MCS-51系统扩展与接口
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第4章MCS-51单片机系统功能扩展
74LS373结构示意图
74LS373的引脚
引脚说明如下: D7～D0: 8位数据输入端。 Q7～Q0: 8位数据输出端。 G:数据输入锁存控制端：当G为“1” 时，锁存器 输出端与输入端数据相同；当G由“1” 变“0” 时，数据输入锁存器中。 OE#: 输出允许端。
P0口与地址锁存器74LS373的连接
4.1 系统扩展概述
4.1.1 最小应用系统
图4.1 MCS–51单片机最小化系统 (a) 8051/8751最小系统结构图；(b) 8031最小系统结构图
4.1.2 单片机系统扩展的内容与方法
1．单片机的三总线结构
图4.2 MCS–51单片机的三总线结构形式
(1)以P0口作为低8位地址/数据总线。 (2)以P2口的口线作高位地址线。 (3)控制信号线。 *使用ALE信号作为低8位地址的锁存控制信号。 *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控制信号。 *由RD#和WR#信号作为扩展数据存储器和I/O口的 读选通、写选通信号。 尽管MCS-51有4个并行I/O口，共32条口线，但由于系 统扩展需要，真正作为数据I/O使用的，就剩下P1 口和P3口的部分口线。
锁存器8282 功能及内部结构与74LS373完全一样，只是其引脚的排 列与74LS373不同 ，8282的引脚如下图。
4.2.2 74LS244和74LS245芯片
在单片机应用系统中, 扩展的三总线上挂接
很多负载, 如存储器、并行接口、A/D接口、显
示接口等, 但总线接口的负载能力有限, 因此常
3) 采用地址译码器的多片程序存储器的扩展
例3 要求用2764芯片扩展8031的片外程序存储器，分配的 地址范围为0000H~3FFFH。
10MCS-51单片机常用接口电路
0000H
START
000BH
T0_INT
SP，
#5FH
TMOD， #01H
TH0， #0F8H
TL0，
#30H
TR0
ET0
EA
DISP_W， #00H
DISP_BIT
DISPLAY
LOOP
；复位入口地址。
；跳到主程序。
；定时/计数器0中断入口地址-51使用统一编址的方式每一接口芯片中的 一个功能寄存器（端口）的地址就相当于一个RAM单 元。 10.1.3 I/O数据的几种传送方式
为实现和不同的外设的速度匹配，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 传送的几种传送方式是：
（1）同步传送 （2）查询传送 （3）中断传送。
；定时/计数器0工作于方式1。 ；设置定时2ms的定时器初值高位。 ；设置定时2ms的定时器初值低位。 ；允许T0计数。 ；允许T0中断。 ；开单片机中断。
；指向显示的第一个数码管。
；清除定时标志DISP_BIT。 ；调显示子程序。
T0_INT： MOV
MOV
SETB RETI
；显示子程序入口： DISPLAY： JB
d
c
b
a
段码如下表所示:
显示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B
共阴极段码 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77FH 7CH
共阳极段码 C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H 88H 83H
显示字符 C D E F P U T y H L
第10章 MCS-51单片机常用接口电路 10.1 扩展I/O接口的设计 ➢MCS-51单片机要通过I/O接口来和外设交换信息。 ➢I/O扩展属于单片机系统扩展的一部分，MCS-51单 片机有P0～P3共4个8位的并行I/O口，由于P0和P2 在很多场合要用作16位的地址总线和8位的数据总 线，真正能用作I/O接口的只有P1口和P3口的部分 引脚。 ➢在具体应用设计中往往需要扩展I/O接口。
51单片机的外围电路
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。
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
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。
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
MCS-51单片机存储器的扩展
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。
MCS51单片机总线系统与IO口扩展
6.2.2 单片机总线扩展的编址技术
OE
LE
Dn
Qn
L
H
H
H
L
H
L
L
