1、2022年7月23日星期六计算机系 单片机原理及应用技术第8章 MCS-51的系统扩展与接口技术2022年7月23日星期六计算机系 第7章 MCS-51的系统扩展与接口技术 掌握掌握I/O接口的扩展、接口的扩展、8255A的初始化及扩展的初始化及扩展I/O 掌握程序存储器、数据存储器的扩展掌握程序存储器、数据存储器的扩展 了解键盘的扫描、去抖、识别，了解显示接口了解键盘的扫描、去抖、识别，了解显示接口 了解了解A/D、D/A转换器的工作原理及典型的转换器的工作原理及典型的A/D、D/A芯片应用实例芯片应用实例 I/O接口的扩展接口的扩展 存储器的扩展存储器的扩展 A/D、D/A转换器的工作原理
2、及应用转换器的工作原理及应用2022年7月23日星期六计算机系 第7章 MCS-51的系统扩展与接口技术7.1 并行I/O口的扩展7.2 存储器的扩展7.3 最小系统与三总线的概念7.4 键盘接口7.5 显示接口7.6 A/D接口7.7 D/A转换接口7.8 习题2022年7月23日星期六计算机系 7.1 并行I/O口的扩展单片机应用系统需要为外围设备及被控对象提供数据交换接口。MCS-51扩展I/O口时，扩展结构可分为3种类型。MCS-51是将外部I/O口和外部 RAM统一编址的，每个I/O口相当于一个外部RAM单元，访问外部接口就象访问外部RAM一样，用MOVX指令。2022年7月23日星
3、期六计算机系 8.1.1 并行I/O口的简单扩展简单简单I/O接口扩展所用芯片为接口扩展所用芯片为74系列的系列的TTL电路电路，CMOS电路电路也可作为也可作为MCS-51的扩展的扩展I/O接口。这些接口。这些芯片结构简单，配置灵活方便，比较容易扩展，使系芯片结构简单，配置灵活方便，比较容易扩展，使系统降低了成本、缩小了体积，因此在单片机应用系统统降低了成本、缩小了体积，因此在单片机应用系统中经常被采用。中经常被采用。常用芯片有常用芯片有74LS244(八缓冲器八缓冲器/线驱动器线驱动器/线接收器线接收器)、74LS245(八双向总线收发器八双向总线收发器)、74LS273(八八D触触发器发
4、器)、74LS373(八八D锁存器锁存器)、74LS377(带使能带使能的八的八D触发器触发器)等。等。74LS244是八缓冲器是八缓冲器/线驱动器线驱动器/线接收器，内部有线接收器，内部有两组两组4位三态缓冲器位三态缓冲器，具有数据缓冲隔离和驱动作用，其输，具有数据缓冲隔离和驱动作用，其输入阻抗较高，输出阻抗低，常用于单向三态缓冲输出。入阻抗较高，输出阻抗低，常用于单向三态缓冲输出。7.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计算机系 74LS244各引脚定义如下：各引脚定义如下：1A11A4：第：第1组组4条输入线条输入线1Y11Y4：第：第1组组4条输出线条输出线2A12A4：第
5、：第2组组4条输入线条输入线2Y12Y4：第：第2组组4条输出线条输出线1G：第：第1组三态门使能端，组三态门使能端，低电平有效低电平有效2G：第：第2组三态门使能端，组三态门使能端，低电平有效低电平有效VCC：工作电源，接：工作电源，接+5V电压电压GND：接地：接地 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 74LS244 VCC 2G 1Y1 2A4 1Y2 2A3 1Y3 2A3 1Y4 2A1 1G 1A1 2Y4 1A2 2Y3 1A3 2Y2 1A4 2Y1 GND 7.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计
6、算机系 74LS273各引脚定义如下：各引脚定义如下：D0D7：输入线。：输入线。Q0Q7：输出线。：输出线。CLR：清除控制端，：清除控制端，低电平有效。低电平有效。CLK：时钟输入端，：时钟输入端，上升沿有效。上升沿有效。VCC：工作电源，：工作电源，接接+5V电压。电压。GND：接地。：接地。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 74LS273 VCC Q7 D7 D6 Q6 Q5 D5 D4 Q4 CLK CLR Q0 D0 D1 Q1 Q2 D2 D3 Q3 GND 7.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计
