第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的控制时，它自身的功能远远不能满足需要。为此，应扩展其功能。
MCS-51单片机的扩展性能较强，根据需要，可扩展：程序存储器ROM ；数据存储器RAM ；I /O 口并行I / O 口；串行口；
定时/ 计数器；中断系统扩展等。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
一、单片机最小系统
1.8051/8751硬件最小系统
单片机最小系统：是指使单片机能运行的最少器件构成的系统。
由于集成度的限制，这种最小应用系统只能用作一些最小应用系统只能用作些小型的控制单元。
该系统的资源如下：4KB ROM 128B RAM 五源中断系统
两个十六位加一定时/ 计数器一个全双工串行UART 四个并行I / O 口
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
一、单片机最小系统（续）2.8031硬件最小系统
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
一、单片机最小系统（续）2.8031硬件最小系统（续）
8031单片机片内无ROM ，若要正常工作，必需外配ROM 。外接ROM 后，P3口、P2口、P0口均被占用只剩下P1口作I/O 口用，其它功能不变。
8031单片机最小系统的工作时序如下图所示。
锁存地址低8位
指令输入第二次锁存地址低8位读指令执行指令
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
二、系统总线及总线结构
1.系统总线
Add B 简写MCS-51单片机使用的是并行总线结构，按其功能通常把系统总线分为：地址总线，数据总线和控制总线。总线：是指连接计算机各部件的一组公共信号线。
地址总线的特点：
地址总线是单向的，只能由单片机向外送出；
地址总线的数目决定着可直接访问的存储单元的数目。由于MCS-51单片机的地址总线为16位，所以最多可以扩展216=64KB ，即65536个地址单元。
①地址总线（Address Bus ，简写AB ）
地址总线用于传送单片机发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O 端口的选择。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
二、系统总线及总线结构（续）
1.系统总线（续）
②数据总线（Data Bus 简写DB ）
数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与I/O 之间传送数据。
数据总线的特点：
数据总线是双向的，可以进行两个方向的数据传送；
单片机系统数据总线的位数与单片机处理数据的字长一致。由于MCS-51单片机是8位字长，所以，数据总线的位数也是8位。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
③控制总线（Control Bus 简写CB ）
控制总线就是一组控制信号线，包括单片机发出的，以及从其他部件传送给单片机的。
二、系统总线及总线结构（续）1.系统总线（续）
控制总线的特点：
对于一条具体的控制信号线来说，其传送方向是单向的，但是由不同方向的控制信号线组合的控制总线则表示为双向。
单片机系统采用总线结构的好处：
减少单片机系统中传输线的数目，提高系统的可靠性，增加系统的灵活性，增强系统的可扩展性。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
2.构造系统总线
二、系统总线及总线结构（续）第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
二、单片机系统扩展技术（续）2.构造系统总线（续）数据总线是由P0口提供的，因为P0口线既用作地址线，又用作数据线(分时使用)，因此，需要加一个8位锁存器。
①数据总线的构造
在实际应用时，先把低8位地址送锁存器暂存，然后再由地址锁存器给系统提供低8位地址，而把P0口线作为数据线使用。
在读信号RD 与写信号WR 有效时，P0口上出现的为数据信息。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
二、单片机系统扩展技术（续）2.构造系统总线（续）MCS-51单片机的地址总线为16位，分为高8位地址线和低8位地址线两部分，地址总线的高8位是由P2口提供的，低8位是②地址总线的构造
由P0口提供的。
在访问外部存储器时，由地址锁存信号ALE 的下降沿把P0口的低8位以及P2口的高8位锁存至地址锁存器中，从而构成系统的16位地址总线。
实际应用系统中，高位地址线并不固定为8位，需要用几位就从P2口中引出几条口线。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
二、单片机系统扩展技术（续）存系统控制总线除第一功能信号引脚之外还有P3口的第二功能信号引脚。实际应用中的常用控制信号如下：
2.构造系统总线（续）③控制总线的构造
使用ALE 作为地址锁存的选通信号，以实现低8位地址的锁存。
以PSEN 信号作为扩展程序存储器的读选通信号。以EA 信号作为内、外程序存储器的选择信号。
以RD 和WR 作为扩展数据存储器和I/O 端口的读、写选通信号。执行MOVX 指令时，这两个信号分别自动有效
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.1 单片机最小系统与扩展技术
2.构造系统总线（续）
尽管MCS-51单片机有4个并行I/O 口，共32条口线，但由于系统扩展的需要，真正作为通用I/O 口使用的就剩下P1口和P3口的部分口线。
二、单片机系统扩展技术（续）单片机的扩展系统是并行总线结构，因此单片机系统扩展的首要问题就是构造系统总线，然后再往系统总线上“挂”存储器芯片或I/O 接口芯片，“挂”存储器芯片就是存储器扩展，“挂”I/O 接口芯片就是I/O 扩展。
第8章MCS-51单片机的扩展技术8.1 单片机最小系统与扩展技术
3.单片机系统的串行扩展技术
随着单片机技术的发展，并行总线扩展已不再是单片机唯一的扩展结构了，出现了串行总线扩展技术。
串行扩展技术的优点：
二、单片机系统扩展技术（续）
串行接口器件体积小，所占电路板空间小，仅为并行接口器件的10%，明显减少了电路板空间和成本；
串行接口器件与单片机接口时需要的I/O口线很少（仅需3～4根），极大地简化了器件之间的连接，提高了可靠性。
第8章MCS-51单片机的扩展技术8.1 单片机最小系统与扩展技术
3.单片机系统的串行扩展技术（续）
常见的串行扩展接口种类：
UART串行接口
I2C总线——Philips公司推出
二、单片机系统扩展技术（续）
SPI总线系统——Motorola公司提出
USB总线——国际USB联盟推出
Microware串行通信接口——NS公司提出
One-wire总线——Dallas公司研制开发
CAN——德国Bosch公司提出
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
一、存储器扩展的读写控制
扩展数据存储器RAM时，既要写入数据又要读出数据，所以通常都有读写控制引脚，记为/OE和/WE。扩展数据存储器RAM的读、写控制引脚分别与MCS-51的/RD和/WR引脚相连。
扩展程序存储器EPROM时，正常使用中只能读出，不能
写入，所以EPROM芯片没有写入控制引脚，只有读出引脚，记为/OE，该引脚与MCS-51单片机的/PSEN引脚相连。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
二、存储器扩展的地址锁存和编址技术
1.地址锁存器的工作原理
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
二、存储器扩展的地址锁存和编址技术（续）
1.地址锁存器的工作原理（续）
常用的地址锁存器芯片
74LS373与74LS573只是引脚布置的不同。
74LS273的11脚G逻辑与以上相反。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
二、存储器扩展的地址锁存和编址技术（续）
2.存储器扩展的编址技术
线选法：是指直接以系统的地址作为存储芯片的片选信号，为此只需把高位地址线与存储芯片的片选信号直接连接即可。
①线选法
线选法的优点简单明了不需增加另外电路
线选法的优点：简单明了，不需增加另外电路。
线选法的缺点：存储空间不连续，仅适用于小规模单片机系统的存储器扩展。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
二、存储器扩展的地址锁存和编址技术（续）2.存储器扩展的编址技术（续）译法种最常的存储编址方法
②译码法
译码法：是指使用译码器对系统的高位地址进行译码，以其译码输出作为存储芯片的片选信号。
译码法是一种最常用的存储器编址方法。线选法的优点：有效地利用空间，存储空间连续，适用于大容量多芯片存储器扩展。
常用的译码芯片有：74LS139（双2－4译码器）和74LS138（3－8译码器）等，它们的CMOS 型芯片分别是74HC139和74HC138。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
二、存储器扩展的地址锁存和编址技术（续）2.存储器扩展的编址技术（续）②译码法（续）
1G Y0常用译码器管脚图
2G 1A 1B 2A 2B 1Y01Y21Y12Y01Y3
2Y12Y22Y3
二四译码器
Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
