51单片机外围电路扩展
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
转电路图 转时序图
外部ROM的容量扩展原理(一)
如何使用两片32K的ROM芯片扩展为64K的存储阵列。
A15 P2口
/CE1 A14 A8
/CE2 A14 A8 A7
ห้องสมุดไป่ตู้
MCS - 51
74LS373 A7
P0口 A0 /EA ALE Psen /OE1 O0～O7
A0
/OE2 O0～O7
由两片32K的ROM构成64K存储阵列与A15的 关系表
数码管（四）
数码管显示器的显示常采用两种方法： 1.静态显示 2.动态扫描显示 静态显示：就是把多个LED 显示器的每一段 与一个独立的并行口连接起来，而公共端则 根据数码管的种类连接到“VCC”或“GND” 端。 这种方法当显示位数较多时单片机中I/O 口 的开销很大，需要提供的I/O 接口电路也较 复杂，但它具有编程简单，显示稳定，CPU 的效率较高的优点。
静态LED数码显示电路（共阳极）
Vcc
七段译码器 七段译码器 七段译码器 七段译码器 七段译码器
BCD码 0000
0001
0010
0011
0100
返回
数码管（五）
由于静态显示占用的I/O 口线较多，CPU 的开销很大，所以为了节省单片机的I/O 口线，常采用动态扫描方式来作为LED 数 码管的接口电路。 动态显示的接口电路是把所有LED的8 个笔 划段a~g，dp 同名端连在一起，而每一个 显示器的公共极COM 端与各自独立的I/O 口连接。当CPU 向字段输出口送出字形码 时，所有显示器接收到相同的字形码，但 究竟是那个显示器亮，则取决于COM 端， 而这一端是由I/O 口控制的，所以我们就 可以自行决定何时显示哪一位了。
按键接口设计（一）
按键是人机会话的一个重要的输入工具。 常用按键举例 复位按键 功能转换按键 数据输入键盘 复位按键：对于MCS—51系列单片机的 复位引脚RST上只要出现10ms以上的高电 平，单片机就会实现复位。
按键接口设计（二）
以下是一个典型的复位电路设计图：
按键接口设计（三）
数码管（一）
在单片机系统中，通常用LED 数码显示器 来显示各种数字或符号。 八段LED 显示器由8 个发光二极管组成。 LED 显示器有两种不同的连接形式：一种 是8 个发光二极管的正极连在一起，称之 为共阳极LED 显示器；另一种是8 个发光 二极管的负极连在一起，称之为共阴极 LED 显示器。
MCS-51单片机的系统扩展及应用
通过地址总线、数据总线和控制总线实现系统 的扩展 介绍外围电路的扩展
3.1：程序存储器的扩展 3.2：数据存储器的扩展 3.3：指示小灯 3.4：按键扩展 3.5：数码管应用 3.6：A/D转换器接口 3.7：温度传感器接口 3.8：IIC电路扩展 3.9：液晶电路
最小系统板
外扩
AD转换
数码管显示
程序存储器 温度传感器 51单片机 IIC总线
键盘
电源模块
数据存储器
指示灯
LCD液晶
3.1：程序存储器ROM的扩展
1，在使用8031（无片内ROM）或大于4K程序存储器时， 必须通过外接ROM来构成、扩充系统的程序存储区。 2，当使用外部存储器来扩展系统时，必须占用单片机的 P0、P2口作为外部电路的数据、地址总线。此时，P0、 P2口就不能作为通用的I/O端口。 3，在系统扩展时，外部电路与单片机连接的依据是单片 机访问外部存储器的时序，所以正确的理解时序是硬件电 路设计的关键。
数码管（六）
当用电平依次选通DS1,DS2,DS3,DS4时， 同时输入相应位的码段数据，这样就是动态 扫描的显示过程，只要扫描的频率不小于 25Hz，由于人眼的视觉停留特性，就不会感 觉闪烁，看起来是4位数码管同时发光的效果。
AD转换 数码管显示 程序存储器 温度传感器 键盘 51单片机
按键接口设计（五）
数据输入键盘
按键接口设计（六）
