1、第第5 5章章 MCS-51MCS-51单片机外部并行接口扩展技术单片机外部并行接口扩展技术u教学提示：教学提示：MCS-51MCS-51单片机并行接口扩展技术是单单片机并行接口扩展技术是单片机应用的重要部分。并行接口扩展主要包括系统扩片机应用的重要部分。并行接口扩展主要包括系统扩展、键盘及显示器原理和应用、展、键盘及显示器原理和应用、A/DA/D及及D/AD/A转换电路的转换电路的设计与实现和开关量输入设计与实现和开关量输入/输出通道的设计。了解并输出通道的设计。了解并行接口扩展技术的工作原理和特点，并在实际中使用行接口扩展技术的工作原理和特点，并在实际中使用它们，是单片机设计与应用的重要组
2、成部分。它们，是单片机设计与应用的重要组成部分。u教学要求：教学要求：本章介绍了单片机并行接口扩展技术的工作原理、本章介绍了单片机并行接口扩展技术的工作原理、特点及应用实例。要求掌握系统扩展方法、键盘及显特点及应用实例。要求掌握系统扩展方法、键盘及显示器原理、示器原理、A/DA/D和和D/AD/A转换电路的原理及扩展应用；了转换电路的原理及扩展应用；了解常用典型并行接口器件应用，在实际中使用它们。解常用典型并行接口器件应用，在实际中使用它们。5.1 5.1 系统总线扩展及编址技术系统总线扩展及编址技术 5.2 5.2 存储器扩展存储器扩展 5.3 5.3 并行口扩展并行口扩展 5.4 5.4
3、键盘键盘/显示器接口扩展技术显示器接口扩展技术 5.5 5.5 模拟量模拟量I/OI/O通道通道 5.6 5.6 开关量开关量I/OI/O通道通道 5.7 5.7 本章小结本章小结第第5 5章章 MCS-51MCS-51单片机外部并行接口扩展技术单片机外部并行接口扩展技术 由于由于MCS-51MCS-51单片机内部资源数量和种类的单片机内部资源数量和种类的限制，因此在实际使用时系统常常需要由外部限制，因此在实际使用时系统常常需要由外部扩展，其中包括外部程序存储器的扩展、外部扩展，其中包括外部程序存储器的扩展、外部数据存储器的扩展和数据存储器的扩展和I/O I/O 端口的扩展以及其他端口的扩展以
4、及其他功能器件的扩展等。本节介绍采用并行总线结功能器件的扩展等。本节介绍采用并行总线结构的单片机扩展方法及编址方法。构的单片机扩展方法及编址方法。5.1 5.1 系统总线扩展技术及编址技术系统总线扩展技术及编址技术 MCS-51MCS-51系列单片机系统扩展主要包括存储器扩系列单片机系统扩展主要包括存储器扩展、展、I/OI/O口的扩展。存储器扩展分为程序存储器的扩口的扩展。存储器扩展分为程序存储器的扩展、数据存储器的扩展。扩展的能力为：展、数据存储器的扩展。扩展的能力为：程序存储器可扩展至程序存储器可扩展至6464KBKB；数据存储器可扩展至数据存储器可扩展至6464KBKB；I/OI/O口的
5、扩展。口的扩展。5.1.1 5.1.1 系统总线扩展系统总线扩展 注意：注意：MCS-51MCS-51单片机的外部数据存储器和扩展单片机的外部数据存储器和扩展I/OI/O口口是统一编址的，即每一个扩展的是统一编址的，即每一个扩展的I/OI/O口相当于外部口相当于外部RAMRAM的一个存储单元，所以，对的一个存储单元，所以，对I/OI/O端口的访问与对端口的访问与对外部外部RAMRAM的读的读/写操作一样。写操作一样。I/OI/O接口指令接口指令：MOVXMOVX 接口接口信号与时序信号与时序：与外：与外RAMRAM扩展方法一样扩展方法一样 输入输入/输出的数据输出的数据交换方式交换方式（例（例