G1G2A G2B
A B C
三八译码器
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
三、程序存储器扩展1.常用程序存贮器芯片
单片机外部扩展常用程序存储器芯片为EPROM ，其掉电后信息不会丢失，且只有在紫外线的照射下，存储器的单元信息才可擦除。
用作扩展的EPROM 主要是27系列，如2716、2732、2764、27128、27256等，其中高位数字27表示该芯片是EPROM ，低位数字表明存储容量(单位为位)，如2716表示16K 个存储位，亦即字节容量为2K 的EPROM 。
常用的还有EEPROM ，即28系列，如2816/2817、2864等，型号含义同上。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
三、程序存储器扩展（续）1.常用程序存贮器芯片（续）
常用的EPROM 除2716外均为28线双列直插式封装，EPROM 芯片管脚和封装如右图所示。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
三、程序存储器扩展（续）1.常用程序存贮器芯片（续）
常用的EPROM 芯片各引脚定义如下：A0～Ai ：地址输入线，i=12~15。
D0～Di ：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编程时为数据输入线。其余时间呈高阻状态。
PGM ：编程脉冲输入线。
OE ：读出选通线，低电平有效。CE ：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。VCC ：电源线，接+5V 电源。GND ：接地。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
三、程序存储器扩展（续）
2.单片程序存储器扩展应用实例
【例1】8051扩展一片2764EPROM(8KB)。
解：P2口的P2.0～P2.4与EPROM 的高
5位地址线相连；P0口经地址锁存器输8051存储器2764P0口经锁存器
～与A0～A7相连出的地址线与EPROM 的低8位地址线相连，同时P0口又与EPROM 的数据线相连；单片机ALE 连接锁存器的锁存控制端；/PSEN 接EPROM 的输出允许/OE ；8051的内、外存储器选择端EA 接地。
锁存形成A0A7P2.0～2.4与A8～A12相连P0口与D0～D7相连/PSEN 与存储器的片选信号相连扩展单片EPROM ，其片选/CE 直接接地即可。只要系统执行读外部程序存储器的指令，该EPROM 就处于选通操作。P2口的P2.5～P2.7未用，所以它们的状态与2764的寻址无关；P2.5～P2.7有八种状态，2764的寻址范围对应有八个映像区。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
三、程序存储器扩展（续）
2.单片程序存储器扩展应用实例（续）
【例1】解：单片机与外部ROM 的连接和寻址范围映像如下图所示。
ALE
CE G
P2.7 P2.6 P2.5 地址范围 0000000H 1FFFH P0.0～P0.78051
P2.0～P2.4
EA PSEN
A0～A72764 D0～D7 A8～A12
OE
74LS373
0 0 0 0000H~1FFFH 0 0 1 2000H~3FFFH 0 1 0 4000H~5FFFH 0 1 1 6000H~7FFFH 1 0 0 8000H~9FFFH 1 0 1 A000H~BFFFH 1 1 0 C000H~DFFFH 1 1 1 E000H~FFFFH
第8章MCS-51系列单片机的扩展
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
三、程序存储器扩展（续）
3.线选法在多片程序存储器扩展中的应用实例
【例2】现有2K*8位存储器芯片，需扩展8K*8位存储结构采用线选法进行扩展。
解：扩展8KB 的存储器8051存储器经锁存器结构需2KB 的存储器芯片4块。2K 的存储器所用的地址线为A0～A10共11根地址线和片选信号与CPU 的连接如右表所示。
P0口经锁存器锁存形成A0～A7与A0～A7相连P2.0,P2.1,P2.2
与A8～A10相连P0口与D0～D7相连P2.3与存储器1的片选信号相连P2.4与存储器1的片选信号相连P2.5与存储器1的片选信号相连P2.6
与存储器1的片选信号相连
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
三、程序存储器扩展（续）
【例2】解：扩展存储器的硬件连接如下图所示。
P 2.6|P 2.3
3.线选法在多片程序存储器扩展中的应用实例（续）P 2.2P 2.1P 2.0A L E
P 0
E A
74L S 373
D 0|D 7
A 7|A 0A 7|A 0A 7|A 0A 7|A 0D 0|D 7
D 0|D 7
D 0|D 7
A 10A 9A 8
A 10A 9A 8A 10A 9A 8A 10A 9A 8C E 1C E 2
C E 3
C E 4
1234
80C 51
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
三、程序存储器扩展（续）
【例2】解：四个芯片的地址分配如下表所示。
A15A14
A13A12A11A10～A0地址范围芯片1111100……0～F000H ～3.线选法在多片程序存储器扩展中的应用实例（续）111101……1F7FFH 芯片211111100110……0～1……1E800H ～EFFFH 芯片3
11110011110……0～1……1D800H ～DFFFH 芯片4
11
00
11
11
11
0......0~1 (1)
B800H ～BFFFH
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
三、程序存储器扩展（续）
4.译码法在多片程序存储器扩展中的应用实例
【例3】现有2K*8位存储器芯片，需扩展8K*8位存储结构采用译码法进行扩展。解：扩展8KB 的存储器结8051存储器
P0口经锁存器锁存形成与A0～A7相连构需2KB 的存储器芯片4块。2K 的存储器所用的地址线为A0～A10共11根地址线和片选信号与CPU 的连接如表所示。
A0～A7P2.0,P2.1,P2.2
与A8～A10相连P0口与D0～D7相连P2.4P2.3译码输出与存储器的
片选信号连接00与存储器1的片选信号相连01与存储器2的片选信号相连10与存储器3的片选信号相连1
1
与存储器4的片选信号相连
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
三、程序存储器扩展（续）
【例3】解：P2.3、P2.4作为二-四译码器的译码地址，译码输出作
为扩展4个存储器芯片的片选信号，P2.5、P2.6、P2.7悬空。扩展连线图如下图所示。
4.译码法在多片程序存储器扩展中的应用实例（续）
4
A7|A0
CE CE CE CE A7|A0
A7|A0
A7|A0
1
2
3
B A Y0Y1Y2Y374LS139
1G
A10A9A8
A10A9A8
A10A9A8
A10A9A8
P0口锁存输出
P2.2P2.1P2.0P2.4P2.3
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
三、程序存储器扩展（续）
【例3】解：四个芯片的地址分配如下表所示。
A15A14A13A12A11A10～A0地址范围芯片1111000……0～E000H～4.译码法在多片程序存储器扩展中的应用实例（续）
111001……1E7FFH
芯片21
11
1
1
1
1
1
0……0～
1 (1)
E800H～
EFFFH
芯片31
11
1
1
1
1
1
0……0～
1 (1)
F000H～
F7FFH
芯片41
11
1
1
1
1
1
1
1
0……0~
1 (1)
F800H～
FFFFH
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
四、数据存储器扩展
1.常用数据存储器芯片
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/写，通常由半导体静态随机读/写
存储器RAM组成。EEPROM芯片有时也会用作外部数据存储
静态RAM主要有读出、写入、维持三种工作方式。
器。
常用的静态RAM(SRAM)电路有61系列的6116以及62系列
的6264、62128、62256等。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
四、数据存储器扩展（续）
1.常用数据存储器芯片（续）
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
四、数据存储器扩展（续）
1.常用数据存储器芯片（续）
6116/6264/62128/62256的操作方式
注：X代表任意状态。
*代表对于CMOS静态RAM电路，CE为高电平时，电路处于降耗状态。此时VCC可降至3V左右，内部所存数据也不会丢失。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
四、数据存储器扩展（续）
1.常用数据存储器芯片（续）
常用数据存储芯片各引脚定义如下：
A0～Ai：地址输入线, i=10(6116),12(6264),13(62128),
14(62256) 。
双向三态数据线
D0～Di：双向三态数据线(6116为I/O0～I/O7)。
CE：片选信号输入端，低电平有效。6264的26脚(CS1)为高电平，且CE为低电平时才选中该片。
OE：读出选通线，低电平有效。