7、算机系 74LS273的工作方式 74LS244的工作方式 7.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计算机系 【例】【例】用用74LS244作为扩展输入，作为扩展输入，74LS273作为扩展输作为扩展输出。出。解：解：P0口作为双向数据总线，用口作为双向数据总线，用74LS244扩展扩展8位输入，位输入，输入八只控制开关的控制信号；用输入八只控制开关的控制信号；用74LS273扩展扩展8位输位输出，输出信号控制八只发光二极管。编写控制程序出，输出信号控制八只发光二极管。编写控制程序,可使可使八只发光二极管分别受各自对应的控制开关的控制。八只发光二极管分别受各自对应的控制开关的控制。
8、只要只要P2.7为为0，就选中，就选中74LS244或或74LS273，其他位，其他位均为无关位，所以均为无关位，所以74LS244和和74LS273的地址均为的地址均为7FFFH。7.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计算机系 简单简单I/O口扩展电路口扩展电路 2022年7月23日星期六计算机系 参考程序：7.1 并行I/O口的扩展 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0050HMAIN:MOV DPTR,#8000 ;置输入口地址置输入口地址 MOVX A,DPTR ;读输入口数据读输入口数据 MOV DPTR,#9000H;置输出口地址置输出口地址 MOVX
9、DPTR,A ;写输出口数据写输出口数据 SJMP MAIN END2022年7月23日星期六计算机系 8.1.2 用8255A芯片扩展I/O口8255A是一个是一个可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片，它主要作为外围设备与，它主要作为外围设备与微型计算机总线之间的微型计算机总线之间的I/O接口。接口。8255A可以可以通过软件来设置芯片的工作方式通过软件来设置芯片的工作方式，因此用，因此用8255A连接外部设备时，通常不需要再附加外部电路，给使用带连接外部设备时，通常不需要再附加外部电路，给使用带来很大的方便。来很大的方便。8255A有三个有三个8位可编程并行位可编程并行I/O端口，从编程上
10、可分成端口，从编程上可分成2组，组，每组每组12个，有个，有3种工作模式。种工作模式。7.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计算机系 8255A8255A的引脚与封装的引脚与封装 1 40 2 39 3 38 4 37 5 36 6 35 7 34 8 33 9 32 10 31 11 30 12 29 13 28 14 27 15 26 16 25 17 24 18 23 19 22 20 21 8255A PA3 PA2 PA1 PA0 RD CS Vss A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2 PA4 PA5 PA
11、6 PA7 WR RESET D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VCC PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 D0D7 数据线 RESET 复位输入 CS 芯片使能 RD 读 WR 写 A0，A1 端口地址 PA7PA0 端口 A PB7PB0 端口 B PC7PC0 端口 C VCC 电源 GND 地 2022年7月23日星期六计算机系 8255A8255A各引脚定义如下：各引脚定义如下：D D7 7D D0 0：双向数据线，用于传送数据和控制字。：双向数据线，用于传送数据和控制字。PAPA7 7PAPA0 0、PBPB7 7PBPB0 0、PCPC7 7PCPC0
12、0：输入：输入/输出信号线，用于传送输出信号线，用于传送数据。数据。CSCS：片选信号，低电平有效。只有该引脚为低电平时，：片选信号，低电平有效。只有该引脚为低电平时，8255A8255A才与才与CPUCPU建立通信。建立通信。RDRD：芯片读出信号，低电平有效。当引脚为低电平时，：芯片读出信号，低电平有效。当引脚为低电平时，CPUCPU可可以从以从8255A8255A中读取输入数据。中读取输入数据。WRWR：芯片写入信号，低电平有效。当引脚为低电平时，：芯片写入信号，低电平有效。当引脚为低电平时，CPUCPU可可以往以往8255A8255A中写入数据或控制字。中写入数据或控制字。7.1 并行
