单片机并行扩展技术
第4章MCS-51单片机系统功能扩展
74LS373结构示意图
74LS373的引脚
引脚说明如下: D7～D0: 8位数据输入端。 Q7～Q0: 8位数据输出端。 G:数据输入锁存控制端：当G为“1” 时，锁存器 输出端与输入端数据相同；当G由“1” 变“0” 时，数据输入锁存器中。 OE#: 输出允许端。
P0口与地址锁存器74LS373的连接
4.1 系统扩展概述
4.1.1 最小应用系统
图4.1 MCS–51单片机最小化系统 (a) 8051/8751最小系统结构图；(b) 8031最小系统结构图
4.1.2 单片机系统扩展的内容与方法
1．单片机的三总线结构
图4.2 MCS–51单片机的三总线结构形式
(1)以P0口作为低8位地址/数据总线。 (2)以P2口的口线作高位地址线。 (3)控制信号线。 *使用ALE信号作为低8位地址的锁存控制信号。 *以PSEN#信号作为扩展程序存储器的读选通信号。 *以EA#信号作为内外程序存储器的选择控制信号。 *由RD#和WR#信号作为扩展数据存储器和I/O口的 读选通、写选通信号。 尽管MCS-51有4个并行I/O口，共32条口线，但由于系 统扩展需要，真正作为数据I/O使用的，就剩下P1 口和P3口的部分口线。
锁存器8282 功能及内部结构与74LS373完全一样，只是其引脚的排 列与74LS373不同 ，8282的引脚如下图。
4.2.2 74LS244和74LS245芯片
在单片机应用系统中, 扩展的三总线上挂接
很多负载, 如存储器、并行接口、A/D接口、显
示接口等, 但总线接口的负载能力有限, 因此常
3) 采用地址译码器的多片程序存储器的扩展
例3 要求用2764芯片扩展8031的片外程序存储器，分配的 地址范围为0000H~3FFFH。
第7章MCS-51单片机的常用外设扩展
（2）数据线
2732的8位数据线直接与单片机的P0口相连。P0口作 为地址/数据线分时复用。
（3）控制线
CPU执行2732中存放的程序指令时，取指阶段就是对 2732进行读操作。注意，CPU对EPROM只能进行读操作， 不能进行写操作。CPU对2732的读操作控制都是通过控制线 实现的。2732控制线的连接有以下几条：
2.硬件电路 单片机与6116的硬件连接如图7-4所示。
3.连线说明
• 地址线：A0～A10连接单片机地址总线P0.0～P0.7、P2.0、P2.1、P2.2 共11根；
• 数据线：I/O0～I/O7连接单片机的数据线，即P0.0～P0.7；
• 控制线：片选端连接单片机的P2.7，即单片机地址总线的最高位A15； 读允许线连接单片机的读数据存储器控制线；
• 对于没有内部ROM的单片机或者程序较长、片内ROM容 量不够时，用户必须在单片机外部扩展程序存储器。 MCS-51单片机片外有16条地址线，即P0口和P2口，因此 最大寻址范围为64K字节（0000H—FFFFH）。
• 这里要注意的是，MCS-51单片机有一个管脚 EA跟程序存 储器的扩展有关。如果接高电平，那么片内存储器地址范 围是0000H—0FFFH（4K字节），片外程序存储器地址范 围是1000H—FFFFH（60K字节）。如果接低电平，不使 用片内程序存储器，片外程序存储器地址范围为0000H— FFFFH（64K字节）。
1. 芯片选择
单片机扩展数据存储器常用的静态RAM芯片有6116（2K×8 位）、6264（8K×8位）、62256（32K×8位）等。
根据题目容量的要求我们选用SRAM6116，采 用单一+5V供电，输入输出电平均于TTL兼容，具有 低功耗操作方式，管脚如图7-3所示。
第5章 单片机存储器扩展
11000000000000000~1101111111111111，即C000H~DFFFH；
11100000000000000~1111111111111111，即E000H~FFFFH。
•采用地址译码器的多片程序存储器的扩展（译码法）
例3 要求用2764芯片扩展8031的片外程序存储器，分配的地
21×210 = 211
地址空间： A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 最低地址： 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0000H 07FFH
最高地址： １
MCS-51单片机寻址范围：64KB
26×210 = 216即16位地址线
地址空间： A15A14A13A12A11A10A9A8A7··A0 单片机 ·· ·· × × × × × A10A9A8A7··A0 6116 ·· ·· 2KB
25 = 32
上式中：“×”表示0或1。
即单片机地址空间中包含有32个2KB。某片6116占据的是哪 2KB不能确定——地址浮动。 只有限定A15··A11的取值才能确定6116在系统中的地址 ·· ·· 范围。如，P2.5 = 1 ，选中6116的/CS线。设P2.7 P2.5 P2.4 P2.3 假定全为1
例2 使用两片2764扩展16 KB的程序存储器，采用线选法选