L
L
L
Qn-1
L
L
H
Qn-1
H
×
×
Z
地址锁存器74LS373
CLR D0-D7Q0-Q7 4 6 2 6 74LS24474LS273 E 0123456789E GG 12Q0-Q7CLKD0-D7AAAAAAAAAAA10A11A12I/O0I/O1I/O2I/O3I/O4I/O5I/O6I/O7OWCE1CE2 56? UUU P0.0-P0.7P0.0-P0.7 +5V 11 01234567 E >> QQQQQQQQ O 01234567 E DDDDDDDDL 2 U74LS373 012 YYY ABC 3 U74LS138 R AD E R P20P07P21P06P22P05P23P04P24P03P25P02P26P01P27P00 W ALE 89C51 1 U
MOV
DPTR,#0FEFFH ;确定扩展芯片地址
MOVX
A,@DPTR
;将扩展输入口内容读入累加器A
当与74LS244相连的按键都没有按下时，输入全为1，若按下某键，则所在线 输入为0。
6.2.1 单片机I/O口扩展
输出控制信号由P2.0和相“或”后形成。当二者都为0后，74LS273的控制端 有效，选通74LS273， P0上的数据锁存到74LS273的输出端，控制发光二极管 LED ， 芯 片 地 址 与 74LS244 的 选 通 地 址 相 同 （ 都 是 ×××× ×××0 ×××× ××××B，通常取为FEFFH）。当某线输出为0时，相应的LED发 光。
本章导读本章首先介绍MCS51单片机最小应用系统与总线
2019/2/24
MCS-51单片机原理与应用
16
8.2.2 数据存储器的扩展
4
（3）29C010的数据线I/O0～I/O7与单片机的地址总线一一对应 同名相连, WE 与 WR 相连。单片机 PSEN 和 RD 经过与门后与 29C010的 OE 相连,两个控制信号只要有一个有效,就可以对 29C010进行读出操作。这样的接法是把29C010芯片既看作是程 序存储器,又看作是数据存储器。 把29C010看作程序存储器是在PSEN 信号有效,即执行取指指令: MOVC A,@A+DPTR。 把其看作数据存储器是在 RD 或 WR 信号有效,即执行读写指令: MOVX A,@DPTR ;读片外数据存储器 MOVX A,@Ri MOVX @DPTR,A ;写片外数据存储器 MOVX @Ri,A （4）29C010的地址范围如表8.3,其17条地址线A0～A16取值范 围从全0到全1,就可得到其为寻址空间为00000H～1FFFFH。当
2019/2/24 MCS-51单片机原理与应用 7
8.1 最小应用系统与总线扩展
7
数据就被锁存在锁存器中,输入端数据变化不再影响Q 端输出。当三态门的输出允许端 OE 为低电平时,三态 门处于导通状态,允许Q端输出;当 OE 为高电平时,三态 门处于高阻隔离状态,不允许Q端输出。根据74LS373 的特性,把作为P0口地址锁存器的连接如图8.4（b）。 若采用74LS273, 因其CLK端是上升沿锁存, 所以ALE 端输出锁存控制信号必须加一个反相器,如图8.4（c）。
2019/2/24 MCS-51单片机原理与应用 18
8.2.2 数据存储器的扩展
6
（1）两扩展芯片15条地址线A0～A14都与单片机的15条地址线 一一对应同名相连,用于对存储器芯片片内单元的寻址。 （2）两扩展芯片数据线I/O0～I/O7与单片机数据总线一一对应 同名相连。单片机PSEN 与29C256的OE 相连,用于取指控制；单 片机的 WR 与 RD 信号分别与62256的 OE 和WE 相连,用于数据的 读写控制。
第六章 MCS-51系统扩展技术2(8255、74LS)
3、MCS-51系统扩展示意图 、 系统扩展示意图
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
为了唯一地选中外部某一存储单元(I/O接口芯片已作为数据存储器的一 接口芯片已作为数据存储器的一 为了唯一地选中外部某一存储单元 部分)，必须进行两种选择：一是必须选择出该存储器芯片(或 接口芯片 接口芯片)， 部分 ，必须进行两种选择：一是必须选择出该存储器芯片 或I/O接口芯片 ， 称为片选；二是必须选择出该芯片中的某一存储单元(或 接口芯片中的寄 称为片选；二是必须选择出该芯片中的某一存储单元 或I/O接口芯片中的寄 存器)，称为字选。 存器 ，称为字选。 常用的选址方法有两种：线选法和译码法， 常用的选址方法有两种：线选法和译码法，其中译码法又分为全译码和 部分译码两种。 部分译码两种。
四、部分译码法
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
以上也可采用全译码法， 以上也可采用全译码法，电路更简单
五、扩展存储器时应考虑的几个问题
1. 地址锁存器的选用 2. MCS-51对存储容量的要求 对存储容量的要求 3. 地址线的连接和地址译码方式 4. 工作速度匹配
