其 管脚配置如图6-13所示。
1．6264静态RAM扩展 额定功耗200mW，典型存取时间200ns，28脚双列直插 式封装。表6-1给出了6264的操作方式，图6-14为6264静 态RAM扩展电路。
图 6 9
A EEPROM
28 17
扩 展 电 路
写入数据
不是指令
查询 中断 延时
2．2864A EEPROM 扩展
2864A有四种工作方式： （1）维持方式 （2）写入方式 （3）读出方式 （4）数据查询方式
图 6 12
28 64
返回本节
A EEPROM
扩 展 电 路
串行E2PROM简介 串行E2PROM占用引线少、接线简单，适用于作为数据存储 器且保存信息量不大的场合。 以AT93C46／56／57／66为例，它是三线串行接口E2PROM， 能提供128×8、256×8、512×8或64×16、128×16、256×16 位，具有高可靠性、能重复擦写100，000次、保存数据100年 不丢失的特点，采用8脚封装。
第6章 MCS-51单片机系统扩展技术
6.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念
6.2 程序存储器扩展技术
6.3 数据存储器扩展 6.4 输入/输出口扩展技术
T0 T1
时钟电路
ROM
RAM
定时计数器
CPU
并行接口 串行接口 中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
-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。
单片机原理及应用(第3版)参考答案
单片机原理及应用（第3版）参考答案《单片机原理及应用(第3版)》习题参考答案姜志海黄玉清刘连鑫编著电子工业出版社目录第1章概述 ............................................................. 2 第2章 MCS,51系列单片机硬件结构 . (5)第3章 MCS,51系列单片机指令系统 .......................................10 第4章 MCS,51系列单片机汇编语言程序设计 ............................... 13 第5章 MCS,51系列单片机硬件资源的应用 ................................. 18 第6章 MCS,51系列单片机并行扩展接口技术 ............................... 23 第7章 MCS,51系列单片机串行总线扩展技术 ............................... 28 第8章单片机应用系统设计 . (30)第1章概述1(简述微型计算机的结构及各部分的作用微型计算机在硬件上由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备五大部分组成。
运算器是计算机处理信息的主要部分;控制器控制计算机各部件自动地、协调一致地工作;存储器是存放数据与程序的部件;输入设备用来输入数据与程序;输出设备将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。
通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机的主机，而输入、输出设备则称为计算机的外部设备(简称外设)。
由于运算器、控制器是计算机处理信息的关键部件，所以常将它们合称为中央处理单元CPU(Central Process Unit)。
2(微处理器、微型计算机、微型计算机系统有什么联系与区别,微处理器是利用微电子技术将计算机的核心部件(运算器和控制器)集中做在一块集成电路上的一个独立芯片。
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22:26
9
地址锁存器
22:26
10
地址锁存器
22:26
11
4. EEPROM程序存储器扩展 课本P148
图6-10 8301单片机扩展EEPROM存储器2864A的接口电路
22:26
12
6.3.2 外部数据存储器扩展
课本P148
1. 扩展数据存储器的电路结构
MCS-51单片机扩展外部数据存储器的示意图
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39
8×8
16×16
64×16
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40
8×8点阵
22:26
0 D F 3 A 1 GH
8×8 矩 阵 焊 接 面 引 脚
2 5E7CB64
8×8点阵的外观及引脚图
41
8×8点阵的等效电路
点扫描：逐个 控行制扫6描4个：L看E成D 8 个共阳数码管
列扫描：看成8 个共阴数码管
各LED还需接限流电阻，实际应用时，限流电阻即可接在X轴，也可接在Y轴。
非编码键盘只简单的提供按键开关的行列
矩阵，有关按键的识别，键码的输入与确定， 以及去抖动等功能场由软件完成。
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55
3. 独立按键键盘
课本P164
在系统中按键数目较少而且空闲I/O接口数目较多 的情况下, 每个按键可以独立占用一条I/O口线。
轻触开关
图6-29 独立按键键盘接口电路
51系列单片机的外扩设备占用外部RAM空间，可利用 MOVX指令对外设进行操作，因而扩展外设和扩展外部存储 器对单片机资源的使用情况是相同的。
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23
6.4.1 8155可编程并行接口芯片 课本P151
图6-15 8155的引脚定义及内部结构
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24
8255可编程并行I/O接口扩展
8255的引脚定义及内部结构
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42
点阵的显示方法
点阵LED一般采用扫描式显示，实际分为三种： （1）点扫描； （2）行扫描； （3）列扫描。
若使用第一种方式，其扫描频率必须大于 16×64=1024Hz，周期小于1ms即可。
若使用第二和第三种方式，则频率必须大于 16×8=128Hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。 此外一次驱动一列或一行（8颗LED）时需外加驱动电 路提高电流，否则LED亮度会不足。
22:26
19
3-8地址译码器：74LS138
