1、单片机技术与应用单片机技术与应用项目导读项目导读项目小结项目小结任务任务1 电子密码锁设计电子密码锁设计任务任务2 简易计算器设计简易计算器设计 项目六 电子密码锁设计 单片机技术与应用单片机技术与应用知识分布网络知识分布网络 键盘基本内容查询式按键矩阵式按键数码显示器和键盘综合运用项目六 电子密码锁设计 系统扩展基本内容程序存储器（ROM）扩展方法数据存储器（RAM）扩展方法RAM/ROM同时扩展I/O口扩展方法单片机技术与应用单片机技术与应用项目六 电子密码锁设计 单片机技术与应用单片机技术与应用（1 1）独立式按键结构）独立式按键结构图6-1 独立式按键电路1 1、独立式键盘、独立式键盘
2、任务任务1 1 电子密码锁电子密码锁相关知识：单片机键盘接口相关知识：单片机键盘接口单片机技术与应用单片机技术与应用(1)(1)矩阵式键盘的结构及原理矩阵式键盘的结构及原理 图6-2 矩阵键盘电路图 2 2、矩阵式按键、矩阵式按键任务任务1 1 电子密码锁电子密码锁单片机技术与应用单片机技术与应用（2 2）矩阵式键盘按键的识别矩阵式键盘按键的识别 识别按键的方法很多，其中，最常见的方法是扫描法，其中一种是“行扫描法”。行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是最常用的按键识别方法。（3 3）键盘的编码键盘的编码 对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码
3、，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。键盘编码可采用依次排列键号的方式对安排进行编码。（4 4）键盘的工作方式键盘的工作方式 在单片机应用系统中，键盘扫描只是CPU的工作内容之一。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。任务任务1 1 电子密码锁电子密码锁单片机技术与应用单片机技术与应用知识拓展：可编程键盘知识拓展：可编程键盘/显示器接口显示器接口Intel 8279 8279是可编程的键盘/显示接口芯片。它既具有按键处理功能，又具有自动显示功能，含有键盘输入和显示器输出两种功能，在单片机系统中应用很广泛。键盘输入时，它提供自动扫描，能与按键或传感器组成的矩
4、阵相连，接收输入信息，它能自动消除开关抖动并能对多键同时按下提供保护。8279内部有键盘FIFO（先进先出堆栈）/传感器，双重功能的88=64B RAM，键盘控制部分可控制88=64个按键或88阵列方式的传感器。显示输出时，它有一个168位显示RAM，其内容通过自动扫描，可由8或16 位LED数码管显示。读者使用时可查看相关器件的数据手册。任务任务1 1 电子密码锁电子密码锁单片机技术与应用单片机技术与应用相关知识：单片机系统扩展相关知识：单片机系统扩展 1 1、程序存储器扩展、程序存储器扩展 （1 1）扩展总线）扩展总线 在进行单片机应用系统设计时，首先考虑的就是存储器的扩展，包括程序存储器
5、和数据存储器。其次是I/O口的扩展，用来连接一定的输入设备和输出设备。单片机的程序存储器空间和数据存储器空间是相互独立的。程序存储器的寻址空间是64K字节（0000HFFFFH）。1）数据总线DB宽度为8位，由P0口提供。2）地址总线AB宽度为16位，可寻址范围达216，即64K。低8位A7A0由P0口经地址锁存器提供，高8位A15A8由P2口提供。由于P0口是数据、地址分时复用，所以P0口输出的低8位地址必须用地址锁存器进行锁存。3）控制总线由 、ALE和等信号组成，用于读/写控制、片外ROM选通、地址锁存控制和片内、片外ROM选择。RDWRPSEN任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机
6、技术与应用单片机技术与应用图6-3 MCS-51单片机的总线组成 任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用（2 2）ROMROM芯片芯片 单片机的地址总线为16位，扩展的片外ROM的最大容量为64KB，地址范围是0000HFFFFH。80C51对片内和片外ROM的访问使用相同的指令，两者的选择是由硬件实现的。当=0时，选择片外ROM；当=1时，程序地址从片内ROM开始为0000H（0000H-0FFFH），片外ROM地址接在片内ROM后面(1000H-FFFFH)。芯片在片外扩展时，多选择采用线选法，地址译码法用的渐少。能够作为片外ROM的芯片主要有EPROM存储器
7、和EEPROM存储器。1）EPROM存储器 常用的EPROM芯片有2732、2764、27128、27256、27512等 任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用表6-4 常见EPROM芯片的主要技术特性 芯片型号芯片型号27322764271282725627512容量容量KBKB48163264引脚数引脚数2428282828读出时间读出时间nsns100300100200100300100300100300最大工作电流最大工作电流mAmA10075100100125最大维持电流最大维持电流mAmA3535404040任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机