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
第二节 程序存储器的扩展
一、 常用的程序存储器
单 片 微 型 机 原 理 与 应 用
1. EPROM芯片 芯片 ROM芯片分为 类，即掩膜 芯片分为3类 即掩膜ROM、可编程 芯片分为 、可编程PROM和可擦除 和可擦除 可编程ROM(包括 包括EPROM和E2PROM)。前面两组在实际中使用 可编程 包括 和 。 得很少，因此这里只介绍最常用的可擦除可编程ROM。 得很少，因此这里只介绍最常用的可擦除可编程 。 EPROM芯片：可通过专用的紫外线光源进行照射以擦除其 芯片： 芯片 原有内容，而后用专门的编程器向其写入新的内容。 原有内容，而后用专门的编程器向其写入新的内容。 E2PROM芯片：电可擦除 。 芯片： 芯片
四 MCS-51单片机存储器系统扩展
RD、WR为数据存储器和 I/O口的读、写控制信号。执 行MOVX指令时变为有效。
74LS373引脚
1、控制位OE： OE=0时，输出导通 2、控制位G： 接ALE 3、Vcc=+5V 4、GND接地
1 74LS373为8D锁存器，其主要特点在于：
控制端G为高电平时，输出Q0～Q7复现输入D0～ D7的状态；G为下跳沿时D0～D7的状态被锁存在Q0 ～Q7上。
MOV DPTR, #0BFFFH ;指向74LS373口地址
MOVX A, @DPTR ;读入
MOV @R0， A
;送数据缓冲区
INC R0
;修改R0指针
RETI
;返回
用74LS273和74LS244扩展输入输出接口
地址允许信号ALE与外部地址锁存信号G相连；
单片机端的EA与单片机的型号有关;
存储器端的CE与地址信号线有关。
P... 2.7 P2.0
ALE 8031
P... 0.7 P0.0
EA
PSEN
外部地址
G
锁存器
I...7
O... 7
I0 O0
A... 15
CE
A8
外部程序
存储器
A... 7 A0
D7. . . D0 OE
6264的扩展电路图
图中CS（CE2）和CE引脚均为6264的片选信号，由于该扩展电路 中只有一片6264，故可以使它们常有效，即CS（CE2）接+5V ，CE接地。6264的一组地址为0000H～1FFFH。
存储器地址编码
SRAM6264：“64”—— 8K×8b = 8KB 6264有13根地址线。 地址空间： A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 最低地址： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 最高地址： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFFH MCS-51单片机寻址范围：64KB 26×210 = 216即16位地址线 地址空间： A15A14A13A12A11A10A9A8A7······A0 单片机
74LS373引脚
1、控制位OE： OE=0时，输出导通 2、控制位G： 接ALE 3、Vcc=+5V 4、GND接地
1 74LS373为8D锁存器，其主要特点在于：
控制端G为高电平时，输出Q0～Q7复现输入D0～ D7的状态；G为下跳沿时D0～D7的状态被锁存在Q0 ～Q7上。
MOV DPTR, #0BFFFH ;指向74LS373口地址
MOVX A, @DPTR ;读入
MOV @R0， A
;送数据缓冲区
INC R0
;修改R0指针
RETI
;返回
用74LS273和74LS244扩展输入输出接口
地址允许信号ALE与外部地址锁存信号G相连；
单片机端的EA与单片机的型号有关;
存储器端的CE与地址信号线有关。
P... 2.7 P2.0
ALE 8031
P... 0.7 P0.0
EA
PSEN
外部地址
G
锁存器
I...7
O... 7
I0 O0
A... 15
CE
A8
外部程序
存储器
A... 7 A0
D7. . . D0 OE
6264的扩展电路图
图中CS（CE2）和CE引脚均为6264的片选信号，由于该扩展电路 中只有一片6264，故可以使它们常有效，即CS（CE2）接+5V ，CE接地。6264的一组地址为0000H～1FFFH。
存储器地址编码
SRAM6264：“64”—— 8K×8b = 8KB 6264有13根地址线。 地址空间： A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 最低地址： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 最高地址： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFFH MCS-51单片机寻址范围：64KB 26×210 = 216即16位地址线 地址空间： A15A14A13A12A11A10A9A8A7······A0 单片机