WE：写允许信号输入端，低电平有效。
VCC：电源线，接+5V电源。
GND：接地。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
四、数据存储器扩展（续）
2.线选法数据存储器扩展应用实例
【例4】8051扩展三片6116静态RAM(6KB)，用线选法实现。解：扩展静态RAM与扩
展ROM相似，只是控制
8051存储器
P0口经锁存器与A0～A7相连
信号有所不同，右表为
8051用线选法扩展2KB静
态RAM6116的连线分配
表。
单片机的RD接
EPROM的输出允许OE；
WR接EPROM的写允许
WE。
锁存形成A0～A7
P2.0,P2.1,P2.2与A8～A10相连
P0口与D0～D7相连
/RD与存储器的/OE信号相连
/WR与存储器的/WE信号相连
P2.5与存储器1的片选信号相连
P2.6与存储器2的片选信号相连
P2.7与存储器3的片选信号相连
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
四、数据存储器扩展（续）
2.线选法数据存储器扩展应用实例（续）
【例4】解：存储器扩展电路连接如下图所示。
P2.7
P2.6
P2.5
ALE
P0.0～P0.7 8051
P2.0～P2.2
RD
WR
CE
A0～A7
6116
1#
D0～D7
A8～A10
OE WE
G
74LS373
CE
A0～A7
6116
2#
D0～D7
A8～A10
OE WE
CE
A0～A7
6116
3#
D0～D7
A8～A10
OE WE
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
四、数据存储器扩展（续）
2.线选法数据存储器扩展应用实例（续）
【例4】解：三个芯片的地址分配如下表所示。
A15A14A13A12A11A10～A0地址范围
芯片1110110……0～D800H～
110111……1DFFFH
芯片21
1
1
1
1
1
1
1
0……0～
1 (1)
B800H～
BFFFH
芯片30
1
1
1
1
1
1
1
1
0……0～
1 (1)
7800H～
7FFFH
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
四、数据存储器扩展（续）
3.译码法数据存储器扩展应用实例
【例5】用4片6116进行8KB数据存储器扩展，用译码法实现。
解801
80C51存储器6116 P0口经锁存器
锁存形成A0～A7
与A0～A7相连P2.0,P2.1,P2.2与A8～A10相连
解：8051与6116的连线分配如右表所示。
P0口与D0～D7相连
/RD/OE
/WR/WE
P2.4P2.3译码输出与存储器的
片选信号连接
00与存储器1的片选信号相连
01与存储器2的片选信号相连
10与存储器3的片选信号相连
11与存储器4的片选信号相连
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
四、数据存储器扩展（续）
3.译码法数据存储器扩展应用实例（续）
【例5】解：存储器扩展电路连接如下图所示。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
四、数据存储器扩展（续）
3.译码法数据存储器扩展应用实例（续）
【例5】解：四个芯片的地址分配如下表所示。
A15A14A13A12A11A10～A0地址范围芯片1111000……0～E000H～
111001……1E7FFH
芯片21
11
1
1
1
1
1
0……0～
1 (1)
E800H～
EFFFH
芯片31
11
1
1
1
1
1
0……0～
1 (1)
F000H～
F7FFH
芯片41
11
1
1
1
1
1
1
1
0……0~
1 (1)
F800H～
FFFFH
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
五、程序存储器和数据存储器的综合扩展应用实例
【例6】8051同时扩展一片62256RAM和一片27256ROM。
解：用线选法同时扩展一片62256RAM和一片27256ROM，连
线分配如下表所示。
8051数据存储器62256程序存储器27256
P0口经锁存器
锁存形成A0～A7
与A0～A7相连与A0～A7相连
P2.0～P2.6与A8～A14相连与A8～A14相连
P0口与D0～D7相连与D0～D7相连
/RD/OE
/WR/WE
/PSEN/OE
P2.7与存储器的片选信号相连与存储器的片选信号相连
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
【例6】解：存储器扩展电路连接如下图所示。
P2.7ALE
P0.0～P0.7CE
A0～A7 G
4S33
CE
A0～A7 五、程序存储器和数据存储器的综合扩展应用实例（续）8051
P2.0～P2.6
WR
RD
PSEN
62256 D0～D7 A8～A14 WE OE
74LS373 27256 D0～D7 A8～A14
OE
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.2 MCS-51单片机存储器的扩展
【例6】解：四个芯片的地址分配如下表所示。
A15A14～A0
地址范围62256000……0～1……10000H ～7FFFH 五、程序存储器和数据存储器的综合扩展应用实例（续）27256
00
0......0～1 (1)
0000H ～7FFFH
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
MCS-51单片机可提供给用户使用的I/O 口只有P1口和部分P3口。因此，在大部分的MCS-51单片机应用系统设计中都需要进行I/O 口的扩展。并口扩展常用三种方法：1.TTL 、CMOS 集成电路来扩展利用集成路来扩展2.利用单片机串口扩展
3.
利用可编程并行接口芯片来扩展
在此，仅介绍第一种和第二种并口扩展方法。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
一、I/O 接口扩展概述
MCS-51单片机扩种的I/O 接口电路主要应满足以下功能要求：
1.对I/O 接口的要求
MCS-51单片机的I/O 接口是其与外部设备交换信息的桥梁。不同的外设工作速度差异很大，大部分外设的速度很慢无法与us 级的单片机速度相比。而要知道外设是否准备好，就需要I/O 接口电路与外设之间传送状态信息，以实现单片机与外设之间的速度匹配。
①速度匹配
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
一、I/O 接口扩展概述（续）1.对I/O 接口的要求（续）②输出数据锁存
由于单片机的速度很快，数据在数据总线上的保留时间十分短暂，无法满足低速外设的数据接收。所以，扩展I/O 接口③输入数据三态缓冲
输入设备向单片机传送数据时，要经过数据总线，而数据总线上可能“挂”有多个数据源，为了传送数据时不发生冲突，只允许当前正在进行数据传送的数据源使用数据总线，其余的数据源应处于隔离状态，这就要求接口电路具有三态缓冲功能。
电路应具有数据锁存功能，以保证输出数据能被接收设备所接收。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
I/O 端口：简称I/O 口，是指I/O 接口电路中具有端口地址的寄存器或缓冲器，是单片机与外设之间的I/O 接口芯片。
2.I/O 端口的编址
I/O 端口的编址就是给所有I/O 接口中的端口编址，以便通过端口地址与外设交换信息
一、I/O 接口扩展概述（续）常用的I/O 端口编址有两种方式：独立编址方式和统一编制方式。
CPU 通过端口地址与外设交换信息。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
2.I/O 端口的编址（续）①独立编址方式
独立编址的特点独立编址方式就是I/O 端口地址空间与存储器地址空间分开编址。
一、I/O 接口扩展概述（续）②统一编址方式
统一编址的特点：不需要专门的I/O 端口读写指令，直接使用访问数据存储器的指令进行I/O 端口操作，简单，方便且功能强大。
独立编址方式就是把I/O 端口的寄存器与数据存储器单元同等对待，统一进行编址。
独立编址的特点：
I/O 端口地址空间与存储器地址空间相互独立，界限分明；需要设置一套专用的读写I/O 端口的指令和控制信号。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
3.I/O 数据的传送方式
步传送
为了实现与不同外设的速度匹配，I/O 接口必须根据不同外设选择恰当的I/O 数据传送方式。I/O 数据传送方式有以下三种：同步传送，异步传送和中断传送。一、I/O 接口扩展概述（续）同步传送又称为无条件传送。
适用场合：与单片机速度相当的外设，如：单片机与外部数据存储器之间的数据传送。
①同步传送方式第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
3.I/O 数据的传送方式（续）②异步传送方式
异步传送，又称为查询传送或有条件传送，是指单片机通过查询得知外设准备好后，在进行数据传送。
异步传送的特点通用性好硬件连线和查询程序十分简一、I/O 接口扩展概述（续）③中断传送方式
中断传送的优点：极大地提高单片机的工作效率。
异步传送的特点：通用性好，硬件连线和查询程序十分简单；单片机工作效率不高。
中断传送是利用单片机本身的中断功能和I/O 接口的终端功能来实现数据的传送。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
二、简单并行I/O 接口扩展