13、I/O口的扩展2022年7月23日星期六计算机系 8255A8255A各引脚定义如下：各引脚定义如下：A A0 0 、A A1 1：端口选择信号，这两个引脚的输入和：端口选择信号，这两个引脚的输入和RDRD、WRWR两个引脚两个引脚的输入，一起控制的输入，一起控制8255A8255A内部三个数据端口及一个控制端口内部三个数据端口及一个控制端口的选择。它们一般和地址总线的两个最低位的选择。它们一般和地址总线的两个最低位(A(A0 0、A A1 1)相连。相连。选择如下：选择如下：A1A0A1A0为为0000时选中端口时选中端口A A；为；为0101时选中端口时选中端口B B；为；为1010时选中
14、端时选中端口口C C；为；为1111时选中命令字口。时选中命令字口。RESETRESET：复位，当该输入信号为高电平时，控制寄存器被清除，：复位，当该输入信号为高电平时，控制寄存器被清除，所有的端口所有的端口(A(A、B B、C)C)都被设为输入状态。复位引脚上的高都被设为输入状态。复位引脚上的高电平，使各个端口都置为输入模式电平，使各个端口都置为输入模式(也就是也就是2424个引脚都被置个引脚都被置为高阻态为高阻态)。7.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计算机系 8255A的内部结构的内部结构 A 组 端口 A B 组 端口 B A 组 端口 C 高 4 位 B 组 端口 C
15、 低 4 位 B 组 控制 A A 组 控制 A 数据总线 缓冲器 读 写控制 逻 辑电路 I/O PB7PB0 I/O PC3PC0 I/O PC7PC4 I/O PA7PA0 D7D0 CS RD WR A1 A0 RESET 2022年7月23日星期六计算机系 8.1 并行I/O口的扩展8255A在三种基本的方式下工作：在三种基本的方式下工作：方式方式 0：基本输入：基本输入/输出。输出。方式方式 1：选通的输入：选通的输入/输出。输出。方式方式 2：双向传输。：双向传输。2022年7月23日星期六计算机系 【例】【例】用用82558255控制打印机，打印机与控制打印机，打印机与8051
16、8051采用查询方式交换采用查询方式交换数据。数据。解：下图是解：下图是8255A8255A作为打印机接口与作为打印机接口与80518051相连的电路图。其工相连的电路图。其工作方式为作方式为0 0，片选信号为，片选信号为P0.7P0.7，端口，端口A A作数据输出通道，端作数据输出通道，端口口B B不用，不用，PC7PC7与打印机的状态信号与打印机的状态信号BUSYBUSY相连，相连，PC0PC0与打印机与打印机的选通信号的选通信号STBSTB。打印机与。打印机与80518051采用查询方式交换数据。当采用查询方式交换数据。当BUSYBUSY为为0 0，在，在STBSTB负跳变时，数据被输入
17、。负跳变时，数据被输入。按照接口电路可知按照接口电路可知(无关的位全设为无关的位全设为1)1)，端口，端口A A地址为地址为7CH7CH，端口端口B B地址为地址为7DH7DH，端口，端口C C地址为地址为7EH7EH，控制端口地址为，控制端口地址为7FH7FH。方式选择字方式选择字(无关的位全设为无关的位全设为0)0)为为88H88H。要打印的数据开始。要打印的数据开始地址为地址为30H30H；要打印的数据个数设为；要打印的数据个数设为5050。7.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计算机系 80518051通过通过8255A8255A与打印机电路图与打印机电路图 RD WR
18、RESET 8051 ALE P0.7P0.0 EA RD WR PA7PA0 RESET 8255A CS PC7 A1 A0 PC0 D7D0 74LS373 G Q7 D7 Q1 D0 Q0 E DB7DB0 微型 打印机 BUSY STB 参考程序2022年7月23日星期六计算机系 8155并行接口芯片81558155是一种是一种多功能可编程外围扩展接口芯片多功能可编程外围扩展接口芯片，它也有三个可编，它也有三个可编程程I/OI/O端口端口(端口端口A A、B B、C)C)。与与8255A8255A的区别的区别在于在于PCPC口是口是6 6位，同时还有一个可编程位，同时还有一个可编程1