第6章 MCS-51单片机系统扩展技术
6.3 数据存储器扩展
6.3.1 静态RAM扩展电路
6.3.2 动态RAM扩展电路
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6.3.1 静态RAM扩展电路
常用的静态RAM芯片有6116，6264，62256等，其 管脚配置如图6-13所示。
1．6264静态RAM扩展 额定功耗200mW，典型存取时间200ns，28脚双列直插 式封装。表6-1给出了6264的操作方式，图6-14为6264静 态RAM扩展电路。
图 6 9
A EEPROM
28 17
扩 展 电 路
写入数据
不是指令
查询 中断 延时
2．2864A EEPROM 扩展
2864A有四种工作方式： （1）维持方式 （2）写入方式 （3）读出方式 （4）数据查询方式
图 6 12
28 64
返回本节
A EEPROM
扩 展 电 路
串行E2PROM简介 串行E2PROM占用引线少、接线简单，适用于作为数据存储 器且保存信息量不大的场合。 以AT93C46／56／57／66为例，它是三线串行接口E2PROM， 能提供128×8、256×8、512×8或64×16、128×16、256×16 位，具有高可靠性、能重复擦写100，000次、保存数据100年 不丢失的特点，采用8脚封装。
第6章 MCS-51单片机系统扩展技术
6.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念
6.2 程序存储器扩展技术
6.3 数据存储器扩展 6.4 输入/输出口扩展技术
T0 T1
时钟电路
ROM
RAM
定时计数器
CPU
并行接口 串行接口 中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
08-第五章 MCS-51系统扩展技术(8255)
8255没有专门的状态字，而是当工作于方式1 和方式2时，读取端口C的数据，即得状态字。
计算机与通信工程学院
工作方式
(1) 方式0（基本输入/输出）。
方式0将24条I/O引脚分成4组（PA7—PA0，PB7—PB0， PC7—PC4，PC3—PC0），可提供基本的输入/输出功能 不带联络信号或选通脉冲。 方式0可将数据并行写到（输出）某个端口锁存，外部数据也 可通过某个端口缓冲后并行读入（输入）到CPU。 方式1能分别指定PA，PB作为两个独立的8位并行I/O端口 采用原端口C中的部分引脚作为PA和PB的控制联络信号线
计算机与通信工程学院
⑸、端口地址
共有四个端口，由A1，A0来加以选择
8255中有三个输入输出端口。 8255内部还有一个控制寄存器。
A1，A0和CS，RD,及WR组合所实现的各 种功能见表5-8
计算机与通信工程学院
3、三种工作方式及控制字/状态字
8255有两个控制字和一个状态字。 控制字
计算机与通信工程学院
1、8255的结构
8255由下列几部分组成:
数据端口、控制电路、数据总线、读/写控制逻辑
计算机与通信工程学院
⑴、数据端口A，B，C
有三个输出端口：端口A、端口B、端口C。都是8位， 都可以选择作为输入或输出，但功能上有着不同特点。
1）端口A 一个8位数据输出锁存和缓冲器；一个8位数据输入 锁存器。 2）端口B 一个8位数据输入/输出、锁存/缓冲器，一个8位数 据输入缓冲器。 3）端口C 一个8位数据输出锁存/缓冲器；一个8位数据输入 缓冲器（输入没有锁存）
第5章 MCS-51系统扩展(1)
一、读外部程序存储器时序
一个机器周期
ALE PSEN
送地址
（PC）
从程序存储器中 取出指令
注意：上述时序是在取指令过程中自动产生
二、EPROM介绍
Vpp A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND
2764
Vcc PGM NC A8 A9 A11 OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3
Vpp A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND
27128
Vcc PGM A13 A8 A9 A11 OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3
Vpp A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND
27256
Vcc A14 A13 A8 A9 A11 OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3
锁存器 74LS373
51单片机能提供16条地址线，可扩展64K字节 的RAM。可以用一片芯片，也可以用多片RAM
例5-6：用译码法扩展RAM。采用74LSl39译码器扩 展16kRAM和16kEPROM。