在MCS-51单片机应用系统中，为了降低成本、缩小体积，通常采用TTL 电路、CMOS 电路的锁存器或三态门电路构成各种简单的I/O 接口。
简单并行I/O 接口都是通过P0口进行扩展。由于P0口只能分时复用，因此，构成输出口时应具有输出锁存功能；构成输入口时要求接口芯片应能三态缓冲或锁存选通；数据的输入、输出由单片机的读/写信号控制。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
二、简单并行I/O 接口扩展（续）1.简单并行I/O 接口扩展常用芯片
简单I/O 接口扩展所用芯片为74系列的TTL 电路或CMOS 电路，这些芯片结构简单，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中经常被采用。
常用芯片有74LS244(八缓冲器/线驱动器/线接收器)、74LS245(八双向总线收发器)、74LS273(八D 触发器)、74LS373(八D 锁存器)、74LS377(带使能的八D 触发器)等。
74LS244是八缓冲器/线驱动器/线接收器，内部有两组4位三态缓冲器，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。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
1.简单并行I/O 接口扩展常用芯片（续）①74LS244
各引脚定义如下 1
2 32019V CC 2G
1G 1A 1 2Y
74LS244如右图所示，共有20
个引脚，采用双列直插式封装。
二、简单并行I/O 接口扩展（续）
74LS244各引脚定义如下：1A1～1A4：第1组4条输入线1Y1～1Y4：第1组4条输出线2A1～2A4：第2组4条输入线2Y1～2Y4：第2组4条输出线
1G ：第1组三态门使能端，低电平有效2G ：第2组三态门使能端，低电平有效VCC ：工作电源，接+5V 电压GND ：接地
3 4 5 6 7 8 9 10
1817161514131211
74LS244
1Y 12A 41Y 22A 31Y 32A 31Y 42A 1
41A 2
2Y 3 1A 3 2Y 2 1A 4 2Y 1 GND
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
①74LS244（续）
74LS244的工作方式如下表所示。
1.简单并行I/O 接口扩展常用芯片（续）二、简单并行I/O 接口扩展（续）
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
②74LS273
各引脚定义如下
74LS273如右图所示，共有20
个引脚，采用双列直插式封装。 1
2 32019V CC Q 7 CLR
Q 0
1.简单并行I/O 接口扩展常用芯片（续）二、简单并行I/O 接口扩展（续）
74LS273各引脚定义如下：D0～D7：输入线。Q0～Q7：输出线。
CLR ：清除控制端，低电平有效。
CLK ：时钟输入端，上升沿有效。
VCC ：工作电源，接+5V 电压。GND ：接地。
3 4 5 6 7 8 9 10
1817161514131211
74LS273
D 7D 6 Q 6 Q 5 D 5 D 4 Q 4 CLK
D 0
D 1 Q 1 Q 2 D 2 D 3 Q 3
GND
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
②74LS273（续）
74LS273的工作方式如下图所示。
1.简单并行I/O 接口扩展常用芯片（续）二、简单并行I/O 接口扩展（续）
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
二、简单并行I/O 接口扩展（续）2.简单并行I/O 接口扩展实例分析
【例7】用74LS244作为扩展输入，74LS273作为扩展输出。解：P0口作为双向数据总线，用74LS244扩展8位输入，输入八只控制开关的控制信号；用74LS273扩展8位输出，输出信号控制八只发光二极管编写控制程序号控制八只发光二极管。编写控制程序,可使八只发光二极管分别受各自对应的控制开关的控制。
只要P2.7为0，就选中74LS244或74LS273，其他位均为无关位，所以74LS244和74LS273的地址均为7FFFH 。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
二、简单并行I/O 接口扩展（续）
2.简单并行I/O 接口扩展实例分析（续）
【例7】解：
P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P06D 0
Q 0
D 1 Q 1 D 2 Q 2 D 3 Q 3 D 4 Q 4 D 5 Q 5 74L S 273
LED1
＋5V
LED0
LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 P0.6 P0.7
WR P2.7
RD
1Y 1 1A 1 1Y 2 1A 2 1Y 3 1A 3 1Y 4 1A 4 2Y 1 2A 1 2Y 2 2A 2 2Y 3 2A 3 2Y 4 2A 4 1G 2G
D 6 Q 6 D 7 Q 7
CLK Q
≥1
≥1
74L S 244
8051
LED7
K0K1K2K3K4K5K6K7
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
【例7】解：参考程序：
地址机器码程序注释
ORG 0000H 0000H 01 50AJMP MAIN 二、简单并行I/O 接口扩展（续）
2.简单并行I/O 接口扩展实例分析（续）ORG 0050H
0050H
90 80 00MAIN: MOV DPTR,#7FFFH
;置输入口地址0053H E0MOVX A,@DPTR ;读输入口数据0054H 90 90 00MOV DPTR,#7FFFH ;置输出口地址0057H F0MOVX @DPTR,A ;写输出口数据
0058H
80 F6
SJMP MAIN END
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
三、MCS-51单片机的串行口扩展并行口
MCS-51单片机的串行口有四种工作方式，每一种工作方式都有自己的特点。其中方式0是8位同步通信方式，用于串/并或并/串转换中，常用的串/并转换芯片有74LS164和并/串转换芯片74LS165等。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
①74LS164
74LS164如右图所示，共有14个引脚，采用双列直插式封装。
1 214A B V CC 三、MCS-51单片机的串行口扩展并行口（续）1.串行口扩展并行口常用芯片74LS164各引脚定义如下：
A ：同步串行数据输入端
B ：同步串行数据输入端Q0～Q7：8位并行数据输出端
CK ：时钟脉冲输入端
CLR ：数据清除端(清除输出数据，通常用在移位完成时)GND ：接地端VCC ：电源端
2 3 4 5
6 7 1098
111213B Q 7 GND
CK
CLR Q 6 Q 5 Q 4
Q 3Q 2Q 1Q 0第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
②74LS16574LS165各引脚定义如下：
74LS165如右图所示，共有16个引脚，采用双列直插式封装。
1516V CC COK 1 2 LD CK
三、MCS-51单片机的串行口扩展并行口（续）1.串行口扩展并行口常用芯片（续）LD ：重新装载数据端(通常用在数据完全移出后)
CK ：内部数据移位时钟脉冲输入端D0～D7：并行数据输入端/Q11：取反串行输出端Q11：串行输出端
SE ：用于填充数据移出后的空位的逻辑电平信号
COK ：和CK 联合控制数据移动VCC/GND ：电源端/接地端
121314SE D 7 D 6D 5D 4Q 11
3 4 5 6 7 D 3 Q 11D 2 D 1 D 0 GND
9
11108
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
2.串行口扩展并行口实例分析
【例8】利用74LS164串行输入并行输出芯片作一个简单的电子钟，要求四个数码管显示时钟；其中LED1显示小时的十位，LED2显示小时的个位，LED3显示分钟的十位，LED4显示分钟的个位三、MCS-51单片机的串行口扩展并行口（续）
钟的个位。
解：采用单片机的串行口输出字形码，用74LS164和74LS138作为扩展芯片，原理图如下图所示。
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
2.串行口扩展并行口实例分析（续）【例8】解：
TX RX
Q 0
CK A B
LED1
LED2 LED3LED4
三、MCS-51单片机的串行口扩展并行口（续）
MCS-51
P3.2 P3.3
Q 7 V C C
CLR
Y0 Y1 Y2
A Y3 B
74LS138
＋5V
＋5V
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
【例8】解：参考程序：
程序注释
程序注释ORG 0000H LCALL DELAY1LJMP MAIN SETB P3.2;显示LED2ORG 0100H CLR P332.串行口扩展并行口实例分析（续）三、MCS-51单片机的串行口扩展并行口（续）ORG 0100H
CLR P3.3MAIN: MOV SCON,#00H
;初始化串口为方式0
LCALL DISP MOV R3，#00H LCALL DELAY1LOOP: MOV R4，#0E8H SETB P3.3;显示LED3