19、414位定时位定时器器/计数器和计数器和256256字节的字节的RAMRAM，能方便地进行，能方便地进行I/OI/O扩展和扩展和RAMRAM扩展。扩展。7.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计算机系 8.1 并行I/O口的扩展 1 40 2 39 3 38 4 37 5 36 6 35 7 34 8 33 9 32 10 31 11 30 12 29 13 28 14 27 15 26 16 25 17 24 18 23 19 22 20 21 8155 PC3 PC4 TIMER IN RESET PC5 TIMER OUT IO/M CE RD WR ALE AD0 AD1
20、AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 VSS PC0 VCC PC2 PC1 PC0 PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 8155的引脚与封装 8155内部结构 2022年7月23日星期六计算机系 81558155内部的内部的I/OI/O口、口、RAMRAM、定时器和命令、定时器和命令/状态寄存器的地址分配状态寄存器的地址分配 A7A6A5A4A3A2A1A0选中寄存器选中寄存器000命令命令/状态寄存器状态寄存器001PA口口010PB口口011PC口口100定时器高定时器高8位位101定时
21、器低定时器低8位位7.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计算机系 8155的工作方式1.81551.8155作片外作片外RAM(256B)RAM(256B)在片选信号在片选信号CECE有效的情况下，有效的情况下，IO/MIO/M信号为高电平，信号为高电平，81558155作片外作片外RAMRAM使用。使用。地址的高地址的高8 8位由片选信号确定，地址的低位由片选信号确定，地址的低8 8位为位为00H00HFFHFFH。8.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计算机系 2.81552.8155作作I/OI/O口口 81558155有两种工作方式：基本有两种工作方式：基本
22、I/OI/O和选通和选通I/OI/O。当当81558155的的PAPA口、口、PBPB口、口、PCPC口工作在口工作在基本基本I/OI/O方式方式下，可用于无条件下，可用于无条件I/OI/O操作。基本输入时执行操作。基本输入时执行“MOVX AMOVX A，DPTR”DPTR”类指令，基本输出时执类指令，基本输出时执行行“MOVX MOVX DPTRDPTR，A”A”类指令。类指令。当当81558155的的PAPA口工作在口工作在选通选通I/OI/O方式方式下时，下时，PCPC口低三位作口低三位作PAPA口联络线，口联络线，其余位作其余位作I/OI/O线，线，PBPB口定义为基本口定义为基本I
23、/OI/O；PAPA口和口和PBPB口也可同时定义为选口也可同时定义为选通通I/OI/O，此时，此时PCPC作作PAPA口、口、PBPB口联络线。口联络线。在在81558155操作前，须由操作前，须由CPUCPU向向命令寄存器命令寄存器送命令字，设定其工作方式，送命令字，设定其工作方式，命令字只能写入不能读出命令字只能写入不能读出。8155内部还有一个内部还有一个状态寄存器状态寄存器，可以锁存，可以锁存8155 I/O口和定时器的口和定时器的当前状态，供当前状态，供CPU查询，状态寄存器和命令寄存器查询，状态寄存器和命令寄存器共用一个地址共用一个地址，只能读出不能写入只能读出不能写入。因此可以
24、认为。因此可以认为8155的的00H口是命令口是命令/状态口，状态口，CPU往往00H写入的是命令字，而从中读出的是状态字。写入的是命令字，而从中读出的是状态字。8.1 并行I/O口的扩展2022年7月23日星期六计算机系 7.2 存储器的扩展单片机外部扩展常用程序存储器芯片为单片机外部扩展常用程序存储器芯片为EPROM，其掉电后信，其掉电后信息不会丢失，且只有在紫外线的照射下，存储器的单元信息不会丢失，且只有在紫外线的照射下，存储器的单元信息才可擦除。息才可擦除。用作扩展的用作扩展的EPROM主要是主要是27系列系列，如，如2716、2732、2764、27128、27256等，其中高位数字