RAM采用6264，EPROM采用2764。要求：
第 一 片 程 序 存 储 器 （ IC0 ） 的 地 址 空 间 为:0000H～1FFFH (Y0)； 第二片程序存储器（1C1）的地址空间 为:2000H～3FFFH (Y1)； 第一片数据存储器（1C2）的地址空间 为:0000H～1FFFH (Y0)； 第二片数据存储器（1C3）的地址空间 为:2000H～3FFFH (Y1)。
展开图
MCS–51 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.0 74LS138 C B A
MCS-51单片机原理及接口技术
3. 以直接地址为目的的传送指令： MOV direct ，#data ; direct ← data MOV direct1,direct2 ; direct1 ←（direct2) MOV direct,A ; direct ←(A) MOV direct ，@Ri ; direct ←((Ri)) MOV direct,Rn ; direct ←（Rn)
•
数据传送和交换类指令主要有以下几种：
1. 2. 3. 4. 5. 6. 内部数据传递指令 数据指针赋值指令 片外数据传送指令 ROM数据访问指令 栈操作指令 数据交换指令
一、内部RAM单元间的数据传递
1. 以累加器为目的的传送指令： MOV A，#data ; A ← data MOV A,direct ; A ←（direct) MOV A,Rn ; A←（Rn) MOV A,@Ri ; A←((Ri))
30H
Eg:MOV 30H,#33H 33H
30H
XX 30H
33H
30HLeabharlann 31HEg:MOV 30H,31H
55H
XX
55H
A
Eg:MOV 30H,A
30H XX
地址
30H 33H
33H
R0
Eg:MOV 30H,@R0 55H
55H
取出
30H 78H 30H
78H
30H XX
R3
Eg:MOV 30H,R3 33H
例：加数存放在内部RAM的41H（高位）和 40H（低位），被加数存放在43H（高位）和42H （低位），将它们相加，和存放在46H~44H中。 程序： CLR C MOV A， 40H ADD A， 42H MOV 44H，A MOV A， 41H ADDC A， 43H MOV 45H，A CLR A ADDC A， #00H MOV 46H，A
单片机IO口扩展技术
单片机IO口扩展技术] 0 引言在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术、高可靠性和高性价比,占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，并成为国内单片机应用领域中的主流机型。
MCS-51单片机的并行口有P0、P1、P2和P3，由于P0口是地址／数据总线口，P2口是高8位地址线，P3口具有第二功能，这样，真正可以作为双向I／O口应用的就只有P1口了。
这在大多数应用中是不够的，因此，大部分MCS-51单片机应用系统设计都不可避免的需要对P0口进行扩展。
由于MCS-51单片机的外部RAM和I／O口是统一编址的，因此，可以把单片机外部64K字节RAM空间的一部分作为扩展外围I／O口的地址空间。
这样，单片机就可以像访问外部RAM存储器单元那样访问外部的P0口接口芯片，以对P0口进行读／写操作。
用于P0口扩展的专用芯片很多。
如8255可编程并行P0口扩展芯片、8155可编程并行P0口扩展芯片等。
本文重点介绍采用具有三态缓冲的74HC244芯片和输出带锁存的74HC377芯片对P0口进行的并行扩展的具体方法。
1 输入接口的扩展MCS-51单片机的数据总线是一种公用总线，不能被独占使用，这就要求接在上面的芯片必须具备“三态”功能，因此扩展输入接口实际上就是要找一个能够用于控制且具备三态输出的芯片。
以便在输入设备被选通时，它能使输入设备的数据线和单片机的数据总线直接接通；而当输入设备没有被选通时，它又能隔离数据源和数据总线(即三态缓冲器为高阻抗状态)。
1.1 74HC2244芯片的功能如果输入的数据可以保持比较长的时间(比如键盘)，简单输入接口扩展通常使用的典型芯片为74HC244，由该芯片可构成三态数据缓冲器。
74HC244芯片的引脚排列如图1所示。
74HC244芯片内部共有两个四位三态缓冲器，使用时可分别以1C和2G作为它们的选通工作信号。
当1 C和2G都为低电平时，输出端Y和输入端A状态相同；当1G和2G都为高电平时，输出呈高阻态。
第五章_MCS-51单片机的系统扩展
8255A的控制字与工作模式
8255A有3种工作方式,即模式0、模式1和模式2,这些工作方式可用软件编程来 指定，其设定格式如图5-21所示，设定指令由单片机根据表5-5所示的地址选择表实 现，其中8255A芯片的三个端口在模式0下被分成两组，在模式1和模式2下PC口为 读写控制信号线，只有PA能工作在模式2下。 此外，PC口还具有位控制功能，可以通过工作方式控制字将其任意一位置“1” 或者清“0”，其控制方式见图5-22所示。