DELAY: LCALL DISPLAY
;动态扫描显示CLR P3.2DJNZ R4，DELAY LCALL DISP
INC R3
;显示数字增1LCALL DELAY1CJNE R3,#0AH,LOOP ;不等于10转移SETB P3.2;显示LED4LJMP MAIN SETB P3.3DISPLAY: CLR P3.2
;显示LED1
LCALL DISP CLR P3.3LCALL DELAY1LCALL DISP
RET
第8章MCS-51单片机的扩展技术
8.3 MCS-51单片机I/O 口的扩展
【例8】解：参考程序：
显示子程序
注释延时子程序
注释DISP: MOV A ，R3
;将字形码送串口DELAY1:MOV R6,#10H
;动态扫描的时间MOV DPTR, #TABLE LOOP1: MOV R7,#38H
;间隔
2.串行口扩展并行口实例分析（续）三、MCS-51单片机的串行口扩展并行口（续）MOVC A, @A+DPTR DJNZ R7,$MOV SBUF, A
DJNZ R6,LOOP1WAIT: JNB TI ，WAIT
;等待串口传送
RET CLR TI 字形码表
RET
TABLE:DB 3FH,06H,5BH ;0~9的字形码
DB 4FH,66H,6DH DB 7DH,07H,7FH DB 6FH
本章小结
了解数据总线、地址总线和控制总线的构成 掌握存储器扩展的编制技术
掌握MCS-51单片机进行程序存储器扩展的方法 掌握MCS-51单片机进行数据存储器扩展的方法 熟悉简单并行I/O 口的扩展方法第8章MCS-51单片机的扩展技术
了解串行口扩展并行口的方法
摘要 热量计在我们生活中最实际的应用应该是民用住宅的暖气计量了而我国现有的按使用面积收费的方式存在着许多不合理的因素。为解决这一问题，本论文介绍了一种新型的热量计，该热量计是基于51系列单片机，主要由流量传感器、温度传感器、单片机三部分组成。本文详细阐述了热量计的硬件和软件设计，并简要介绍了相应的抗干扰措施。 热量计可以精确的对实际热量的耗损进行测量，是实施城市供热体制改革，推行按热量计费的关键设备，对热量计消耗智能计算，以用户实际耗用热量为计量收费依据。如果将热量计作为供暖公司向每一位住户收费的依据和手段，是容易被百姓们所接受和推崇的，而且由于热量与费用直接相关，也加强了住户的节能意识。用热量计进行计量更为科学、合理，既方便用户，又便于管理。 关键词：热量计；单片机；温度传感器；流量传感器 Abstract
Calorimeter in our lives should be the most practical application of measurement of residential heating and use of the area by our existing way of charging, there are many irrational factors. To solve this problem, this paper introduces a new type of calorimeter, the calorimeter is based on the 51 series, mainly by the flow sensor, temperature sensor, microcontroller three parts. This paper describes the calorimeter hardware and software design, and briefly describes the corresponding anti-jamming measures. Calorimeter can accurately on actual measurement of heat loss is to implement the urban heating system, the implementation of key equipment by heat billing for consumption calorimeter intelligent computing to user's actual calorie consumption metering and charging basis. If the calorimeter as heating companies charge to every household basis and means, people who are likely to be accepted and respected, and because of the heat and the costs are directly related, but also strengthened the household energy awareness. Measured with a calorimeter more scientific and reasonable, not only user-friendly, and easy to manage. Keywords: Calorimeter; SingleChip Microcomputer; Temperature sensor; Flow sensors
摘要 本实验是基于PHILIPS AT89C51 单片机所设计的，可以实现键位和数字动态显示的一种频率可调方波发生器。通过键盘键入(10HZ-9999HZ)随机频率，使用七段数码管显示，每一个数码管对应一个键位。单片机对各个键位进行扫描，确定键位的输入，然后数码管显示输入的数值，方波发生器输出以数码管显示的数值为频率的方波。 关键词：单片机七段数码管键盘电路频率可调方波发生器
一、目的和功能 1.1 目的： 设计一种频率范围限定且可调的方波发生器，志在产生特定频率的方波。 1.2功能： 假设键盘是4*4的键盘，当键盘输入范围在10hz-9999hz的数字，单片机控制数码管显示该数值，并把该数值当做方波发生器的输入频率，单片机控制该方波发生器以该数值作为频率显示方波，从而得到我们想要频率的方波。 二、硬件设计 2.1 硬件设计思想 键盘的数字和键位关系固定，通过键盘输入产生频率，通过LED数码管显示出来，每一个数码管对应一个键位。基本设备是基于PHILIPS AT89C51单片机，外围设备采用的是4个七段数码管，PHILIPS A T89C51单片机，1个OSCILLOSCOPE 方波发生器，16个Button，若干电阻，电源电池。 2.2 部分硬件方案论述 2.2.1 七段数码管扫描显示方式的方案比较 方案一：静态显示方式：静态显示方式是指当显示器显示某一字符时，七段数码管的每段发光二极管的位选始终被选中。在这种显示方式下，每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制。静态显示主要的优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，这样既节约了CPU的时间，又提高了CPU的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。
学校代码:11509 学号:1005073029 Hefei University 毕业设计（论文） BACH ELOR DISSERTATI ON 论文题目：基于MCS51单片机步进电机的控制系统设计与实现学位类别：工学学士 学科专业： 10级自动化2班 作者姓名： 导师姓名： 完成时间： 2014年5月12日
基于MCS51单片机步进电机的控制系统设计与实现 中文摘要 步进电机最早出现在十九世纪初期，经过一段时期的发展步进电机被广泛应用在各个领域，因为其具有良好的控制作用。所以对步进电机控系统进一步的探索有着更为深远的意义。 本设计是基于单片步进电机的控制系统，硬件设计采用STC89C52单片机为控制核心；选取ULN2003作为驱动器提供脉冲频率，驱动步进电机运转；通过键盘的加减速按钮、正反转按钮和停止按钮来控制步进电机的速度、方向和停止，最后通过测试传感器将这几个参数显示在12864液晶显示器上。软件设计采用KEIL软件工具进行C语言编写，通过各个模块端口的定义，编写出了步进电机加减速控制和正反转的程序，最后通过各模块程序调试对硬件电路施行控制。 本设计以经济实用为原则，通过软硬件结合的设计，实现了对步进电机转动速度和方向的有效控制。该系统具有控制性好，设计成本低等优点。 关键字：STC89C52；步进电机；控制系统；测速传感器