25、等，其中高位数字27表示该芯表示该芯片是片是EPROM，低位数字表明存储容量，如，低位数字表明存储容量，如2716表示表示16K个存储位，亦即字节容量为个存储位，亦即字节容量为2K的的EPROM。常用的还有常用的还有EEPROM，即，即28系列系列，如，如2816/2817、2864等，型号含义同上。等，型号含义同上。8.2.1 程序存储器的扩展2022年7月23日星期六计算机系 常用常用EPROM芯片管脚和封装如下图所示。芯片管脚和封装如下图所示。EPROM除除2716外均为外均为28线双列直插式封装，各引脚定义如下。线双列直插式封装，各引脚定义如下。A0Ai：地址输入线，：地址输入线，i=
26、1215。D0Di：三态数据总线，读或编程校验时为数据输出线，编：三态数据总线，读或编程校验时为数据输出线，编程时为数据输入线。其余时间呈高阻状态。程时为数据输入线。其余时间呈高阻状态。PGM：编程脉冲输入线。：编程脉冲输入线。OE：读出选通线，低电平有效。：读出选通线，低电平有效。CE：片选线，低电平有效。：片选线，低电平有效。VPP：编程电源线，其值因芯片及制作厂商而异。：编程电源线，其值因芯片及制作厂商而异。VCC：电源线，接：电源线，接+5V电源。电源。GND：接地。：接地。7.2 存储器的扩展2022年7月23日星期六计算机系 EPROM的操作方式主要有以下几种。的操作方式主要有以下
27、几种。编程方式编程方式：把程序代码：把程序代码(目标文件目标文件)固化到固化到EPROM中。中。编程校验方式编程校验方式：读出：读出EPROM中的内容，校验编程操作的正确中的内容，校验编程操作的正确性。性。读出方式读出方式：CPU从从EPROM中读出代码。中读出代码。维持方式维持方式：数据端呈高阻态。：数据端呈高阻态。编程禁止方式编程禁止方式：用于多片：用于多片EPROM并行编程。并行编程。7.2 存储器的扩展2022年7月23日星期六计算机系 2764和27128的操作方式 27256的操作方式 2022年7月23日星期六计算机系 注：注：X X 代表任意状态。代表任意状态。*代表代表VPP
28、VPP的大小与型号和编程方式有关。的大小与型号和编程方式有关。*代表代表VCCVCC的大小与型号和编程方式有关。的大小与型号和编程方式有关。27512 的操作方式 7.2 存储器的扩展2022年7月23日星期六计算机系 【例】【例】80518051扩展一片扩展一片2764 EPROM(8KB)2764 EPROM(8KB)。解：解：1.1.单片机的接口信号：单片机的接口信号：ALEALE、PSENPSEN、EA EA 2.2.与单片机的连接方法与单片机的连接方法 （1 1）地址线）地址线 P2P2口的口的P2.0P2.0P2.4P2.4与与EPROMEPROM的高的高5 5位地址线及片选位地址
29、线及片选CECE连连接；接；P0P0口经地址锁存器输出的地址线与口经地址锁存器输出的地址线与EPROMEPROM的低的低8 8位地址位地址线相连，同时线相连，同时P0P0口又与口又与EPROMEPROM的数据线相连；单片机的数据线相连；单片机ALEALE连连接锁存器的锁存控制端；接锁存器的锁存控制端；（2 2）数据线：）数据线：P0P0 （3 3）控制线：）控制线：PSENPSEN接接EPROMEPROM的输出允许的输出允许OEOE；80518051的内、外的内、外存储器选择端存储器选择端EAEA接地。扩展单片接地。扩展单片EPROMEPROM，其片选，其片选CECE直接接直接接地即可。地即可
30、。7.2 存储器的扩展2022年7月23日星期六计算机系 ALE P0.0P0.7 8051 P2.0P2.4 EA PSEN CE A0A7 2764 D0D7 A8A12 OE G 74LS373 P2.7 P2.6 P2.5 地址范围 0 0 0 0000H1FFFH 0 0 1 2000H3FFFH 0 1 0 4000H5FFFH 0 1 1 6000H7FFFH 1 0 0 8000H9FFFH 1 0 1 A000HBFFFH 1 1 0 C000HDFFFH 1 1 1 E000HFFFFH 单片机与外部ROM的连接 7.2 存储器的扩展2022年7月23日星期六计算机系 7.
31、2.2 数据存储器的扩展数据存储器用于存储现场采集的原始数据、运算结果等。外部数据存储器用于存储现场采集的原始数据、运算结果等。外部数据存储器应能随机读数据存储器应能随机读/写，通常由半导体静态随机读写，通常由半导体静态随机读/写写存储器存储器RAM组成。组成。EEPROM芯片有时也会用作外部数据芯片有时也会用作外部数据存储器。存储器。静态静态RAM主要有主要有读出读出、写入写入、维持维持三种工作方式。三种工作方式。常用的静态常用的静态RAM(SRAM)电路有电路有61系列系列的的6116以及以及62系系列的列的6264、62128、62256等。等。8.2 存储器的扩展2022年7月23日星