图5-21 8255A方式控制字设置
图5-22 PC口位操作控制字
（1）方式0(基本输入/输出方式) 这种工作方式不需要任何选通信号，A口、B口及C口的高4位和低4位都 可以设定为输入或输出。作为输出口时，输出的数据均被锁存；作为输入口 时，A口的数据能锁存，B口与C口的数据不能锁存。例如，欲设定PA口和PC 口高四位工作在模式0输出以及PB口和PC口低四位工作在模式0输入方式的指 令为： MOV DPTR，#8003H ；控制字的地址为8003H MOV A，#83H ；工作方式控制字为83H MOVX @DPTR，A ；设定工作方式控制字 在这种模式下，单片机可以对8255A的数据端口进行无条件读写，8255A 三个I/O端口数据可得到锁存和缓冲。因此，8255A的模式0属于基本输入输出 模式。
（2）方式1(选通输入/输出方式) 在这种工作方式下，A口可由编程设定为输入口或输出口，C口的3位用来作 为A口输入/输出操作的控制和同步信号；B口同样可由编程设定为输入口或输出口， C口的另3位用来作为B口输入/输出操作的控制和同步信号。在方式1下A口和B口的 输入数据或输出数据都能被锁存。C口的6条线作为控制和状态信号线，其定义如 表5-6所示。
图5-18 利用74LS164扩展并行输出口
MCS-51系列单片机一
START :
MOV R0, #40H
; CPU片内RAM 40H单元地址指针送R0
MOV DPTR, #7E00H ; 数据指针指向8155内部RAM单元
LP: MOV A, @R0
; 数据送累加器A
MOVX @DPTR, A ; 数据从累加器A送8155内部RAM单元
INC DPTR INC R0
的 方 式 字 为 82H （ 10000010B ） ， C 口 置 位 / 复 位 字 为 0FH （ 00001111B ） ， 8255A的方式字及置位/复位控制字地址为7FFFH。
程序如下：
ORG 0000H LJMP START ORG 0030H
DSP8255: MOV DPTR, #7FFFH ; 数据指针指向8255A控制口
MOV DPTR, #7FFCH ; 数据指针指向8255A 的A口
MOV A, 70H
MOVX @DPTR, A ; 70H单元内容A口指示灯显示
SJMP $
END
8255A采用方式0,由PC0模拟产生STB信号。因PC7输入,PC0 输出,则方式选择命令字为 :10001110B=8EH。 自内部RAM
MOV A, #82H
MOVX @DPTR, A ; 工作方式字送8255A控制口
MOV A, #0FH
MOVX @DPTR, A ; C口置位/复位字送8255A控制口
MOV DPTR, #7FFDH ; 数据指针指向8255A 的B口
MOVX A, @DPTR
MOV 60H, A
; 将B口开关状态送入60H单元
[例题] 在上页图中，将单片机片内RAM 40H～4FH单元的内容，
送8155芯片内的00H～0FH单元，并设定8155芯片的工作方式为：
MCS-51单片机原理及接口技术
2 5 6 9 12 15 16 19
19 18 9 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8
1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q
MCS-51
A 1 3 2 74LS32
RD WR PSEN ALE/P TXD RXD
74LS273引脚封装图 引脚封装图
MCS-51与74LS273的接口电路图 与 的接口电路图
ห้องสมุดไป่ตู้
4.3.1简单I/O接口芯片的扩展 4.3.1简单I/O接口芯片的扩展 简单I/O
简单的I/O口扩展通常是采用 电路锁存器、 简单的 口扩展通常是采用TTL或CMOS电路锁存器、三 口扩展通常是采用 或 电路锁存器 态门等作为扩展芯片（ 态门等作为扩展芯片（74LS244、74LS245、74LS273、 、 、 、 74LS373、 74LS377等 ） ， 通过P0口来实现扩展的一种 、 等 通过 口来实现扩展的一种 方案。它具有电路简单、成本低、配置灵活的特点。 方案。它具有电路简单、成本低、配置灵活的特点。 简单的I/O口扩展主要包括： 简单的 口扩展主要包括： 口扩展主要包括 缓冲器扩展输入口（三态门： 缓冲器扩展输入口（三态门： 74LS244、74LS245等） 、 等 锁存器扩展输出口（锁存器： 锁存器扩展输出口（锁存器： 74LS273、74LS373、 、 、 74LS377等） 等
4.3 输入 输出接口扩展 输入/输出接口扩展