Stepper motor control system design and implementation based on MCS51 microcontroller ABSTRACT The stepping motor was invented in the early 1800s, after a long period of development of the stepper motor is widely used in various fields, because it has good control effect. Therefore, the study of the stepper motor control system has a very important significance. This design is stepper motor control system based microcomputer, hardware design uses STC89C52 microcontroller as the control core; select ULN2003 as driver provides pulse frequency drive stepper motor rotation; through acceleration and deceleration button keyboard,forward and reverse button and stop buttons to control the stepper motor speed, direction and stops, Then these several parameters was displayed on the LCD monitor 12864 by the speed sensor. Software design using KEIL software tools for C language, defined each module port, and write a stepper motor control acceleration and deceleration and reversing the process. finally to control the hardware circuit through debugging. The design principle of economical and practical, through combination of software and hardware designed to achieve the effective control of the stepper motor rotation speed and direction. The system has good controllability and low coat. Keywords: STC89C52; stepper motor; control systems; speed sensor
基于MCS51单片机的压力测量 系统的设计与实现 班级； 学号： 姓名： 指导老师：
摘要 以STC-51单片机为核心，应用变阻式应变片测量压力并通过ADC0809的转换，经过单片机处理后在数码管模块显示的智能压力测量系统。是变阻式应变片和51单片机相结合的一个很典型的应用，本系统包括信号采集及转换电路、单片机最小系统、显示模块三个最基本的核心模块。外围扩展了键盘模块、蜂鸣器报警模块，用以调节系统的测量和显示范围。 经试验证明，系统能正常工作且误差在允许误差范围内，符合所有技术指标。 1.方案设计 通过应变片，将机械形变变为电压信号，再通过三级集成放大电路把信号放大，之后，ADC0809把模拟信号转化为数字信号，输入到单片机中，通过按键的控制，将电压的信号输出以数码管的形式显示出来，如果电压信号超出报警上线，蜂鸣
器就发出报警信号。 2.硬件系统设计与分析 （1）应变片与信号放大器的电路分析 应变片运用的是电阻式应变片，原理是吸附在基体材料上的应变电阻随机械性形变而产生电阻变化的现象，即它可以将被测件上的应变变化转化成一种电信号。桥式电路的输入信号是0~10v，经过电路后，输出的电压经过集成运放电路放大后，输入到A/D的In0口，完成信号的输入与传 (2)AD转换分析 A/D转换器是将模拟信号转化为数字信号，start与ale信号接到51到单片机的的p2.6接口，完成信号的输出，而clock接口接到74ls74d的2q接口, D0~D7接到单片机的p1.0~p1.7接口. （3）单片机最小系统分析
单片机的RST是复位接口，刚开始时是低电平，闭合s1开关，接通电源，获得高电平，完成复位。Xtal1与xtal2是晶振电路，为单片机提供工作频率，为12m。P0.0~p0.7接到74hc573的段锁存器，完成数码管的段选择，p2.4~p2,7接到位锁存器，完成数码管的位选择。 （4）按键分析 （5）数码管分析
燕山大学 课程设计说明书题目：压力传感器实验 学院（系）：里仁学院 年级专业：仪表10-2 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：电气工程学院基层教学单位：仪器科学与工程系 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 年月日
摘要 此次设计是基于8051单片机的压力检测系统，简要介绍了压力传感器电路的工作原理和弱信号传感器电路以及A/D变换电路的工作原理,通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器ADC0808，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。 关键词：8051单片机压力传感器A/D变换电路LED显示器
目录 摘要---------------------------- -------------------------------------------------------------------------2 关键字---------------- ----------------------------------------------------------------------------------2 第一章总体设计方案及模块划分---------------------------------------------------------------4 1.1总体设计方案--------------------------------------------------------------------------------4 1.2模块划分--------------------------------------------------------------------------------------4 1.3设计框图如下图所示-----------------------------------------------------------------------5 第二章各模块设计参数-------------------------------------------------------------------------------5 2.1传感器元件模块------------------------------------------------------------------------------5 2.2 A/D转换模块---------------------------------------------------------------------------------8 2.3控制器处理模块-----------------------------------------------------------------------------14 第三章压力传感器实验数据采集、显示及程序---------------------------------------------20 3.1数据采集及显示-----------------------------------------------------------------------------20 3.2程序设计--------------------------------------------------------------------------------------20 第四章心得体会--------------------------------------------------------------------------------------29 参考文献资料------------------------------------------------------------------------------------------30
第十一章 MCS-51单片机系统扩展 11.1 8051/8751的最小系统 80C51片内有4KB的程序存储器，因此，只需要外接晶体振荡器和复位电路就可构成最小系统。 图11-1 最小单片机系统 最小系统的特点如下： （1）由于片外没有扩展存储器和外设，P0、P1、P2、P3都可以作为用户I/O口使用。但P0口作为用户I/O口使用时，需要加上拉电阻。 （2）片内数据存储器有128字节，地址空间00H～7FH，没有片外数据存储器。 （3）内部有4KB程序存储器，地址空间0000H～0FFFH，没有片外程序存储器，EA应接高电平。 （4）可以使用两个定时/计数器T0和T1，一个全双工的串行通信接口，5个中断源。 80C51虽有4个I/O口P0～P3，但在大多数应用系统中，真正用作I/O 口线的只有P1口的8位位线和P3口的某些位线。因此，在I/O接口引脚不够，或在片内的存储器资源还不能满足要求时，需要进行如下的扩展： (1) 外部I/O接口的扩展；【例如74LS164、74LS165等】 (2) 外部程序存储器的扩展； (3) 外部数据存储器的扩展。
11.2 系统扩展结构 单片机采用总线结构，使扩展易于实现，单片机系统扩展结构如图11-2所示。 图11-2 80C51单片机的系统扩展结构 从图11-2可以看出，系统扩展主要包括存储器扩展和I/O接口部件扩展。存储器扩展包括程序存储器扩展和数据存储器扩展。 系统扩展是以单片机为核心，通过总线把单片机与各扩展部件连接起来。因此，首先要利用单片机的I/O口构造系统总线。系统总线按功能通常分为3组，如图11-2所示。 （1）地址总线AB（Address Bus）：用于发送CPU发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O接口芯片中的寄存器的选择。 地址总线宽度为16位，由P0口经地址锁存器（通常用74LS373）提供地址低8位，P2口直接提供地址高8位，地址信号是由CPU发出的单方向信号。 存储器芯片的地址线的数目由芯片的容量决定。容量(Q)与地址线数目(N)满足关系式：2N Q 。存储器芯片的地址线与单片机的地址总线(A0～A15，P0口为低8位（需用74LS373锁存），P2口为高8位）按由低位到高位的顺序顺次相接。 一般来说，存储器芯片的地址线数目少于单片机地址总线的数目，因此连接后，单片机的高位地址线（P2口）应该有剩余。剩余的地址线一般作为译码线，译码器的输出与存储器芯片的片选信号线（CS或CE）相接。片选