8、技术与应用单片机技术与应用图6-4 几种芯片的引脚定义 其中A0A15：地址线；O0O7：数据线；：片选线，低电平有效，也就是说，只有当为低电平时，芯片才被选中；/VPP：输出允许/编程高压，双功能管脚，当为低电平时，芯片用作程序存储器时，其功能是允许读数据出来；当对EPROM编程（也称为固化程序）时，该管脚用于高电压输入。CEOE任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用 1）EEPROM存储器 EEPROM具有ROM的非易失性，同时又具有RAM的随机读/写特性，每个单元可以重复进行1万次改写，保留信息的时间长达20年。所以，既可以作为ROM，也可以作为RAM。EE
9、PROM对硬件电路无特殊要求，操作简便,现已可以直接使用单片机系统的5V电源在线擦除和改写。常用的EEPROM芯片是2817A、2816A、2864A等 芯片型号芯片型号2816 2816A28172817A2864引脚数引脚数2424282828取数时间取数时间nsns250200250250200250250读操作电压读操作电压/V/V55555写操作电压写操作电压/V/V2152155字节擦除时间字节擦除时间msms10915101010写入时间写入时间msms10915101010表6-5 常见EEPROM芯片的主要技术特性 任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技
10、术与应用图6-5 常用EEPROM管脚图 其中其中A0A10(2864A为A12)：地址线；I/O0I/O7：读写数据线；：片选线 ：读允许线，低电平有效；：写允许线，低电平有效；RED/：低电平表示2817A正在写操作，处于忙状态，高电平表示写操作完毕。Vcc：+5V电源；GND：接地端 CEOEWEBUSY任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用2 2、数据存储器扩展、数据存储器扩展 用的外部数据存储器有静态RAM（Static Random Access Memory,SRAM）和动态RAM（Dynamic Random Access Memory,DRAM）
11、两种。前者相对读写速度高，一般都是8位宽度，易于扩展，且大多数与相同容量的EPROM引脚兼容，使用方便；缺点是集成度低，成本高，功耗大。后者集成度高，成本低，功耗相对较低；缺点是需要增加一个刷新电路，附加另外的成本。一般情况下，SRAM用于仅需要小于64KB数据存储器的小系统，DRAM经常用于需要大于64KB的大系统。MCS-51单片机扩展片外数据存储器的地址线也是由P0口和P2口提供的，因此最大寻址范围为64K字节（0000HFFFFH）。任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用（1 1）RAMRAM扩展扩展 扩展RAM和扩展ROM类似，由P2口提供高8位地址，P
12、0口分时地作为低8位地址线和8位双向数据总线。80C51系列单片机通过16根地址线可分别对片外64 KB ROM(无片内ROM的单片机)及片外64KB RAM寻址。（2 2）RAMRAM芯片芯片 1)数据存储器数据存储器OE/RFSH123456789101112131428272625242322212019181716156264VccWECSA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D3NCA12A7A6A4A4A3A2A1A0D0D1D2GNDNCA12A7A6A4A4A3A2A1A0D0D1D2GNDA14A12A7A6A4A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccWEA13A8
13、A9A11OEA10CED7D6D5D4D3VccWEA13A8A9A11A10CED7D6D5D4D362256 62128 62646266 62128 6225612345678910111224232221201918171615141361166212862256A7A6A4A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccA8A9WEOEA10CED7D6D5D4D3图6-6 常用RAM芯片的引脚 任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用 2）数据存储器扩展电路数据存储器扩展电路 本项目任务二的实用计算器用6264扩展8 KB的RAM。芯片允许用P27进行控制
14、，当P27为低电平时，6264被选中，因此片外RAM的地址为0000H1FFFH。片选线CS接高电平，保持有效状态，并可以进行断电保护。单片机对RAM的读写除了可以使用以下：MOVXDPTR,A ；64K字节内写入数据 MOVXA,DPTR ；64K字节内读取数据还可以使用以下对低256字节的读写指令：MOVXRi,A；低256字节内写入数据 MOVXA，Ri；低256字节内读取数据任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用 3）采用采用EEPROM 扩展数据存储器扩展数据存储器 2864A做数据存储器使用时，其数据的读出和写入与静态RAM完全相同，采用MOVX A，