• MCS-51系列单片机内部有4个双向的8位并行I/O端 MCS-51系列单片机内部有4个双向的8位并行I/O端 系列单片机内部有 I/O P0、P1、P2和P3口 口：P0、P1、P2和P3口。 • 在实际的应用系统中，P0口分时地作为低8位地址 在实际的应用系统中，P0口分时地作为低 口分时地作为低8 线和数据线，P2口作为高 位地址线。这时，P0口 口作为高8 线和数据线，P2口作为高8位地址线。这时，P0口 和部分或全部的P2口无法再作通用I/O P2口无法再作通用I/O口 和部分或全部的P2口无法再作通用I/O口。 • P3口的一些口线首先要满足第二功能的要求。这 P3口的一些口线首先要满足第二功能的要求 口的一些口线首先要满足第二功能的要求。 时就需要进行单片机I/O口的扩展。 I/O口的扩展 时就需要进行单片机I/O口的扩展。 常用的I/O扩展有以下两种形式： I/O扩展有以下两种形式 常用的I/O扩展有以下两种形式： 简单I/O I/O接口芯片的扩展 简单I/O接口芯片的扩展 可编程I/O接口电路的扩展 可编程I/O接口电路的扩展 I/O
第六章MCS-51单片机存储器的扩展
这些SRAM的引脚功能描述如下： A0~An：地址输入线;对6116，n=10;对6264,n=12;其他的类推。 D0~D7：双向数据线； CE：是片选输入线，低电平有效；6264的CS1为高电平，且CE为 低电平时才选中该芯片。 WE：写允许信号输入线，低电平有效； OE：读选通信号输入线，低电平有效； VCC：工作电源+5V。 GND：电源地。
程 序 存 储 器 E P R O M 的 扩 展
CPU读取的指令有两种情况：一是不访问数据存储器的指令； 二是访问数据存储器的指令。因此，外部程序存储器就有两种操 作时序。
外部程序存储器的操作时序
程 序 存 储 器 E P R O M 的 扩 展
外部程序存储器的操作时序
程 序 存 储 器 E P R O M 的 扩 展
程 序 存 储 器 E P R O M 的 扩 展
3.扩展多片EPROM的扩展电路 与单片EPROM扩展电路相比，多片EPROM的扩展除片选线CE外， 其它均与单片扩展电路相同。图中给出了利用27128扩展64k字节 EPROM程序存储器的方法。片选信号由译码选通法产生。
程 序 存 储 器 E P R O M 的 扩 展
所谓总线，就是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。 按其功能通常把系统总线分为三组：即地址总线、数据总线和控 制总线。
1. 地址总线（Address Bus） 地址总线用于传送单片机送出的地址信号，以便进行存储单 元和I/O端口的选择。地址总线的数目决定着可直接访问的存储 单元的数目。例如n位地址，可产生2n 个连续地址编码，因此可 访问2n个存储单元，即通常所说的寻址范围为2n地址单元。MCS51单片机存储器扩展最多可达64kB，即216地址单元，因此，最多 可需16位地址线。这16根地址线是由P0口和P2口构建的，其中P0
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许有多个单元
接收总线上的
数据,只要相应
的接收门打开就可以了。
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8.1 最小应用系统与总线扩展 4
MCS-51三总线扩展电路示例如图8.3,此图是图8.2中的 地址锁存器采用74LS373而来,只是若采用8031则 EA 引脚要接地,若采用8051则 EA 引脚要接高电平。整个 扩展系统以单片机为核心,各外围部件挂靠在三总线上 构成了较大规模的应用系统。
但实际扩展的存储器容量不同,高位地址并不固定为8
位,而是据需要从P2口中引出。
（2）数据总线DB
数据总线是双向的,传送的是CPU与存储单元或I/O之间
的数据。在 PSEN 、RD 或WR 信号有效时,将P0口的8位 数据D0～D7通过数据总线来传送。CPU通过地址总线
选中相应的数据单元后,就可以通过数据总线收发选中
第8章 MCS-51系统扩展与接口
本章导读
–本章首先介绍MCS-51单片机最小应用系统与总 线扩展，通过总线挂靠的方法，介绍了片外程序 存储器和数据存储器扩展，包括大容量存储器扩 展技术；并行I/O口的扩展，包括8255A可编程接 口芯片的扩展技术。本章还介绍了单片机系统各 种可编程接口技术，显示器及键盘接口，A/D转换 与D/A转换接口，以及接口的初始化编程和程序设 计。
由于只访问片内程序存储
器, EA 引脚要接高电平。 P0～P3都可用作通用I/O。
（2）8031最小应用系统
除了外加振荡和复位电路外,必须扩展片外程序存储器,
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8.1 最小应用系统与总线扩展 2