32、期六计算机系 各引脚定义如下各引脚定义如下:A0Ai：地址输入线，：地址输入线，i=10(6116)，12(6264)，13(62128)，14(62256)。D0Di：双向三态数据线：双向三态数据线(6116为为I/O0I/O7)。CE：片选信号输入端，低电平有效。：片选信号输入端，低电平有效。6264的的26脚脚(CS1)为高电为高电平，且平，且CE为低电平时才选中该片。为低电平时才选中该片。OE：读选通信号输入端，低电平有效。：读选通信号输入端，低电平有效。WE：写允许信号输入端，低电平有效。：写允许信号输入端，低电平有效。VCC：工作电源，接：工作电源，接+5V电压。电压。GND：接地
33、。：接地。7.2 存储器的扩展2022年7月23日星期六计算机系 6116的引脚与封装的引脚与封装 2022年7月23日星期六计算机系 62系列系列SRAM引脚与封装引脚与封装 OEOEOEWEWEWE2022年7月23日星期六计算机系 注：注：X代表任意状态。代表任意状态。*代表对于代表对于CMOS静态静态RAM电路，电路，CE为高电平时，电路处于为高电平时，电路处于降耗状态。此时降耗状态。此时VCC可降至可降至3V左右，内部所存数据也不会丢失。左右，内部所存数据也不会丢失。6116/6264/62128/62258的操作方式 7.2 存储器的扩展2022年7月23日星期六计算机系 【例】【
34、例】8051扩展三片扩展三片6116静态静态RAM(6KB)。解：扩展静态解：扩展静态RAM与扩展与扩展ROM相似，只是控制信号有所不同，相似，只是控制信号有所不同，如下图所示为如下图所示为8051用线选法扩展用线选法扩展2KB静态静态RAM6116的的连线图。连线图。单片机的单片机的RD接接EPROM的输出允许的输出允许OE；WR接接EPROM的写允许的写允许WE。P2口的口的P2.3、P2.4未用，所以它们的状态与未用，所以它们的状态与2764的的寻址无关；假设无关位寻址无关；假设无关位P2.3和和P2.4为为0，则，则1号片的地址号片的地址为为C000HC7FFH，2号片的地址为号片的地
35、址为 A000HA7FFH，3号片的地址为号片的地址为6000H67FFH。7.2 存储器的扩展2022年7月23日星期六计算机系 8051扩展扩展6KB RAM P2.7 P2.6 P2.5 ALE P0.0P0.7 8051 P2.0P2.2 RD WR CE A0A7 6116 1#D0D7 A8A10 OE WE G 74LS373 CE A0A7 6116 2#D0D7 A8A10 OE WE CE A0A7 6116 3#D0D7 A8A10 OE WE 2022年7月23日星期六计算机系 【例】【例】8051同时扩展一片同时扩展一片62256 RAM和一片和一片27256 ROM
36、。解：用线选法同时扩展一片解：用线选法同时扩展一片62256 RAM和一片和一片27256 ROM，逻辑电路图如下图所示。，逻辑电路图如下图所示。32KB EPROM的地址为的地址为 0000H7FFFH，32KB RAM的地址也为的地址也为 0000H7FFFH；虽然片选信号同为虽然片选信号同为P2.7，两者的地址相同，但不会发生地，两者的地址相同，但不会发生地址冲突；因为外部址冲突；因为外部RAM的读写控制信号为的读写控制信号为RD和和WR，它，它们由们由MOVX指令产生，而外部指令产生，而外部ROM的读控制信号在的读控制信号在CPU向外部向外部ROM取指令时才产生，也就是说外部取指令时才
37、产生，也就是说外部RAM的读写的读写控制信号与外部控制信号与外部ROM的读控制信号不会同时产生。的读控制信号不会同时产生。7.2 存储器的扩展2022年7月23日星期六计算机系 8051扩展扩展ROM与与RAM的逻辑电路图的逻辑电路图 P2.7 ALE P0.0P0.7 8051 P2.0P2.6 WR RD PSEN CE A0A7 62256 D0D7 A8A14 WE OE G 74LS373 CE A0A7 27256 D0D7 A8A14 OE 2022年7月23日星期六计算机系 8.3.1 最小系统1.单片机最小系统的结构单片机最小系统也称为单片机的基本系统,这种系统所选择的单片机