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20
3、部分译码法
选取部分地址线作地址译码器输入，下图需要2条 译码输出接 CE ，因此所用译码器为1/2译码，译码器 输入仅需1根线。从P2.3～P2.7中任取1根作译码器输入， 其余悬空。
图中，2817(1)片的地址为x000H～x7FFH；2817(2) 片的地址为x800H～xFFFH。
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25
8279可编程键盘/显示器接口扩展
ZLG7289
ZLG7290
22:26
26
6.5 显示器与键盘扩展
6.5.1 LED显示器扩展
1. LED结构 及其工作原理
课本P156
图6-17 数码管的外形及其两种结构
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27
各种数码管
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28
2. 软件译码与硬件译码
译码：指由数码转换为笔划信息。
（1）软件译码 见课本：P95、P158、P167
在内存中存储一张段码表，根据要显示 的数字或字符去查表取得相应的段码，并 输出到LED显示器。具体显示时，采用逐 位扫描的方法控制哪一位LED被点亮。
22:26
29
（2）硬件译码
见课本：P295、P300
22:26
30
3. LED显示器工作方式 课本P156
P0.0
b
P1.1
P0.1
c
P1.2
P0.2
d
P1.3
P0.3
e
P1.4
P0.4
f
P1.5
P0.5
g
P1.6
P0.6
Dp
P1.7
P0.7
a
P3.0
P2.0
b
P3.1
P2.1
c
P3.2
P2.2
d
P3.3
P2.3
e
P3.4
P2.4
f
P3.5
P2.5
g
P3.6
P2.6
Dp
P3.7
P2.7
共阴极LED
a
b
c
22:26
21
系统扩展要解决的三个问题
1、如何实现片选和字选（或口选） 主要有线选法和译码法。
2、如何将各芯片的数据线连到数据总线上 只要将芯片的数据线连到数据总线上即可。
3、怎样把控制总线信号正确地连接到外扩芯片的对应引脚
（1）对程序存储器进行扩展，只涉及到 PSEN 信号， 将它与存储器芯片的输出允许线 OE直接相连；
10
未按下 按下
0
0或101
01
图6-28 硬件去抖动电路
54
2. 编码键盘与非编码键盘 课本P163
按键值编码方式分，键盘可分为（硬件） 编码键盘与非（硬件）编码键盘。
编码键盘本身带有实现接口主要功能所需 的硬件电路，不仅能自动检测被按下的键并完 成去抖动防串键等功能，而且能提供与被按键 功能对应的键码（如ASCII码）送往CPU。
退出Tx中断服务程序
22:26
34
软？件译码、？动扫态描扫描
位选码输出
段选码输出
课本P95
图4-9 例4-21扩展4位显示电路
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35
软件？译码、动？态扫扫描描
课本P157
图6-21 6位LED显示器接口电路
22:26
36
COM
COM 22:26
软件？译码、静？态扫扫描描
89C51
a
P1.0
开始
初始化段选信号、 位选信号、扫描计数器
22:26
送数码管的 段选信号、位选信号
延迟一小段时间 关闭所有数码管
消除鬼影
改变段选信号、 位选信号、扫描计数器
否 扫描完毕？ 是 退出子程序
33
数码管动态扫描子程序流程--改进版
开始
初始化堆栈指针 （SP）、定时器Tx （TMOD、THx、
TLx、TRx）
P1.7
键按下
键稳定
前沿抖动
后沿抖动
图6-27 按键时产生的抖动信号
22:26
软件消抖动 课本P163
有按键信号？
N
Y
延时等待10ms
仍有按键信号？ N Y
键盘处理
按键释放？ Y
N 53
未按按下下
按键在AB点 有抖动， 只要没有 接触到BA点
22:26
硬件消抖动
课本P163
0或011 01
输出保持 高低电平不变
有多少根 CE片选线就使用多少根地址线，多余地 址线悬空。高位地址线直接连到存储器芯片的片选端。
（1）低位地址线：A0～A10实现片内寻址。 （2）高位地址线：A11～A13实现片选。 （3）无关位：A14、A15可任取，一般取“1”。
22:26
18
2、全译码法
将没有使用的高位地址线全部输入译码器，译码 器的输出作为片选信号。
22:26
31
（2）动态扫描
课本P156
共用段选信号
轮流点亮各数码管，对显示器进行扫描。
任何时刻只给一个数码管通电，通电一
定时间后再给下一个数码管通电。只要刷新 率足够高，动态显示方式同样可以实现稳定 显示。
动态显示的最大优点是节约I/O口。
见课本P157、P95、P167
22:26
32
数码管动态扫描子程序流程
ALE下降沿 锁存地址
PSEN低 电平取指
图6-3 MCS-51访问程序存储器的时序图
22:26
6
3. EPROM程序存储器扩展 课本P144
型号与容量间
表6-1 常用EPROM存储器的主要技有术什特么性关系？
22:26
7
麦肯编程器
22:26
8
课本ROM存储器2764的接口电路
OLED显示屏的优点
22:26
50
什么是OLED？
OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显 示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。
OLED具有自发光的特性，采用非常薄的 有机材料涂层和玻璃基板，当电流通过时，有 机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角 度大，并且能够显著节省电能，因为此OLED 屏幕却具备许多LCD不可比拟的优势。
6.1 并行扩展概述
课本P142
图6-1 单片机应用系统结构图
22:26
2
6.2 外部总线的扩展
课本P142-143
图6-2 MCS-51单片机外部总线扩展
22:26
3
6.3 外部存储器扩展
课本P143
单片机对外提供16条地址线，程序存 储器可扩展至64KB（包括内部程序存储空 间），外部数据存储器也可扩展至64KB （不包括内部RAM）。
根据控制原理不同，LED显示方式可分为 静态显示方式和动态显示方式。
（1）静态扫描 独用段选信号
数码管显示某一个字符时相应的发光二极 管恒定地导通或截止。
所有数码管同时点亮，亮度高；字符显示
期间加在数码管上的七段码不变，每一个数码 管对应一个8位I/O接口，占用的硬件资源较多。
见课本P295、P300
MOV @R0, A ;保存至内部RAM指定单元