第八章 MCS-51单片机存储器的扩展 第一节 MCS-51单片机存储器的概述 (一学习要求 1、熟悉 MCS-51 单片机的系统总线及系统总线扩展结构 2、掌握常用的片选方法：线选法和全地址译码法。（二）内容提要 1、三总线的扩展方法 单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的控制时，它自身的功能远远不能满足需要。为此，应扩展其功能。 MCS-51单片机的扩展性能较强，根据需要，可扩展。三总线是指地 址总线、数据总线、控制总线。 1）地址总线 MCS-51 单片机地址总线宽度为 16 位，寻址范围为 64K。 地址信号： P0 作为地址线低 8 位， P2 口作为地址线高 8 位。 2）数据总线 MCS-51 单片机的数据总线宽度为 8 位。 数据信号： P0 口作为 8 位数据口， P0 口在系统进行外部扩展时与低 8 位地址总线分时复用。 3）控制总线 主要的控制信号有 /WR 、 /RD 、 ALE 、 /PSEN 、 /EA 等。
2、系统的扩展能力 MCS-51 单片机地址总线宽度为 16 位，因此它可扩展的程序存储器和数据存储器的最大容量是64K（２１６）。 １）线选法 线选法就是将多余的地址总线（即除去存储容量所占用的地址总线外）中的某一根地址线作为选择某一片存储或某一个功能部件接口芯片的片选信号线。一定会有一些这样的地址线，否则就不存在所谓的“选片”的问题了。每一块芯片均需占用一根地址线，这种方法适用于存储容量较小，外扩芯片较少的小系统，其优点是不需地址译码器，硬件节省，成本低。缺点是外扩器件的数量有限，而且地址空间是不连续的。 ２）全地址译码法 由于线选法中一根高位地址线只能选通一个部件，每个部件占用了很多重复的地址空间，从而限制了外部扩展部件的数量。采用译码法的目的是减少各部件所占用的 地址空间，以增加扩展部件的数量。 ３）译码器级连 当组成存储器的芯片较多，不能用线选法片选，又没有大位数译码器时，可采用多个小位数译码器级连的方式进行译码片选． ４）译码法与线选法的混合使用 译码法与线选法的混合使用时，凡用于译码的地址线就不应再用于线选，反之，已用于线选的地址线就不应再用于译码器的译码输入信号． （三）习题与思考题 1. 简要说明MCS-51 单片机的扩展原理。
毕业论文（设计）材料 题目：基于MCS-51单片机的电子时钟的 设计 学生姓名：童晨阳 学生学号：0908030230 系别：电气信息工程学院 专业：电子信息工程 届别：2013 指导教师：张大雷
一、毕业论文（设计）任务书 要求完成的主要任务及达到的目标 电子时钟是实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，广泛用于车站、办公室等公共场所，成为人们日常生活中的必需品。钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的方便，电子时钟的精度，远远超过传统时钟，而且钟表的功能也加强了。例如学校上下课时自动打铃的功能、电视机的定时关机等，这些都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字时钟及推广其应用，有着非常现实的意义。 ?基于单片机内部的定时器/计数器研究 ?基于时钟芯片（如DSC21887）的方式研究 ?基于共阴/阳数码管的方式研究 ?基于液晶显示研究 ?常见扩展功能研究 在此基础上巩固、加深和扩大51系列单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。学会查阅书籍，并且要能够熟练的编写程序、仿真、会画流程图、原理图及PCB图。对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉用51单片机做系统开发、研制的过程，软硬设计的方法、内容及步骤。 工作进度要求 2012.12.1——2012.12.28 撰写开题报告 2012.12.29——2012.12.31 拟定论文提纲 2013.1.1——2013.2.28 撰写论文初稿 2013.3.1——2013.4.31 论文修改 2013.5.1——2013.5.14 论文定稿 指导教师签名：年月日
二、毕业论文（设计）开题报告 课题研究目的 现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活不可缺少的工具。数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。 本次课题研究的目的是应用单片机控制技术，设计出以89C51单片机为核心的电子时钟，电子时钟能够显示时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，而且其片选的灵活性强。 课题研究计划 根据课题的实际需要和研究现状，为更好地高效地保证完成论文，拟如下具体安排：第一阶段：查阅文献、资料 第二阶段：撰写论文开题报告 第三阶段：实验探索 第四阶段：论文定稿与答辩 工作进度 2013.1.1——2013.2.28 学习了解STC89C51单片机和各个器件所实现的功能和本次论文相关的原理，与指导老师就所研究的课题进行详细的探讨后再逐条拟定论文提纲。 2013.3.1——2013.3.31 尽力完成论文课题实物并撰写论文初稿。 2013.4.1——2013.4.30初稿完成后，根据指导老师意见就细节和内容进行修改论文。 2013.5.1——2013.5.14多次修改后，最终定稿并上交指导老师。
基于MCS-51单片机的交通灯设计 设计一个基于单片机的交通灯信号控制器。已知东、西、南、北四个方向各有红黄绿色三个灯，在东西方向有两个数码管，在南北方向也有两个数码管。要求交通灯按照表1进行显示和定时切换，并要求在数码管上分别倒计时显示东西、南北方向各状态的剩余时间。 表1 交通灯的状态切换表 1:系统设计 （1）任务分析与整体设计思路 试题要求实现的功能主要包括计时功能、动态扫描以及状态的切换等几部分。 计时功能：要实现计时功能则需要使用定时器来计时，通过设置定时器的初始值来控制溢出中断的时间间隔，再利用一个变量记录定时器溢出的次数，达到定时1 秒中的功能。当计时每到 1 秒钟后，东西、南北信号灯各状态的暂存剩余时间的变量减1。当暂存剩余时间的变量减到0 时，切换到下一个状态，同时将下一个状态的初始的倒计时值装载到计时变量中。开始下一个状态，如此循环重复执行。 动态扫描：需要使用4 个数码管分别显示东西、南北的倒计时数字，将暂存各状态剩余时间的数字从变量中提取出“十位”和“个位”，用动态扫描的方式在数码管中显示。整个程序依据定时器的溢出数来计时，每计时1S 则相应状态的剩余时间减1，一直减到0时触发下一个状态的开始。 （2）单片机型号及所需外围器件型号，单片机硬件电路原理图 图1 交通灯硬件电路原理图 选用MCS51 系列AT89S51 单片机作为微控制器，选择两个四联的共阴极数码管组成8位显示模块，由于AT89S51 单片机驱动能力有限，采用两片74HC244 实现总线的驱动，一个74HC244完成共阴极数码管位控线的控
制和驱动，另一个74HC244完成数码管的7 段码输出，在7段码输出口上各串联一个100 欧姆的电阻对7 段数码管限流。用P3口的P3.0-P3.5完成发光二极管的控制，实现交通灯信号的显示，每个发光二极管串联500欧姆电阻起限流作用。硬件电路原理图如图1 所示。 （3）程序设计思路，单片机资源分配以及程序流程 ①单片机资源分配 单片机P3口的P3.0-P3.1引脚用作输出，控制发光二极管的显示。在计时模块中，需要定义两个数组变量（init_sn[3]，init_ew[3])来存储东西、南北两个方向在不同状态中倒计时的初始值，题目中每个方向的交通灯共有3种显示状态，因此数组元素个数为3。还需要定义两个变量( cnt_sn, cnt_ ew)暂存东西、南北两个方向的倒计时剩余时间。在状态的切换中，为了明确当前处于哪种状态，东西、南北方向各设置一个状态变量(state_val_sn, state_val_ew),当倒计时的剩余时间到零时，状态变量增1，表示启动下一个状态，当该变量增到3 时变为0，回到序号为1的状态。 ②程序设计思路 在设计中，由于没有键盘功能，因此只涉及定时计数和动态扫描功能。主程序将变量初始化之后，设置单片机定时器和中断特殊功能寄存器的初始值，将定时器T1的工作方式设置为8位自动装载模式，定时器每隔250us 产生一次溢出。在初始化变量与寄存器后，主程序进入一个循环结构，在循环中只做动态扫描的工作，根据东西、南北两向的剩余时时间进行动态扫描显示。计时以及状态的切换通过定时器的中断服务程序来实现，在中断服务程序中，每计时到一秒时，则各方向当前状态的剩余时间减1，一直减到0时触发下一个状态的开始，改变交通灯的指示。 ③程序流程 图3-7 交通灯主程序流程图图3-8 中断服务程序流程图 （4）软硬件调试方案