数据输入键是最常用的一种键盘： 上图所示的按键主要是实现了按键按下之 后，对应S0,S1,S2,S3分别由按下之前的 高电平变为低电平，从而实现了输入由1到 0的变化。此类按键一般需要对其进行编码 和确定键值。 当然还有其他种类的键盘，这里就不再一 一列举，希望我们用的时候自己总结。
OE
返回前一次
外部ROM的状态与地址线A15的关系表
ROM引脚
/CE
A14～A8
A7～A0
单片机引脚 A15 P2口 P0口 0 00000000 00000000 0000H～ 0 11111111 11111111 07FFH
1 1 00000000 00000000 11111111 11111111 8000H FFFFH
复位电路的设计： 单片机的复位分为上电复位和按钮复位。 上电复位是指单片机在加电瞬间，要在 RST引脚上出现大于10ms的正脉冲，使单 片机进入复位状态。 按钮复位是指用户按下“复位”按钮，使 单片机进入复位状态。
按键接口设计（四）
功能转换按键：
此类按键主要是当I/O口用作多种用途时，可以使 用此类按键可以实现同一I/O口的复用。 如图所示：SW DIP-8的引脚1－8可以接某一 I/O口，当按键开关在不同的位置可以控制不同的 外部接口
A
转电路图 返回前一次
B
（参考讲义70页）
片外存储器访问时序说明
P0、P2口作地址和数据总线。其中P0口作为地址和数据复 用总线，前半部（A段）作地址总线，后半部（B段)作为 数据总线。 外部程序存储器ROM的操作步骤如下： 1，单片机必须为其提供完整的（15位）地址信息； 2，ROM芯片的/CE 端=0，选中该芯片； 3，在满足上述条件的基础上，当ROM的/OE=0时（B时 间段），存储器输出数据的三态门打开，并将与输入地址 相对应的存储单元中的指令（数据）向外输出，单片机通 过P0口将指令送至CPU 内部。 74LS373锁存器:将A时间段P0口输出的低位地址进行保存， 使ROM在B时间段仍然可以得到完整的地址信号。
未选中
选中
外部ROM的容量扩展原理(二)
若需要对2片以上的芯片扩展，可以通过译码电路实现。
MCS–51 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.0 74LS138 C B A
y7
/CE0
0y
/CE1
/CE7
A12 A8 A7
A12 A8 A7
A12 A8 A7
8K×8
P0口 A0 ALE Psen /OE1 74LS373 O0～O7
0000H～1FFFH 2000H～3FFFH 0000H～1FFFH 4000H～5FFFH
011
100 101 110 111
Y3=0
Y4=0 Y5=0 Y6=0 Y7=0
第4片
第5片 第6片 第7片 第8片
0000H～1FFFH 6000H～7FFFH
0000H～1FFFH 8000H～9FFFH 0000H～1FFFH A000H～BFFFH 0000H～1FFFH C000H～ DFFFH
数码管（二）
共阴与共阳的内部电路如下图所示：
数码管（三）
由图可以看出，共阳和共阴结构的LED 显 示器各笔划段名的安排位置是相同的，当 二极管导通时，相应的笔划段就发亮，由 发亮的笔划段组合而显示出各种字符(a～g 是7个笔段电极，DP为小数点) 需要注意的是：对于同一个字符的编码， 共阴和共阳接法对应的编码是不一样的， 两者互为反码。
串行传输口设计（三）
由于５１单片机接口输出的是TTL电平，而 串口通信需要RS232电平，所以要用 MAX232来实现TTL电平与RS232电平的 转换。如下图所示：
串行传输口设计（二）
串口用于ASCII码字符的传输，通信使用3 根线完成：（１）地线，（２）发送， （３）接收。 对于５１单片机，它本身就有一个串口通 信的接口，RXD与TXD，分别对应P3.0与 P3.1引脚。 要实现串口的通信，并不是直接将P3.0与 P3.1的线接出来，而是需要有一个器件 MAX232。
MCS-51与32K ROM的连接
MCS-51
P2.7 : : : P2.0 P0.7 : : : P0.0 ALE /EA Psen 完整的地址 信号