中芯片。扩展连接图如图所示。以P2.7作为片选，当P2.7=0时，
选中2764(1)；当P2.7=1时，选中2764(2)。因两根线(A13、A14)
未用，故两个芯片各有22=4个重叠的地址空间。它们分别为
用两片2764 EPROM的扩展连接图
则: 6116地址范围是B800H ~ BFFFH。
MCS51单片机总线系统与IO口扩展
6.2.2 单片机总线扩展的编址技术
OE
LE
Dn
Qn
L
H
H
H
L
H
L
L
L
L
L
Qn-1
L
L
H
Qn-1
H
×
×
Z
地址锁存器74LS373
CLR D0-D7Q0-Q7 4 6 2 6 74LS24474LS273 E 0123456789E GG 12Q0-Q7CLKD0-D7AAAAAAAAAAA10A11A12I/O0I/O1I/O2I/O3I/O4I/O5I/O6I/O7OWCE1CE2 56? UUU P0.0-P0.7P0.0-P0.7 +5V 11 01234567 E >> QQQQQQQQ O 01234567 E DDDDDDDDL 2 U74LS373 012 YYY ABC 3 U74LS138 R AD E R P20P07P21P06P22P05P23P04P24P03P25P02P26P01P27P00 W ALE 89C51 1 U
MOV
DPTR,#0FEFFH ;确定扩展芯片地址
MOVX
A,@DPTR
;将扩展输入口内容读入累加器A
当与74LS244相连的按键都没有按下时，输入全为1，若按下某键，则所在线 输入为0。
6.2.1 单片机I/O口扩展
输出控制信号由P2.0和相“或”后形成。当二者都为0后，74LS273的控制端 有效，选通74LS273， P0上的数据锁存到74LS273的输出端，控制发光二极管 LED ， 芯 片 地 址 与 74LS244 的 选 通 地 址 相 同 （ 都 是 ×××× ×××0 ×××× ××××B，通常取为FEFFH）。当某线输出为0时，相应的LED发 光。
AT89S52单片机外部存储器的扩展
系统总线按功能通常分为3组，如图8-1所示。
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（1）地址总线（Address Bus，AB）：用于传送单片机发出的 地址信号，以便进行存储单元和I/O接口芯片中的寄存器单元的 选择。
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使单片机系统的寻址范围达到64KB。
图8-2 单片机扩展的片外三总线
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3．控制信号线 除地址线和数据线外，还要有系统的控制总线。这些信号
有的就是单片机引脚的第一功能信号，有的则是P3口第二功 能信号。包括： （1）PSEN*作为外扩程序存储器的读选通控制信号。 （2）RD*和WR*为外扩数据存储器和I/O的读、写选通控制 信号。 （3）ALE作为P0口发出的低8位地址锁存控制信号。 （4）EA*为片内、片外程序存储器的选择控制信号。
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图8-10 锁存器74LS573的引脚
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OE*：数据输出允许信号，低电平有效。当该信号为低电平 时，三态门打开，锁存器中数据输出到数据输出线。当该信号 为高电平时，输出线为高阻态。
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3 静态数据存储器RAM的扩展 AT89S52单片机片内有256B RAM，往往不能满足实际需要，必
如果把P2.7通过一个非门与74LS138译码器G1端连接起来， 如图8-6所示，就不会发生两个32KB空间重叠的问题了。这时， 选中的是64KB空间的前32KB空间，地址范围为0000H～7FFFH。
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如果去掉图8-6中的非门，地址范围为8000H～FFFFH。把译码 器的输出连到各个4KB存储器的片选端，这样就把32KB空间划分 为8个4KB空间。P2.3～P2.0，P0.7～P0.0实现“单元选择”， P2.6～P2.4通过74LS138译码实现对各存储器芯片的片选。
单片机存储器扩展
单片机存储器扩展在单片机的应用中，常常会遇到内部存储器容量不足的情况。
这时候，就需要对单片机的存储器进行扩展，以满足系统对存储容量的需求。
单片机的存储器可以分为程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储单片机运行的程序代码，而数据存储器则用于存储程序运行过程中的数据。
当单片机内部的存储器无法满足应用需求时，就需要通过外部扩展来增加存储容量。
在进行存储器扩展之前，我们需要了解单片机的存储器寻址方式。
