单片机系统的扩展

一、并行总线 单片机进行并行扩展时将I/O口看作为一般的微型机总线接口形式。 1、地址总线
MCS-51单片机可以提供16位地址线，高8位地址由P2口提供（P2口 具有锁存功能，可以和外部芯片的高8位地址直接相连），低8位地址 线由P0口提供，P0口为地址/数据分时复用的I/O口，需外加地址锁存器， 以锁存低8位地址信息。在CPU的地址锁存允许信号ALE的下降沿将地址 的低8位信息锁存到锁存器中。 2、数据总线
ALE P2口
PSEN
A0
锁存器
~
A7 低8位地址总线
高8位地址总线
A8
~
An
CE OE
引脚相连，若采用74LS273，则对ALE取反之
图 8-1 程序存储器扩展接口电路图
后使用，与CLK引脚相连。
P2.7 P2.6 P2.0~P2.2 AT89C51 ALE
P0.0~P0.7
PSEN
（1）
（2）
74LS373 LE Q0~Q7
OE D0~D7
A0~A7 A8~A10 CE
2716（I）
D0~D7
OE
Байду номын сангаас
A0~A7 A8~A10 CE
2716（II）
D0~D7
OE
（2）地址范围 地址范围的判断只与地址线和片选端的连接有关，通常情况下P2口中没有连接到外
部存储器的线称之为无关位，可取“1”或“0”，而P0口和P2口中与外部存储器的地 址线相连接的线的地址范围为全“0”至“1”。由于一般情况下片外芯片的片选端为 低电平有效，所以P2口中与片选端相连接的线取“0”代表选择某个片外芯片，取“1” 代表不选择某个片外芯片。上图中各2716地址范围如下表，此处无关位取全“0”。
P口
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7~P0.0 地址范围
/
/
/
A10 A9
A8
A7~A0
2716（I） 1
0
0
0
0
0
0
8000H
0
00000000
~
87FFH
1
0
0
0
0
1
1
1
11111111
/
/
/
A10 A9
A8
A7~A0
2716（II） 0
1
储空间中，高128B是特殊功能寄存器 EA
ALE
区，一般不进行数据的存取；低128B P2口
空间中的单元还涉及到工作寄存器区、
堆栈的使用等，这样就使得当我们需
RD
要存储大量数据时片内数据寄存器空
WR
数据总线
数据存储器
D0 ~ D7
A0
锁存器
~
A7 低8位地址总线
高8位地址总线
A8
~
An
CE OE
WE
/
2716（II） 0
0
0
0
0
0
0
0
/ A10 A9
0
0
0
0
1
1
A8
A7~A0
0000H
0
00000000
~
07FFH
1
11111111
8.2.2 数据存储器扩展
MCS-51系列单片机的数据存储器最大 寻址范围也可达到64KB，其内部只有
51单片机 P0口
256B的数据存储空间。在这256B的存
数据存储器扩展常使用的有静态RAM和动态RAM两种。在51单片机应 用系统中，最常用的是静态数据存储器RAM 芯片，有6116(2Kx8B)和 6264 (8Kx8B）两种。
P2.7 P2.6 P2.0~P2.4
AT89C51 ALE
P0.0~P0.7 RD WR
（1）
（2）
74LS373 LE Q0~Q7
0
0
0
0
0
4000H
0
00000000
~
47FFH
0
1
0
0
0
1
1
1
11111111
表 74LS138真值表
输入
输出
E1
A2 A1 A0
×H××××11111111
××H×××11111111
L×××××11111111
H
L
L
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
H
L
L
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
H
L
L
0
1
0
1
1
0
1
1
1
A8
A7~A0
6264（I） 1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
8000H
0
00000000
~
9FFFH
1
11111111
/ A12 A11 A10 A9
A8
A7~A0