27256 32K ROM
CE A14 : : A8 A7 : : : A0
/CE = P2.7(A15)
D7 Q7
D0 Q0 CP
O7 : : : O0
A15 /CE A14～A8 P2口 0000000 0 1111111 1 0000000 0 1111111 1 A7～A0 P0口 0000000 0 1111111 1 地址范围 ROM1工作 ROM2工作 状态 状态
0 0
0000H～ 07FFH
选中
未选中
1 1
0000000 0 8000H ～ 1111111 FFFFH 1
8K×8
A0
/OE1 O0～O7
8K×8
A0 /OE1 O0～O7
采用LS138译码器实现ROM扩展示意表
P2.7～ P2.5 138 输 出
选中 ROM P2.4～P0.0 有效地址范围
000
001 010
Y0=0
Y1=0 Y2=0
第1片
第2片 第3片
0000H～1FFFH 0000H～1FFFH
Vdd
Vdd
Px.y 灌电流方式 输出”0”点 亮LED
Vdd
Px.y
拉电流方式 输出高电平 点亮LED
当然，不是所有的单片机都是这样，PIC 单片机就可以提供30mA的拉电流和灌电流。 单对于大多数IC电路，最好还是使用“灌电流” 去推动负载。
返回
指示灯电路(二)
二、端口指示灯
可以将某一I/O口的输出端接在三极管 的基极，如下图的接法（当LED0端的输入为 高电平时，三极管饱和导通，此时三极管消耗 功率最小，LED亮）实现指示灯电路。
返回
AD转换 数码管显示 程序存储器 温度传感器 键盘 51单片机
IIC总线
电源模块
数据存储器
指示灯 LCD液晶
最小系统板
指示灯电路（一）
一、电源指示灯 通常的指示灯电路是使用发光二极管，接 法如下：
当电源正常工作时发光二极管就正常显示
1.6.5 并行端口在使用时应注意的几个问题
“拉电流”还是“灌电流”----与大电流负载的 连接 (我们以美国ATMEL公司生产的AT8951为例) 1, 使用灌电流的方式与电流较大的负载 直接连接时, 端口可以吸收约20mA的电流而保 证端口电平不高于0.45V（见右上图）。 2,采用拉电流方式连接负载时， AT89C51所能提供“拉电流”仅仅为80μA， 否则输出的高电平会急剧下降.如果我们采用右 下图的方式，向端口输出一个高电平去点亮 LED，会发现，端口输出的电平不是“1”而是 “0”！
地址范围
ROM工作 状态 选中
未选中
访问外部程序存储器ROM的时序:
MOVC A,@A+DPTR S1 S2 S3 S4 S5 S6
373地址锁存信号 ALE
存储器数据输出控制 /Psen 地址总线（高八位）P2口
地址数据总线（低8位）P0 口
A15-A8(PC) A7-A0 OP A15-A8 (DPTR+A) A7-A0 常数
0000H～1FFFH E000H～FFFFH
小结：
1，单片机的P0、P2口作为地址数据总线； 2，P0口为数据、地址复用总线，所以必须加入八位锁 存器74LS373来锁存P0口的低八位地址。 3，外接ROM是靠MOVC指令产生的Psen信号来打开数 据三态门，使ROM中的指令通过P0口送入单片机内部。 4，存储器的容量M与其地址线条数n的关系：M=2↑n 5，当使用两片ROM扩展时，可以使用一个反向器实现容 量的扩展，通过ROM芯片的/CE端实现。 6，当使用2片以上的ROM芯片扩展时，就要使用译码器 实现存储容量的扩展，译码器的输入与高位地址相连接， 输出端分别与各ROM芯片的/CE连接（如图所示）。 7，当外接ROM的高八位地址线与P2口高八位线没有完全 用足时，要注意外存储的地址重叠问题。
IIC总线
电源模块
数据存储器
指示灯 LCD液晶
最小系统板
串行传输口设计（一）
串口是计算机上一种非常通用设备通信协 议。串口通信的概念简单，串口按位发送 和接收字节。尽管比按字节传送的并行通 信慢，但是串口可以在使用一根线发送数 据的同时用另一根线接收数据。串口的通 信要遵循固定的协议，比如通信两设备间 要有相同的波特率，要设定所传输的数据 位个数，还有是否要用奇偶位、校验位及 停止位。