不同的单片机可能有不同的寻址方式，但通常都包括直接寻址、间接寻址和变址寻址等。
了解寻址方式对于正确进行存储器扩展至关重要。
对于程序存储器的扩展，常用的方法是使用外部只读存储器（ROM），如 EPROM（可擦除可编程只读存储器）、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）等。
扩展时，需要将外部 ROM 与单片机的地址总线、数据总线和控制总线正确连接。
地址总线用于指定存储器的地址，数据总线用于传输数据，控制总线则用于控制存储器的读写操作。
以常见的 8051 单片机为例，它的地址总线为 16 位，可以寻址64KB 的存储空间。
如果要扩展 32KB 的程序存储器，我们可以选用一片容量为 32KB 的 EPROM 芯片，如 27256。
将 EPROM 的地址线 A0A14 与单片机的地址总线 A0 A14 相连，数据线 D0 D7 与单片机的数据总线 D0 D7 相连。
控制总线中的片选信号（CS）通常通过地址译码器来产生，以确保在特定的地址范围内选中该 EPROM 芯片。
在数据存储器的扩展方面，常用的是外部随机存取存储器（RAM），如静态 RAM（SRAM）和动态 RAM（DRAM）。
SRAM 速度较快，但价格相对较高；DRAM 价格较低，但需要不断刷新。
同样以 8051 单片机为例，如果要扩展 8KB 的数据存储器，可以选用一片 6264 SRAM 芯片。
连接方式与程序存储器扩展类似，地址线和数据线分别与单片机的对应总线相连。
CD4052 单片机串行口扩展技术应用
CD4052 单片机串行口扩展技术应用CD4052 是一种数字控制的模拟数据选择/ 分配器,本文将它用于UART串口扩展,解决了普通单片机UART串口太少的问题。
文中给出该器件的主要特性、引脚说明及电气特性,并以A T89C51 单片机为例给出多串口扩展应用电路。
1 概述当前,以单片机为核心构成的智能化测控系统及电子产品不断涌现,为了满足数字化及智能化要求,许多外围电路功能模块、部件、器件及传感器也具备了UART 串口通信功能,而现阶段的8 位、16 位、32位单片机却大部分仅提供一个UART 串口,这样就很难满足系统中一方面要与具有UART 功能的串口部件通信,另一方面又要与上位机通信的要求。
利用CD4052 做多串口扩展器,可很好地解决此问题。
2 封装及引脚功能该器件具有SOP、SOIC、TSSOP和PDIP四种封装形式,皆是16 个引脚。
图1 所示为其PDIP封装引脚分布图,图2 是CD4052 的逻辑图,数字控制真值表见表1。
图1 CD4052PDIP引脚分布图3 工作特性CD4052 模拟数据选择/ 分配器是数字控制的模拟开关,具有低导通阻抗和非常低的关断泄漏电流。
315V 的数字信号可以控制15VP- P 的模拟信号。
例如,若VDD = 5V , VSS = 0V , VEE = - 5V ,则的数字信号可以控制- 5V + 5V 的模拟信号输入输出。
数据选择器在整个VDDVSS 和VDDVEE 范围具有非常低的静态功耗,而且与控制信号的逻辑状态无关。
图2 CD4052 的逻辑图表1 真值表CD4052 是一个独立的4 通道数据选择器,具有二进制控制输入端A、B 和一个禁止输入INH。
A、B的四种二进制组合状态用来在四对通道中选择其中的一对,当逻辑“1”加到INH 输入端时,所有的通道都关闭。
CD4052 的器件特性为:1) 宽范围的数字和模拟信号电平:数字315V ,模拟可达15VP- P。
单片机原理及接口技术(C51编程)AT89S51单片机系统的串行扩展
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10.1.1 单总线扩展的典型应用-DS18B20的温度测量系统
单总线系统中配置的各种器件，由DALLAS公司提供的 专用芯片实现。每个芯片都有64位ROM，厂家对每一芯片 都用激光烧写编码，其中存有16位十进制编码序列号，它是 器件的地址编号，确保它挂在总线上后，可以唯一被确定。 除了器件的地址编码外，芯片内还包含收发控制和电源存储 电路，见图11-1。这些芯片耗电量都很小（空闲时几µW， 工作时几mW），工作时从总线上馈送电能到大电容中就可 以工作，故一般不需另加电源。
10.1 单总线串行扩展
图10-1 单总线芯片内部结构示意图
10.1.1 单总线扩展的典型应用-DS18B20的温度测量系统
1. 单总线温度传感器DS18B20简介
DS18B20是美国DALLAS公司生产的数字温度传感 器，体积小、低功耗、抗干扰能力强。可直接将温度转 化成数字信号传送给单片机处理，因而可省去传统的信 号放大、A/D转换等外围电路。
10.1.1 单总线扩展的典型应用-DS18B20的温度测量系统 1. 单总线温度传感器DS18B20简介
图10-2 单总线构成的分布式温度监测系统
10.1.1 单总线扩展的典型应用-DS18B20的温度测量系统 1. 单总线温度传感器DS18B20简介
片内有9个字节的高速暂存器RAM单元，9个字节具体 分布如下：
注意，负号则需对采集的温度进行判断后，再予以显示。