6、 A/DA/D转换器）：无条转换器）：无条件方式；延时等待方式；查询方式；中断方式件方式；延时等待方式；查询方式；中断方式 单片机单片机系统扩展系统扩展使用的使用的外部总线外部总线有以下三种：有以下三种：地址总线地址总线：P0P0口口(A0A0A7)A7)，P2P2口口(A8A8A15)A15)；数据总线数据总线：P0P0口口(D0D0D7)D7)；控制总线控制总线：控制信号：控制信号(ALEALE、/PSEN/PSEN、/EA/EA、/WR/WR、/RD)/RD)的具体定义见表的具体定义见表5-15-1。MCS-51MCS-51系统扩展结构图系统扩展结构图 单片机扩展总线结构图单片机扩展总线
7、结构图 扩展时注意的问题：扩展时注意的问题：地址地址锁存器锁存器的选用：的选用：7474LS373LS373 存储器空间存储器空间冲突冲突问题：外问题：外RAMRAM（/RD/RD、/WR/WR）有效，由有效，由MOVXMOVX实现；外实现；外ROMROM（/PSEN/PSEN）有效，由有效，由PCPC指针自动实指针自动实现，由于现，由于CPUCPU的内的内ROMROM化，使化，使/PSENPSEN作用弱化。作用弱化。编址技术问题：编址技术问题：必须会！必须会！地址的译码：地址的译码：线选法线选法：简单，但浪费地址资源；：简单，但浪费地址资源；译码法译码法：稍复杂，但地址资源的利用率高。：稍复
8、杂，但地址资源的利用率高。常用的器件有常用的器件有7474LS138LS138。全译码与部全译码与部 分译码。分译码。5.1.2 5.1.2 编址技术编址技术 线选法线选法 译码法译码法 5.2.1 5.2.1 程序存储器的扩展程序存储器的扩展5.2.2 5.2.2 数据存储器的扩展数据存储器的扩展5.2.3 5.2.3 非易失性数据存储器的扩展（有并行非易失性数据存储器的扩展（有并行 E E2 2PROMPROM和和NVRAMNVRAM等，自己找资料及教材等，自己找资料及教材 看不作要求）看不作要求）5.2 5.2 存储器扩展存储器扩展为什么要扩展？为什么要扩展？8031 8031片内无片内
9、无ROMROM，80518051、87518751、89C5189C51等内等内ROMROM容量不够。容量不够。用什么扩展？用什么扩展？EPROMEPROM，27162716（2K2K），），27322732（4K4K），），27642764（8K8K），），2751227512（64K64K）ANANA0A0：地址端地址端D0D0D7D7：数据端数据端VCCVCC、GNDGND：电源端电源端/CECE：片选端片选端/OEOE：输出信号允许端输出信号允许端VPPVPP：编程电压输入端编程电压输入端/PGMPGM：编程控制输入线编程控制输入线5.2.15.2.1程序存储器的扩展程序存储器的扩展E
10、PROMEPROM器件器件 EPROMEPROM器件器件 EPROMEPROM器件器件 怎样扩展？怎样扩展？首先我们首先我们了解了解单片机怎样从外存中单片机怎样从外存中取指取指，取指信号操作包，取指信号操作包括括ALEALE、/PSEN/PSEN、P2P2和和P0P0怎样扩展？怎样扩展？看图。看图。分析分析 A.74LS373A.74LS373的作用；的作用；G=1G=1，Q0Q0Q7=D0Q7=D0D7D7 G G下降沿时，下降沿时，D0D0D7D7被锁存在被锁存在Q0Q0Q7Q7上上 利用该特点，将利用该特点，将ALEALE与与G G端相连。端相连。B./PSENB./PSEN与与/OEO