外部ROM的容量扩展原理(一)
如何使用两片32K的ROM芯片扩展为64K的存储阵列。
A15 P2口
/CE1 A14 A8
/CE2 A14 A8 A7
ห้องสมุดไป่ตู้
MCS - 51
74LS373 A7
P0口 A0 /EA ALE Psen /OE1 O0～O7
A0
/OE2 O0～O7
由两片32K的ROM构成64K存储阵列与A15的 关系表
数码管（四）
数码管显示器的显示常采用两种方法： 1.静态显示 2.动态扫描显示 静态显示：就是把多个LED 显示器的每一段 与一个独立的并行口连接起来，而公共端则 根据数码管的种类连接到“VCC”或“GND” 端。 这种方法当显示位数较多时单片机中I/O 口 的开销很大，需要提供的I/O 接口电路也较 复杂，但它具有编程简单，显示稳定，CPU 的效率较高的优点。
静态LED数码显示电路（共阳极）
Vcc
七段译码器 七段译码器 七段译码器 七段译码器 七段译码器
BCD码 0000
0001
0010
0011
0100
返回
数码管（五）
由于静态显示占用的I/O 口线较多，CPU 的开销很大，所以为了节省单片机的I/O 口线，常采用动态扫描方式来作为LED 数 码管的接口电路。 动态显示的接口电路是把所有LED的8 个笔 划段a~g，dp 同名端连在一起，而每一个 显示器的公共极COM 端与各自独立的I/O 口连接。当CPU 向字段输出口送出字形码 时，所有显示器接收到相同的字形码，但 究竟是那个显示器亮，则取决于COM 端， 而这一端是由I/O 口控制的，所以我们就 可以自行决定何时显示哪一位了。
按键接口设计（一）
按键是人机会话的一个重要的输入工具。 常用按键举例 复位按键 功能转换按键 数据输入键盘 复位按键：对于MCS—51系列单片机的 复位引脚RST上只要出现10ms以上的高电 平，单片机就会实现复位。
按键接口设计（二）
以下是一个典型的复位电路设计图：
按键接口设计（三）
数码管（一）
在单片机系统中，通常用LED 数码显示器 来显示各种数字或符号。 八段LED 显示器由8 个发光二极管组成。 LED 显示器有两种不同的连接形式：一种 是8 个发光二极管的正极连在一起，称之 为共阳极LED 显示器；另一种是8 个发光 二极管的负极连在一起，称之为共阴极 LED 显示器。
MCS-51单片机的系统扩展及应用
通过地址总线、数据总线和控制总线实现系统 的扩展 介绍外围电路的扩展
3.1：程序存储器的扩展 3.2：数据存储器的扩展 3.3：指示小灯 3.4：按键扩展 3.5：数码管应用 3.6：A/D转换器接口 3.7：温度传感器接口 3.8：IIC电路扩展 3.9：液晶电路
最小系统板
外扩
AD转换
数码管显示
程序存储器 温度传感器 51单片机 IIC总线
键盘
电源模块
数据存储器
指示灯
LCD液晶
3.1：程序存储器ROM的扩展
1，在使用8031（无片内ROM）或大于4K程序存储器时， 必须通过外接ROM来构成、扩充系统的程序存储区。 2，当使用外部存储器来扩展系统时，必须占用单片机的 P0、P2口作为外部电路的数据、地址总线。此时，P0、 P2口就不能作为通用的I/O端口。 3，在系统扩展时，外部电路与单片机连接的依据是单片 机访问外部存储器的时序，所以正确的理解时序是硬件电 路设计的关键。
数码管（六）
当用电平依次选通DS1,DS2,DS3,DS4时， 同时输入相应位的码段数据，这样就是动态 扫描的显示过程，只要扫描的频率不小于 25Hz，由于人眼的视觉停留特性，就不会感 觉闪烁，看起来是4位数码管同时发光的效果。
AD转换 数码管显示 程序存储器 温度传感器 键盘 51单片机
按键接口设计（五）
数据输入键盘
按键接口设计（六）
数据输入键是最常用的一种键盘： 上图所示的按键主要是实现了按键按下之 后，对应S0,S1,S2,S3分别由按下之前的 高电平变为低电平，从而实现了输入由1到 0的变化。此类按键一般需要对其进行编码 和确定键值。 当然还有其他种类的键盘，这里就不再一 一列举，希望我们用的时候自己总结。