基于MCS-51单片机的四路抢答器 基于MCS-51单片机的四路抢答器 抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。能够实现抢答器功能的方式有多种，可以采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式，但这种方式制作过程复杂，而且准确性与可靠性不高，成品面积大，安装、维护困难。本节介绍一种利用8051单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号产生的四路抢答器。 硬件设计 硬件电路应能完成以下功能：参加竞赛者对主持人提出的问题要在最短的时间内作出判断，并按下抢答按键回答问题。当第一个人按下按键后，则在显示器上显示此竞赛者的号码并进行声音提示，同时电路将其他抢答按键封锁，使其不起作用。若有人在可以抢答之前按键，应该有违规提示。电路应该具有倒计时功能，倒计时时间可以设置并显示，在规定时间内没有人抢答则本题作废。回答完或超时后，由主持人将所有按键恢复，重新开始下一轮。 完成上述功能的电路包括时间设定开关、声光显示、按键控制以及按键锁存等部分，如图所示。 各电路模块的功能如下。 ·单片机部分：通过读取P3.7～P3.3的状态决定倒计时时间；通过读取P1.3～P1.0的状态读取按键情况；通过P2.4～P2.2控制显示模块以显示按键者的号码和倒计时所剩时间；通过P0.1控制蜂鸣器。 ·时间设定模块：以拨码开关U3作为倒计时时间的选择信号。若P3.7通过U 3接地，倒计时时间为10s；若P3.6通过U3接地，倒计时时间为8s，若P3.5通过U3接地，倒计时时间为6s，若P3.4通过U3接地，倒计时时间为4s。判断时P3.7优先级最高，P3.4优先级最低。 ·按键模块：KEY1～KEY4的信息可以直接传输到P1.3～P1.0。单片机一旦检测到有按键按下，立即将P1.4置为低电平，将按键信息锁存，以免后来的按键对其产生影响。KEY1～KEY4为抢答按键，KEY5为主持人控制按键。
MCS-51单片机的系统扩展技术（五） 5 数——模转换接口 在工作控制和智能化仪表中，通常由微型计算机进行实时控制及实时数据处理。计算机所加工的信息总是数字量，而被控制或测量对象的有关参量往往是连续变化的模拟量，如温度、速度、压力等等，与此对应的电信号是模拟电信号。计算机要处理这种信号，首先必须将模拟量转换成数字量，这一转换过程就是“模——数转换（A/D）”。 由计算机运算处理的结果（数字量）往往也需要转换为模拟量，以便控制对象，这一过程即为“数模转换”（D/A）。 A/D、D/A转换技术发展极为迅速，目前常用的A/D或D/A芯片种类也非常多，本教程介绍的是比较经典的一些芯片的用法，目的在于帮助读教掌握这类芯片接口的一般方法，以及进一步理解数字系统和模拟系统的区别。当然，这些芯片本身也有一定的实用价值。 一、DAC电路原理 D/A转换是将数字量信号转换成模拟量信号的过程。D/A转换的方法比较多，这里仅举一种权电阻D/A转换法的方法，说明D/A转换的过程。 权电阻D/A转换电路实质上是一只反相求和放大器，图22是4位二进制D/A转换的示意图。电路由权电阻、位切换开关、反馈电阻和运算放大器组成。 图22 D/A转换的原理 权电阻的阻值按8：4：2：1的比例配置，按照运放的“虚地”原理，当开关D3-D0合上时，流经各权电阻的电流分别是V R/8R、V R/4R、V R/2R和V R/R。其中V R为基准电压。而这些电流是否存在则取决于开关的闭合状态。输出电压则是： VO=-（D3/R+D2/2R+D1/4R+D0/8R）×V R×R F 基中D3-D0是输入二进制的相应位，其取值根据通断分别为0或1。显然，当D3-D0在0000-1111范围内变化时，输出电压也随这发生变化，这样，数字量的变化就转化成了电压（模拟量）的变化了。这里，由于仅有4位开关，所以这种变化是很粗糙的，从输出电压为0到输出电压为最高值仅有16档。显然，增加开关的个数和权电阻的个数，可以将电压的变化分得更细。一般，至少要有8个开关才比较实用。8个开关，就意味着输出量从最小（0）到最大一共被分成256档了。 上面的这种D/A转换技术对于权电阻的精度要求是相当高的，由于权电阻的大小并不
目录 第一章 MSC51单片机的结构与原理 (2) 1.1 MSC51单片机的发展 (2) 1.2 单片机的结构 (2) 1.2.1 MSC51单片机的基本结构 (2) 1.2.2 单片机的内部结构 (3) 1.3 单片机的引脚 (4) 1.4 MCS51的存储器结构 (5) 1.4.1 程序存储器ROM (5) 1.4.2 数据存储器RAM (5) 第二章温度控制系统硬件设计 (7) 2.1 系统使用的仪器设备及芯片 (7) 2.2 实验相关芯片介绍 (7) 2.2.1 串行E2PROM芯片AT24C02 (7) 2.2.2 串行A/D转换芯片TLC1549 (8) 2.2.3 8D锁存器74573 (10) 2.3 LED数码管显示器 (11) 第三章温度控制系统软件设计 (13) 3.1 温度控制系统软件实验内容 (13) 3.2 软件设计 (13) 3.3 程序的修改 (14) 3.4 程序流程图 (15) 第四章心得体会 (16) 附录（源程序） (17)
第一章 MSC51单片机的结构与原理 1.1 MSC51单片机的发展 随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。 单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。 1.2 单片机的结构 1.2.1 MSC51单片机的基本结构 图1.1 单片机的基本结构 图中包括: 1. 一个8位中央处理器CPU 数据处理、测试位，置位，复位，位操作 2. 数据存储器RAM（128B与 SFR）在程序运行时存储工作变量和资料
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (4) 1.1 研究背景 (4) 1.2 基于单片机的压力采集与显示系统的原理 (5) 1.2.1 压力的概念 (5) 1.2.2 测量压力的意义 (5) 第二章基于单片机的压力采集与显示系统的硬件设计 (6) 2.1 压力传感器 (6) 2.1.1 压力传感器的选择 (6) 2.1.2金属电阻应变片的工作原理 (6) 2.1.3 电阻应变片的基本结构 (8) 2.1.4 电阻应变片的测量电路 (9) 2.2 信号放大电路 (11) 2.2.1 放大器的选择 (11) 2.2.2 三运放大电路 (11) 2.3 A/D转换器 (12) 2.3.1 A/D转换模块器件选择 (12) 2.3.2 A/D转换器的简介 (13) 2.3.3 配置位说明 (14) 2.3.4 ADC0832工作时序图 (14) 2.3.5 单片机对ADC0832的控制原理 (15) 2.4 单片机 (16) 2.4.1 AT89C51单片机简介 (16) 2.4.2主要特性 (17) 2.4.3 管脚说明 (18) 2.4.5 芯片擦除 (19) 2.5 单片机于键盘的接口技术 (20) 2.5.1 键盘功能及结构概述 (20)
2.5.2 键盘抖动及去除 (20) 2.5.3 单片机与键盘的连接 (21) 2.6 LED显示接口 (23) 2.6.1发光二极管及LED显示器 (23) 2.6.2七段数码显示器 (24) 2.6.3 LED数码管静态显示接口 (24) 第三章软件设计 (26) 3.1 A/D转换器的软件设计 (26) 3.1.1 ADC0832芯片接口程序的编写 (26) 3.2 单片机与键盘的接口程序设计 (27) 3.3 LED数码管显示程序设计 (27) 第四章总结 (28) 参考文献 (29) 致谢 (30)
M C S-51单片机原理及接口技术习题参考答案 第一章绪论 1-1解答： 第一台计算机的研制目的是为了计算复杂的数学难题。它的特点是：计算机字长为12 位，运算速 度为5 000 次/s，使用18 800 个电子管，1 500 个继电器，占地面积为150 m2，重达30 t，其造价为100 多万美元。它的诞生，标志着人类文明进入了一个新的历史阶段。 1-2解答： 单片微型计算机简称单片机。一个完整的单片机芯片至少有中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及I/O 接口等部件。 1-3解答： 单片机的发展大致经历了四个阶段： 第一阶段（1970—1974 年），为4 位单片机阶段； 第二阶段（1974—1978 年），为低中档8 位单片机阶段； 第三阶段（1978—1983 年），为高档8 位单片机阶段； 第四阶段（1983 年至今），为8 位单片机巩固发展阶段及16 位单片机、32 位单片机推出阶段。 1-4解答： Intel 公司的MCS-48 系列、MCS-51 系列、MCS-96 系列产品； Motorola 公司的6801、6802、6803、6805、68HC11 系列产品； Zilog 公司的Z8、Super8 系列产品； Atmel 公司的AT89 系列产品； Fairchild 公司的F8 和3870 系列产品； TI 公司的TMS7000 系列产品； NS 公司的NS8070 系列产品； NEC 公司的μCOM87（μPD7800）系列产品； National 公司的MN6800 系列产品； Hitachi 公司的HD6301、HD63L05、HD6305。 1-5解答： （1）8031/8051/8751 三种型号，称为8051 子系列。8031 片内没有ROM，使用时需在片外接EPROM。8051 片内含有4KB 的掩模ROM，其中的程序是生产厂家制作芯片时烧制的。8751 片内含有4KB 的EPROM，用户可以先用紫外线擦除器擦除，然后再利用开发机或编程器写入新的程序。 （2）8032A/8052A/8752A 是8031/8051/8751 的增强型，称为8052 子系列。其中片内ROM 和RAM 的容量比8051 子系列各增加一倍，另外，增加了一个定时/计数器和一个中断源。 （3）80C31/80C51/87C51BH 是8051 子系列的CHMOS 工艺芯片，80C32/80C52/87C52 是8052 子系列的CHMOS 工艺芯片，两者芯片内的配置和功能兼容。 1-6解答： 8052 子系列片内ROM 和RAM 的容量比8051 子系列各增加一倍，另外，增加了一个定时/计数器 和一个中断源。 1-7解答： AT89 系列单片机是美国Atmel 公司的8 位Flash 单片机产品。它的最大特点是在片内含有Flash 存