6264（II） 0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
00000000 4000H
~
5FFFH
1
11111111
AT89C51 P2.7 P2.6 P2.5
第八章 单片机系统的扩展
第一节 单片机总线结构
8.1.1 总线概述
广义上讲总线是一组信号线的集合，是一种传送规定信息的 公共通路，它定义了各引线的信号、电气和机械特性。利用总线 可以实现芯片内部、印制电路板各部件之间、机箱内个模块之间、 主机与外设之间或系统与系统之间的连接与通信。
51系列单片机系统扩展属于外部总线，故我们这里只介绍外 部总线。按传输方式可划分为并行总线和串行总线，按照传输的 信息的性质又分为数据总线、地址总线、控制总线和电源总线。
间满足不了实际要求，必须进行数据 存储器的扩展，增加数据存储容量。
图 8-4 程序存储器扩展接口电路图
51系列扩展片外数据存储器的一般接
口电路如图8-4。
在数据存储器的扩展中，地址线和数据线的连接方式和程序存储器的 扩展是相同的，不同的在于读写线上，由于对于51单片机的程序存储 器在工作时是“只读不写”的，所以程序存储器的只有读线，而数据 存储器是可读写的，故有两条，分别与单片机的读写线相连。
PSEN
74LS373 LE Q0~Q7
OE D0~D7
A0~A7 A8~A10 CE
2716（I）
D0~D7
OE
A0~A7 A8~A10 CE
2716（II）
D0~D7
OE
（2）地址范围 由于采用的是3-8译码器来控制2716的片选端，所以地址范围与线选法相比发生 了变化。各2716地址范围如表。
字选是选择出该芯片的某一存储单元（或I/O接口芯片的寄 存器），即确定信息存在的芯片内部的具体位置。
而为了确定具体芯片的存储单元一般常采用的选址方法有 线选法和译码法两种。
一、线选法
若系统中之扩展少量的外部ROM、RAM和I/O接口芯片，一般用线选 法。线选法就是把单独的地址线（一般取P2口线）接到某外接芯片的片 选端，利用该地址线引脚电平信号来选择是否选中该芯片。在一般情况 下，大部分芯片的片选端都是低电平有效。
二、译码法
对于需要ROM、RAM和I/O容量大的系统，当所需芯片过多，所用的 芯片片选端已经超过了可用的地址线时，采用译码法。译码法就是用译 码器对高位地址进行译码，译出的信号作为片选信号，用低位地址线选 择芯片的片内地址。常用的74系列译码芯片有74LS138（3-8译码器）、 74LS139（2-4译码器）、74HC4514（4-16译码器）等。
非编码键盘指的是利用软件识别按钮的状态，单片机系统使用的基本都是非编码键盘。
在键盘设计中常有独立式键盘和矩阵式键盘两种，而键盘的抖动问题是键盘设计的关 键技术之一。所谓键盘抖动是指由于按钮触点的弹性作用，一个按钮在闭合和断开时不会 立即达到稳定状态，也就是说按钮的操作在闭合和断开的瞬间会伴随着一连串的抖动现象， 如图8-8，而抖动的时间是由按钮的机械特性决定的，一般为5~10ms。
与非型FLASH也是一种并行结构的FLASH，但是其数据、地址和控制线是分时 复用I/O总线的，相对于并行FLASH引脚数大大减少，但是这种芯片在使用时 要对接口的时序要求较高。常见的芯片型号如三星的K9F5608系列。
第三节 人机交互扩展
在单片机应用系统中，为了更好的进行变量的控制，往往 都需要输入一些数据或状态命令，而为了使人们跟更能直观的 观察系统运行的状态和数据的变化，往往又需要将这些信息显 示出来，这就是最常见的人机交互，通常使用键盘和显示器来 实现人机交互功能。
8.3.1 键盘技术
键盘是一种最常见的输入设备，由多个按钮的组成，现场人员可通过对键盘的操作输入数据 或命令实现人机对话。通常使用的按钮有弹簧按钮、自锁按钮、拨码开关等，这些按钮大部分都 是常开按钮。由多个按钮组成键盘，有编码键盘和非编码键盘。
编码键盘指的是由专用的硬件译码芯片来识别按钮的状态，产生键的编号或键值，如商场售 货机键盘、个人电脑键盘。
由P0口提供，当P0口作为地址/数据口时，是双向的具有输入三态 控制的通道口，可以与外部芯片的数据口直接相连。
8.1.2 选址方法
为了唯一的选中外部某一存储单元（I/O口芯片可作为数 据存储器的一部分），必须进行两种选择方式：片选和字选。