如图8.2： EA 引脚要接地,以访问片外程序存储器。 P0作为复用的地址/数据总线,需要有两个“信号灯”来 告诉CPU在P0口线上的是地址还是数据？ 地址锁存允许信号ALE连接到片外程序存储器的地址 锁存控制端,以锁存P0口送出的低8位地址。高8位地址 由P2提供。 外部程序存储器选通信号 PSEN 连接到程序存储器的 输出允许端,以控制程序存储器在单片机取指时将指令 代码送上P0口。用户可使用的I/O口线只有P1和P3。 图8.1与8.2的晶体振荡器电路中,电容取值为（30±10） pF04,.0晶3.20振21 频率常用6～12MH整z理,复ppt 位电路中电容C3及电阻3
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8.2 存储器的扩展 8.2.1 程序存储器的扩展 1 1．程序存储器EPROM引脚的三总线结构
EPROM 2764～27512的引脚如图8.5 , 其引脚呈三总线 结构,可以方便地与图8.3 MCS-51三总线扩展电路匹配 而直接连接。将要介绍的EEPROM和SRAM芯片引脚 也是呈三总线结构,以27512为例来说明芯片引脚的三 总线结构如表8.1所示,其中VPP为芯片编程电源输入线。 芯片存储容量M由地址数N决定:
图8.4（a）, G为允许数据输入端,当G为高电平时,锁存
器输出端Q0～Q7状态与输入D0～D7状态相同（透
明）;当G由高电平变为低电平时（下降沿）,输入端的
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8.1 最小应用系统与总线扩展 7
数据就被锁存在锁存器中,输入端数据变化不再影响Q 端输出。当三态门的输出允许端 OE 为低电平时,三态 门处于导通状态,允许Q端输出;当 OE 为高电平时,三态 门处于高阻隔离状态,不允许Q端输出。根据74LS373 的特性,把作为P0口地址锁存器的连接如图8.4（b）。 若采用74LS273, 因其CLK端是上升沿锁存, 所以ALE 端输出锁存控制信号必须加一个反相器,如图8.4（c）。
M = 2N 从图8.5可以得到2764～27512地址数为13～16个,所以 各芯片的存储容量分别为: 8KB～64KB。
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8.2.1 程序存储器的扩展 2
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8.2.1 程序存储器的扩展 2
2．片外存储器的扩展方法 EPROM的扩展可按存储器扩展方法进行,将三总线结 构的存储器芯片引脚一一对应地与图8.3 所示MCS-51 三总线匹配连接。其中, （1）存储器芯片的所有地址线一一对应地与单片机的 地址总线同名相连,用于对存储器芯片片内单元的寻址。 （2）单片机剩余的高位地址线作为地址译码,控制存 储器芯片的片选端,用于芯片的选择。如果采用单片机 的每条剩余地址线直接与存储器芯片的片选端相连,称
的数据单元数据。
（3）控制总线CB
MCS-51控制总线传送的是CPU与存储单元或I/O之间
的各种控制信号,有的是CPU到存储器或I/O的控制信号,
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如读、写信号,有的是存储器或I/O发给CPU的,如中断
请求输入、计数脉冲输入等。对具体的一条信号线来
说,其传送方向是单向的。与总线扩展有关信号说明:
①ALE为地址锁存选通信号,用以对低8位地址的锁存;
② PSEN 为片外程序存储器的读选通信号,用以取指;
③ RD 为片外数据存储器和I/O口的读选通信号;
④ WR 为片外数据存储器和I/O口的写选通信号。 （4）地址锁存器
74LS373是带三态缓冲输出的8D锁存器,其结构示意如
8.1 最小应用系统与总线扩展 3
R1的取值在晶振频率为12MHz时,为10μF及8.2kΩ,在晶 振频率为6MHz时,为22μF及1kΩ,R2可取300Ω左右。 2．单片机总线扩展与地址锁存器
总线是指信息传送的公共流通线。总线具有“串行发
送,并行接收”的特
点,每次只能有
一个数据在总
线上发送,但允
（1）地址总线AB 地址总线是单向的,传送的是 CPU给存储单元或I/O的地址 在ALE信号有效时将P0口的 低8位地址A0～A7通过地址 锁存器输出,而高8位地址 A8～A15则由P2口输出,构成
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8.1 最小应用系统与总线扩展 5
Байду номын сангаас
16位的地址总线。寻址范围为64KB,即0000H～FFFFH。
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1.1 单片机概述
8.1 最小应用系统与总线扩展 1
单片机最小系统是指在尽可能少的外部电路条件下,组
成的一个可以独立工作的单片机系统,也称为单片机基
本系统。
1．单片机最小应用系统
（1）8051/8751最小应用系统
只要外加振荡和复位电路即
构成了最小应用系统,如图8.1。