OE
返回前一次
外部ROM的状态与地址线A15的关系表
ROM引脚
/CE
A14～A8
A7～A0
单片机引脚 A15 P2口 P0口 0 00000000 00000000 0000H～ 0 11111111 11111111 07FFH
1 1 00000000 00000000 11111111 11111111 8000H FFFFH
复位电路的设计： 单片机的复位分为上电复位和按钮复位。 上电复位是指单片机在加电瞬间，要在 RST引脚上出现大于10ms的正脉冲，使单 片机进入复位状态。 按钮复位是指用户按下“复位”按钮，使 单片机进入复位状态。
按键接口设计（四）
功能转换按键：
此类按键主要是当I/O口用作多种用途时，可以使 用此类按键可以实现同一I/O口的复用。 如图所示：SW DIP-8的引脚1－8可以接某一 I/O口，当按键开关在不同的位置可以控制不同的 外部接口
A
转电路图 返回前一次
B
（参考讲义70页）
片外存储器访问时序说明
P0、P2口作地址和数据总线。其中P0口作为地址和数据复 用总线，前半部（A段）作地址总线，后半部（B段)作为 数据总线。 外部程序存储器ROM的操作步骤如下： 1，单片机必须为其提供完整的（15位）地址信息； 2，ROM芯片的/CE 端=0，选中该芯片； 3，在满足上述条件的基础上，当ROM的/OE=0时（B时 间段），存储器输出数据的三态门打开，并将与输入地址 相对应的存储单元中的指令（数据）向外输出，单片机通 过P0口将指令送至CPU 内部。 74LS373锁存器:将A时间段P0口输出的低位地址进行保存， 使ROM在B时间段仍然可以得到完整的地址信号。
未选中
选中
外部ROM的容量扩展原理(二)
若需要对2片以上的芯片扩展，可以通过译码电路实现。
MCS–51 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.0 74LS138 C B A
y7
/CE0
0y
/CE1
/CE7
A12 A8 A7
A12 A8 A7
A12 A8 A7
8K×8
P0口 A0 ALE Psen /OE1 74LS373 O0～O7
0000H～1FFFH 2000H～3FFFH 0000H～1FFFH 4000H～5FFFH
011
100 101 110 111
Y3=0
Y4=0 Y5=0 Y6=0 Y7=0
第4片
第5片 第6片 第7片 第8片
0000H～1FFFH 6000H～7FFFH
0000H～1FFFH 8000H～9FFFH 0000H～1FFFH A000H～BFFFH 0000H～1FFFH C000H～ DFFFH
数码管（二）
共阴与共阳的内部电路如下图所示：
数码管（三）
由图可以看出，共阳和共阴结构的LED 显 示器各笔划段名的安排位置是相同的，当 二极管导通时，相应的笔划段就发亮，由 发亮的笔划段组合而显示出各种字符(a～g 是7个笔段电极，DP为小数点) 需要注意的是：对于同一个字符的编码， 共阴和共阳接法对应的编码是不一样的， 两者互为反码。
串行传输口设计（三）
由于５１单片机接口输出的是TTL电平，而 串口通信需要RS232电平，所以要用 MAX232来实现TTL电平与RS232电平的 转换。如下图所示：
串行传输口设计（二）
串口用于ASCII码字符的传输，通信使用3 根线完成：（１）地线，（２）发送， （３）接收。 对于５１单片机，它本身就有一个串口通 信的接口，RXD与TXD，分别对应P3.0与 P3.1引脚。 要实现串口的通信，并不是直接将P3.0与 P3.1的线接出来，而是需要有一个器件 MAX232。
MCS-51与32K ROM的连接
MCS-51
P2.7 : : : P2.0 P0.7 : : : P0.0 ALE /EA Psen 完整的地址 信号
27256 32K ROM
CE A14 : : A8 A7 : : : A0