38、内部资源已能满足系统的硬件需求,不需外接存储器或I/O接口。如图8.10所示2.8051/8751最小应用系统如图8.11所示3.8031最小应用系统如图8.12所示7.3 最小系统与三总线的概念2022年7月23日星期六计算机系 7.3 最小系统与三总线的概念总线总线是单片机应用系统中，各部件之间传输信息的通路，是单片机应用系统中，各部件之间传输信息的通路，为为CPU和其他部件之间提供数据、地址以及控制信息。和其他部件之间提供数据、地址以及控制信息。按总线所在位置可分：按总线所在位置可分：内部总线内部总线和和外部总线外部总线，前者是指，前者是指CPU系统内部各部件之间的通路，后者指系统内部各
39、部件之间的通路，后者指CPU系统和系统和其外围单元之间的通路，通常所说总线是指外部总线。其外围单元之间的通路，通常所说总线是指外部总线。按通路上传输的信息可分：按通路上传输的信息可分：数据总线数据总线(DB，Data Bus)、地址总线地址总线(AB，Address Bus)和和控制总线控制总线(CB，Control Bus)。8.3.2 单片机的三组总线单片机的三组总线2022年7月23日星期六计算机系 1.地址总线地址总线地址总线地址总线AB用于传送单片机送出的地址信号，以便用于传送单片机送出的地址信号，以便进行存储单元和进行存储单元和I/O端口的选择。端口的选择。地址总线的位数地址总线的
40、位数决定了单片机可扩展存储容量的大决定了单片机可扩展存储容量的大小。如小。如8051单片机地址总线为单片机地址总线为16位，其最大可位，其最大可扩展存储容量为扩展存储容量为216=64K字节。字节。地址总线是单向的地址总线是单向的，因地址信息总是由，因地址信息总是由CPU发出的。发出的。7.3 最小系统与三总线的概念2022年7月23日星期六计算机系 2.数据总线数据总线数据总线数据总线(DB)用于单片机与存储器之间或单片机与用于单片机与存储器之间或单片机与I/O端口端口之间传输数据。之间传输数据。数据总线的位数数据总线的位数与单片机处理数据的字长一致，如与单片机处理数据的字长一致，如8051
41、单片单片机是机是8位字长，数据总线的位数也是位字长，数据总线的位数也是8位。位。从结构上来说从结构上来说数据总线是双向的数据总线是双向的，即数据既可以从单片机送到，即数据既可以从单片机送到I/O端口，也可以从端口，也可以从I/O端口送到单片机。端口送到单片机。3.控制总线控制总线控制总线用来传输控制信号，其中包括控制总线用来传输控制信号，其中包括CPU送往外围单元的控送往外围单元的控制信号，如制信号，如读信号读信号、写信号写信号和和中断响应信号中断响应信号等；还包括外等；还包括外围单元发给送给围单元发给送给CPU的信号，如的信号，如时钟信号时钟信号、中断请求信号中断请求信号以及以及准备就绪信号
42、准备就绪信号等。等。7.3 最小系统与三总线的概念2022年7月23日星期六计算机系 P2.0P2.7 ALE P0.0P0.7 8051 PSEN RD WR 地址 锁存器 数据总线 地址总线 控制总线 A8A15 A0A7 D0D7 单片机的三总线结构 7.3 最小系统与三总线的概念2022年7月23日星期六计算机系 并行扩展总线组成并行扩展总线组成 80C51系列总线型单片机中，由系列总线型单片机中，由P0口做地址口做地址/数据复用数据复用口；口；P2口做地址线的高八位；口做地址线的高八位；P3口的口的RD、WR加上控制加上控制线线EA、ALE、PSEN等组成控制总线。等组成控制总线。(
43、1)地址总线地址总线A0A15地址总线的地址总线的高高8位是由位是由P2口提供口提供的，的，低低8位是由位是由P0口提供口提供的。的。在访问外部存储器时，由地址锁存信号在访问外部存储器时，由地址锁存信号ALE的下降沿把的下降沿把P0口口的低的低8位以及位以及P2口的高口的高8位锁存至地址锁存器中，从而构位锁存至地址锁存器中，从而构成系统的成系统的16位地址总线。位地址总线。实际应用系统中，实际应用系统中，高位地址线并不固定为高位地址线并不固定为8位位，需要用几位就，需要用几位就从从P2口中引出几条口线。口中引出几条口线。7.3 最小系统与三总线的概念2022年7月23日星期六计算机系 (2)数
44、据总线数据总线D0D7数据总线是由数据总线是由P0口提供的，因为口提供的，因为P0口线既用作地址线，又用口线既用作地址线，又用作数据线作数据线(分时使用分时使用)，因此，需要加一个，因此，需要加一个8位锁存器。位锁存器。在实际应用时，先把低在实际应用时，先把低8位地址送锁存器暂存，然后再由地址位地址送锁存器暂存，然后再由地址锁存器给系统提供低锁存器给系统提供低8位地址，而把位地址，而把P0口线作为数据线使口线作为数据线使用。用。在读信号在读信号RD与写信号与写信号WR有效时，有效时，P0口上出现的为数据信息。口上出现的为数据信息。7.3 最小系统与三总线的概念2022年7月23日星期六计算机系