15、DPTR和MOVX DPTR,A指令来完成读写操作。RDY/REFEN1A122A73A64A55A46A37A28A19A010I/O011I/O112I/O213GND14I/O315I/O416I/O517I/O618I/O719CE20A1021OE22A1123A924A825NC26WE27VCC28iRAM21862187图6-7 iRAM2186、2187管脚图 4）新型扩展数据存储器新型扩展数据存储器 集成动态随机RAM集成动态RAM（iRAM）是一种新型的数据存储器，它将一个完整的动态RAM系统，包括动态刷新硬件逻辑集成到一个芯片中，不再需要外部刷新逻辑电路，从而兼有静态R
16、AM、动态RAM的优点。快擦写型存储器（Flash Memory）近年来，快擦写型存储器发展很快，大量用来制作存储器卡（也称为闪卡），用于数码相机和智能手机中。它是一种电可擦除型、非易失性存储器，也称为闪存，其特点是快速在线修改，且掉电后信息不丢失。任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用3 3、程序存储器和数据存储器同时扩展、程序存储器和数据存储器同时扩展 在有些应用中，需要同时扩展程序存储器和数据存储器。单片机的地址总线为16位，扩展的片外ROM的最大容量为64KB，地址范围是0000HFFFFH。扩展的片外RAM的最大容量也为64KB，地址范围也是0000HF
17、FFFH。由于80C51采用不同的控制信号和指令（CPU对ROM的读操作由控制，指令用MOVC；CPU对RAM读操作用控制，指令用MOVX），所以尽管ROM与RAM的地址是重叠的（物理地址是独立的），也不会发生混乱。任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用4 4、I/OI/O口扩展口扩展 (1)并并行行输输入入/输输出接口的出接口的简单扩简单扩展展 在一些应用系统中，常利用TTL电路或CMOS电路进行并行数据的输入或输出。80C31单片机将片外扩展的I/O口和片外RAM统一编址，扩展的接口相当于扩展的片外RAM的单元，访问外部接口就像访问外部RAM一样，使用的都是M
18、OVX指令，并产生读(RD)或写(WR)信号。用RD、WR作为输入/输出控制信号，如图6-20所示。图6-8 用TTL芯片扩展并行口I/O接口 任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用 1)I/O口地址确定口地址确定因为74LS244和74LS273都是在P2.0为0时被选通的，所以二者的口地址都为FEFFH（这个地址不是唯一的，只要保证P2.0=0，其它地址位无关）。但是由于分别由和控制，两个信号不可能同时为0（执行输入指令例如MOVX A，DPTR或MOVX A，Ri时，有效；执行输出指令例如MOVX DPTR，A或MOVX Ri，A时，有效），所以逻辑上二者不
19、会发生冲突。2）编程应用：MOV DPTR，#0FEFFH ；数据指针指向口地址 MOVX A，DPTR ；从244读入数据 MOVX DPTR，A ；向273输出数据D任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用(2)同同时扩时扩展外部展外部RAM与与外部外部I/O 外部RAM与外部I/O口采用相同的读写指令，二者是统一编址的，因此当同时扩展二者时，就必须考虑地址的合理分配，通常采用译码法来实现。图6-9 单片机的RAM及IO扩展图 任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用(3)串行口的串行口的I/O口口扩扩展展 串行口一般采用方式0扩展并
20、行I/O口。下面以移位寄存器74LS165、74LS164为例，具体说明串行口的I/O扩展。1)以以并并行行输输入入8位移位寄存器位移位寄存器74LS165作作扩扩展展输输入口入口 图6-22是将8051的3根口线扩展为16根输入口线的实用电路，它由2块74LSl65串接而成(前级的数据输出位QH与后级的信号输入端SIN相连)。单片机的P3.0(RXD)引脚是数据的输入端，P3.1(TXD)引脚送出74LS165的移位脉冲。图6-10 利用74LS165和串行口扩展输入口 任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用2)以以8位位并并行行输输出串行移位寄存器出串行移位寄
21、存器74LS164作作扩扩展展输输出口出口 图6-23是利用74LS164扩展16根输出口线的实用电路。这正是本项目任务二采用的电路。由于74LS164无并行输出控制端，在串行输入过程中，其输出端的状态会不断变化，故在某些使用场合，在74LS164与输出装置之间，还应加上输出可控的缓冲级(如74LS244)，在串行输入结束后再输出。图中的输出装置是两位共阳极七段显示发光二极管，采用静态显示方式。由于74LS164在低电平输出时，允许通过的电流可达8 mA，故不需再加驱动电路。图6-11 利用74LS164和串行口扩展输出口任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用(4