11、E线的连接。线的连接。取指时序取指时序 ROMROM扩展扩展 注意：注意：27162716、27322732、2712827128等的扩展方法与等的扩展方法与27642764类似，只是类似，只是P2P2口与地口与地址线连接址线连接数量数量有差异。有差异。ALEALE与与/PSENPSEN信号信号每每MCMC出现两次出现两次，即，即1 1MCMC取指两次。单字节指令取指两次。单字节指令取指取指1 1MCMC，双字节指令取指双字节指令取指1 1MCMC，3 3字节指令（字节指令（DJNZDJNZ，CJNECJNE）取取指指2 2个个MCMC。执行执行MOVXMOVX时，由于需要用时，由于需要用P2
12、P2口提供外部口提供外部RAMRAM的高的高8 8位地址，因位地址，因此当取出此当取出MOVXMOVX指令时，下一个机器周期指令时，下一个机器周期/PSENPSEN和和ALEALE无效，此无效，此时，时，P2P2提供提供RAMRAM高高8 8位地址，位地址，/RDRD或或/WRWR有效，有效，P0P0输入输入/输出输出MOVXMOVX中的数据，因此中的数据，因此MOVXMOVX需要需要2 2个个MCMC才被执行。才被执行。为什么要扩展？为什么要扩展？8031片内只有128个字节，8032只有256个字节。片外扩展一般小于64K。用什么扩展？用什么扩展？RAM，6116（2K），6264（8K）
13、，62256（32K）ANA0：地址端D0D7：数据端VCC、GND：电源端/CE：片选信号/OE：读信号线/WE：写信号线5.2.25.2.2数据存储器的扩展数据存储器的扩展RAMRAM器件器件 怎样扩展？怎样扩展？首先我们了解读/写外部RAM的时序。怎样扩展？看图分析 A.74LS373的作用，与扩展ROM一样，锁存低8位地址；B.高位地址线的连接决定地址单元编号，举例；C.信号线的连接 /RD-/OE；/WR-/WE；P2-ANA8 P0-D0D7（A7A0，经74373锁存）读读RAMRAM时序时序 写写RAMRAM时序时序 RAMRAM扩展扩展 读写的执行过程：读写的执行过程：读RA
14、M：/PSEN取指指令（ROM中）通过P0口入CPUP2P0提供RAM地址/RD有效RAM中的数据通过P0口入CPU。写RAM：/PSEN取指指令（ROM中）通过P0口入CPUP2P0提供RAM地址/WR有效CPU中的数据通过P0口入外部RAM。共用74LS373 是由于访问时分时进行共用高位地址线和数据线/低位地址线 2764由/PSEN选通，6264由/RD与/WR选通，P0数据互不干扰P2具有动态功能 当P2口有外部RAM地址时，又要对片外ROM取指时，原RAM地址暂时消失而出现取指的高位地址，取指结束后，原RAM地址被恢复，因此，称为动态端口。但P2口地址被指定后，不会被取指操作所破坏
15、。ROM+RAMROM+RAM扩展扩展 ROM+RAMROM+RAM扩展结构示意图扩展结构示意图地址编码举例地址编码举例地址编码举例地址编码举例问题：单片机执行MOVX一次，ALE信号将丢失1个脉冲，怎样捡回该脉冲，使ALE等于FOSC/6？超空间扩展 大于64K字节的扩展问题双端口RAM:IDT7132（典型的应用图）双CPU系统中非易失数据存储器NVRAM:DS1230Y/AB 管脚兼容、使用与SRAM一样，但有电源低写保护，自动电源切换电路等!(教材P123-P124)IDT7132IDT7132引脚图引脚图IDT7132IDT7132典型应用图典型应用图并行EEPROM(E2PROM)28C16、28C17、28C64等 特点：掉电保护数据，即非易失性；多缓冲结构，写入时可页写！写入时，有页加载（MOVX操作）页存储（几个毫秒）；写入时数据存储结束可通过数据查询（最高位D7编程时反向状态，编程结束后，恢复正确的数据）或忙状态判断；读出时，与普通ROM一样（方法及速度）；可作RAM使用（写入低速），也可作ROM使用！28C6428C64引脚图引脚图28C6428C64典型应用图典型应用图