45、 7.3 最小系统与三总线的概念(3)控制总线控制总线 系统控制总线共系统控制总线共12根，既根，既P3口的第二功能再加上口的第二功能再加上RESET、EA、ALE和和PSEN。实际应用中的常用控制信号如下。实际应用中的常用控制信号如下。使用使用ALE作为作为地址锁存的选通信号地址锁存的选通信号，以实现低，以实现低8位地址的锁存。位地址的锁存。以以PSEN信号作为扩展信号作为扩展程序存储器的读选通信号程序存储器的读选通信号。以以EA信号作为内、外信号作为内、外程序存储器的选择信号程序存储器的选择信号。以以RD和和WR作为扩展作为扩展数据存储器和数据存储器和I/O端口的读、写选通信端口的读、写选
46、通信号号。执行。执行MOVX指令时，这两个信号分别自动有效。指令时，这两个信号分别自动有效。2022年7月23日星期六计算机系 7.4 键盘接口键盘是单片机应用系统中人机交流不可缺少的输入设备。键盘是单片机应用系统中人机交流不可缺少的输入设备。键盘由一组规则排列的按键组成，一个按键实际上是一个开关键盘由一组规则排列的按键组成，一个按键实际上是一个开关元件。键盘通常使用元件。键盘通常使用机械触点式按键开关机械触点式按键开关，其主要功能是，其主要功能是把机械上的通断转换为电气上的逻辑关系把机械上的通断转换为电气上的逻辑关系(1(1和和0)0)。常见的种类有：常见的种类有：独立式按键独立式按键和和矩
47、阵式键盘矩阵式键盘。2022年7月23日星期六计算机系 1.1.独立式按键独立式按键 结构如下图所示，其特点是每个按键单独占用一根结构如下图所示，其特点是每个按键单独占用一根I/OI/O口线，每个按口线，每个按键工作不会影响其他键工作不会影响其他I/OI/O口线的状态。多用于所需按键不多的场合。口线的状态。多用于所需按键不多的场合。可采用可采用JNB(JNB(或或JB)JB)来查询哪一个按键按下，并转向相应的功能处理程来查询哪一个按键按下，并转向相应的功能处理程序。序。JNB P1.0,A0 ;如P1.0键按下,就跳到A0 JNB P1.1,A1 ;如P1.1键按下,就跳到A1 JNB P1.
48、2,A2 ;如P1.2键按下,就跳到A2 JNB P1.3,A3 ;如P1.3键按下,就跳到A3 JNB P1.4,A4 ;如P1.4键按下,就跳到A4 JNB P1.5,A5 ;如P1.5键按下,就跳到A5 JNB P1.6,A6 ;如P1.6键按下,就跳到A6 JNB P1.7,A7 ;如P1.7键按下,就跳到A7 8031 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 VCC 7.4 键盘接口2022年7月23日星期六计算机系 2.2.矩阵式键盘矩阵式键盘 单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用矩阵式键盘，其结构单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用
49、矩阵式键盘，其结构如下图所示。由图可知，一个如下图所示。由图可知，一个4 44 4的行、列结构，可以构成一个含的行、列结构，可以构成一个含有有1616个按键的键盘，节省了很多个按键的键盘，节省了很多I/OI/O口。口。控制方式控制方式：先判断是否有键按下。：先判断是否有键按下。如有，再判断哪一键按下，并得到如有，再判断哪一键按下，并得到 键码值，然后根据键码值转向不同键码值，然后根据键码值转向不同 的功能程序。的功能程序。矩阵式结构键盘比独立式按键要复矩阵式结构键盘比独立式按键要复 杂，识别也要复杂一些。最常用的杂，识别也要复杂一些。最常用的 识别方法是键盘扫描法。识别方法是键盘扫描法。P1.
50、0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 +5V 10k 10k 10k 10k 89S51 7.4 键盘接口2022年7月23日星期六计算机系 7.4 键盘接口8.4.1 键盘消抖原理机械式按键在按下或释放时，机械式按键在按下或释放时，由于机械弹性作用的影由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。后其触点才稳定下来。其抖动过程如右图所示，其抖动过程如右图所示，抖动时间的长短与开关抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般的机械特性有关，一般为为5 10ms。闭合稳定键按下前沿抖动后沿抖