22、)采用可编程接口芯片的采用可编程接口芯片的I/O口扩展口扩展 所谓可编程的接口芯片是指其功能可由微处理机的指令来加以改变的接口芯片，利用编程的方法，可以使一个接口芯片执行不同的接口功能。目前，各生产厂家已提供了很多系列的可编程接口，MCS-51单片机常用的两种接口芯片是8255以及8155。读者使用时可查看相关器件的数据手册。任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用设计方案设计方案 选用AT89C51单片机芯片、时钟电路、复位电路、电源和按键键盘和开锁电磁阀器等元件构成系统，构成密码锁电路的设计方案。任务实施任务实施图6-12 简易密码锁系统方案设计框图 AT89C
23、51单片机单片机电源电源时钟电路时钟电路复位电路复位电路数码管显示数码管显示独立式键盘独立式键盘开锁电磁阀开锁电磁阀任务任务1 1 电子密码锁电子密码锁单片机技术与应用单片机技术与应用图6-13 简易密码锁-查询式键盘电路原理图 任务任务1 1 电子密码锁电子密码锁单片机技术与应用单片机技术与应用图6-14 简易密码锁-矩阵式键盘电路原理图 任务任务1 1 电子密码锁电子密码锁单片机技术与应用单片机技术与应用技能提高：综合密码锁设计与仿真技能提高：综合密码锁设计与仿真 控制要求：控制要求：在前面简易密码锁的基础上改为12键矩阵式键盘和6位数码管构成综合密码锁。1)6 位LED 数码管（共阴）显
24、示；2)键盘功能：采用43键盘，包括：09：数字键*键：倒退键#键：确定键3）初始化显示“HELLo!；4）按密码以#号结束确认，密码1-6位，超过6位取最后按下的6位；5）按密码时，对应位显示“-”而不显示按键值本身；6）密码正确，数码管显示“PASSEd”,开锁,约5秒后关锁，显示“HELLo!；7）密码错误，数码管显示“Error-”，不开锁,约5秒后，显示“HELLo!。任务任务1 1 电子密码锁电子密码锁单片机技术与应用单片机技术与应用设计方案设计方案 电子密码锁有09十个数字键和多个数码管，这样密码的数量就更多、更安全，显示的信息也更丰富，使用更方便。但按键数量和显示数码管较多时，
25、使用独立式按键就不合适了。可采用矩阵式键盘和显示器综合电路，形成一个实用的综合密码锁电路方案。开锁电磁阀器仍用LED代替。图6-15 综合密码锁系统方案设计框图 任务任务1 1 电子密码锁电子密码锁单片机技术与应用单片机技术与应用图6-16 综合密码锁电路原理图 任务任务1 1 电子密码锁电子密码锁单片机技术与应用单片机技术与应用设计方案设计方案 选用AT89C51单片机，采用16键矩阵式键盘，串行扩展电路实现两个数码管显示。任务实施任务实施图6-17 系统方案设计框图 任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用图6-18 一位简易四则运算计算器电路原理图 任务任务2
26、 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用控制要求：控制要求：在任务二的基础上，增加到3位数码管，扩展RAM，设计一个实用的简易计算器。1）实现1字节的加、减、乘、除四节运算；2）如果结果溢出，数码管显示“EEE”；相关知识:单片机系统扩展 3）可以清零。技能提高：实用简易计算器的设计与实现技能提高：实用简易计算器的设计与实现 任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用1 1、确定设计方案、确定设计方案 在1位简易四节运算计算器的基础上，增加到3位数码管，扩展RAM。图6-19 实用简易计算器系统方案设计框图 任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机
27、技术与应用单片机技术与应用图6-20 实用简易计算器电路原理图 任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用图6-21 实用简易计算器RAM扩展部分电路原理图任务任务2 2 简易计算器简易计算器单片机技术与应用单片机技术与应用项目六 电子密码锁设计 知识梳理与总结知识梳理与总结1 1、按键按结构原理可分为触点式开关按键（如机按键按结构原理可分为触点式开关按键（如机 械式按键）和无触点开关按键（如电气式按键）械式按键）和无触点开关按键（如电气式按键），其中，机械式开关按键使用最为频繁，使用，其中，机械式开关按键使用最为频繁，使用 机械式按键时，应注意去抖。多个按键组合在机
28、械式按键时，应注意去抖。多个按键组合在 一起可构成键盘，键盘可分为独立式按键和矩一起可构成键盘，键盘可分为独立式按键和矩 阵式（也叫行列式）按键两种，阵式（也叫行列式）按键两种，MCS-51MCS-51可方便可方便 地与这两种键盘接口。地与这两种键盘接口。2 2、独立式键盘配置灵活，软件结构简单，但占、独立式键盘配置灵活，软件结构简单，但占 用用I/OI/O口线多，不适合较多按键的键盘。矩阵口线多，不适合较多按键的键盘。矩阵 式键盘占用式键盘占用I/OI/O口线少，节省资源，软件相对口线少，节省资源，软件相对 复杂。复杂。单片机技术与应用单片机技术与应用4 4、系统扩展包括、系统扩展包括RAMRAM、ROMROM和和I/OI/O口的扩展。口的扩展。3 3、矩阵键盘一般采用扫描方式识别按键，、矩阵键盘一般采用扫描方式识别按键，键盘扫描工作方式有三种，即编程扫描、键盘扫描工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。定时扫描和中断扫描。项目六 电子密码锁设计