/CE = P2.7(A15)
D7 Q7
D0 Q0 CP
O7 : : : O0
A15 /CE A14～A8 P2口 0000000 0 1111111 1 0000000 0 1111111 1 A7～A0 P0口 0000000 0 1111111 1 地址范围 ROM1工作 ROM2工作 状态 状态
0 0
0000H～ 07FFH
选中
未选中
1 1
0000000 0 8000H ～ 1111111 FFFFH 1
8K×8
A0
/OE1 O0～O7
8K×8
A0 /OE1 O0～O7
采用LS138译码器实现ROM扩展示意表
P2.7～ P2.5 138 输 出
选中 ROM P2.4～P0.0 有效地址范围
000
001 010
Y0=0
Y1=0 Y2=0
第1片
第2片 第3片
0000H～1FFFH 0000H～1FFFH
Vdd
Vdd
Px.y 灌电流方式 输出”0”点 亮LED
Vdd
Px.y
拉电流方式 输出高电平 点亮LED
当然，不是所有的单片机都是这样，PIC 单片机就可以提供30mA的拉电流和灌电流。 单对于大多数IC电路，最好还是使用“灌电流” 去推动负载。
返回
指示灯电路(二)
二、端口指示灯
可以将某一I/O口的输出端接在三极管 的基极，如下图的接法（当LED0端的输入为 高电平时，三极管饱和导通，此时三极管消耗 功率最小，LED亮）实现指示灯电路。
返回
AD转换 数码管显示 程序存储器 温度传感器 键盘 51单片机
IIC总线
电源模块
数据存储器
指示灯 LCD液晶
最小系统板
指示灯电路（一）
一、电源指示灯 通常的指示灯电路是使用发光二极管，接 法如下：
当电源正常工作时发光二极管就正常显示
1.6.5 并行端口在使用时应注意的几个问题
“拉电流”还是“灌电流”----与大电流负载的 连接 (我们以美国ATMEL公司生产的AT8951为例) 1, 使用灌电流的方式与电流较大的负载 直接连接时, 端口可以吸收约20mA的电流而保 证端口电平不高于0.45V（见右上图）。 2,采用拉电流方式连接负载时， AT89C51所能提供“拉电流”仅仅为80μA， 否则输出的高电平会急剧下降.如果我们采用右 下图的方式，向端口输出一个高电平去点亮 LED，会发现，端口输出的电平不是“1”而是 “0”！
地址范围
ROM工作 状态 选中
未选中
访问外部程序存储器ROM的时序:
MOVC A,@A+DPTR S1 S2 S3 S4 S5 S6
373地址锁存信号 ALE
存储器数据输出控制 /Psen 地址总线（高八位）P2口
地址数据总线（低8位）P0 口
A15-A8(PC) A7-A0 OP A15-A8 (DPTR+A) A7-A0 常数
0000H～1FFFH E000H～FFFFH
小结：
1，单片机的P0、P2口作为地址数据总线； 2，P0口为数据、地址复用总线，所以必须加入八位锁 存器74LS373来锁存P0口的低八位地址。 3，外接ROM是靠MOVC指令产生的Psen信号来打开数 据三态门，使ROM中的指令通过P0口送入单片机内部。 4，存储器的容量M与其地址线条数n的关系：M=2↑n 5，当使用两片ROM扩展时，可以使用一个反向器实现容 量的扩展，通过ROM芯片的/CE端实现。 6，当使用2片以上的ROM芯片扩展时，就要使用译码器 实现存储容量的扩展，译码器的输入与高位地址相连接， 输出端分别与各ROM芯片的/CE连接（如图所示）。 7，当外接ROM的高八位地址线与P2口高八位线没有完全 用足时，要注意外存储的地址重叠问题。
IIC总线
电源模块
数据存储器
指示灯 LCD液晶
最小系统板
串行传输口设计（一）
串口是计算机上一种非常通用设备通信协 议。串口通信的概念简单，串口按位发送 和接收字节。尽管比按字节传送的并行通 信慢，但是串口可以在使用一根线发送数 据的同时用另一根线接收数据。串口的通 信要遵循固定的协议，比如通信两设备间 要有相同的波特率，要设定所传输的数据 位个数，还有是否要用奇偶位、校验位及 停止位。