05 第五章 单片机的最小系统与外部扩展.pptx

第1页：最小系统与外部扩展

五.单片机的最小系统与外部扩展5.1最小系统5.2单片机外部扩展5.3简单I/O扩展

第2页：5.1 单片机最小系统

5.1单片机最小系统概念

所谓单片机的最小系统，就是指在尽可能少的外部电路的条件下，形成一个可以独立工作的单片机系统。如8051在加上相应的复位和振荡电路后就构成了一个最小系统，而对于8031还需要扩展外部程序存储器才能构成最小系统。

第3页：5.1 单片机最小系统

5.1单片机最小系统

第4页：5.1.1 时钟电路

5.1.1时钟电路内部振荡方式外部振荡方式电容C01,C02起稳定振荡频率，快速起振的作用，一般为20~100pF。这种方式所得的时钟信号稳定，实用较多。把外部已有的时钟信号引入单片机，适用来使单片机的时钟与外部信号同步。

第5页：5.1.2 复位电路

5.1.2复位电路单片机RST引脚出现5ms以上的高电平，单片机就完成复位操作。经验值C1=10~30uFR1=1kΩ经验值C2=1~3uFR2=1kΩ经验值C3=1uFR3=10kΩR4=1kΩ

第6页：复位后21个SFR的初始状态表

单片机完成复位后进入初始化过程，其中PC=0000H，复位不改变片内RAM中的内容，21个SFR复位后的状态如下。

注：原课件为三列排版被线性化提取，此处按“寄存器—初始状态”对应关系整理还原，请对照原图核对。

第7页：5.1.3 引脚与片外总线

5.1.3引脚及片外总线结构51系列单片机的引脚有两种：40脚(8031/51/32/52)和20脚(89C2051/1051)。

第8页：5.1.3 引脚与片外总线（引脚说明）

5.1.3引脚及片外总线结构接外部晶体的引脚，当单片机采用外部时钟信号时，XTAL1接地，XTAL2接外部时钟信号复位引脚，Vcc掉电后，此引脚可接备用电源，在低功耗条件下保持内部RAM的数据程序存储器允许，输出外部程序存储器的选通信号，取指令期间，PSEN的频率为振荡周期的1/6，但如果此期间如果有访问外部数据存储器的操作，则有一个及其周期内的PSEN不出现。

第9页：5.1.3 引脚与片外总线

• 5.1.3引脚及片外总线结构
• 地址所存允许，当单片机访问外部存储器时，该引脚用来锁存P0的低8位地址。ALE的频率为时钟振荡频率的1/6②对8751片内EPROM编程时，编程脉冲由此输入
• EA=0，单片机只访问外部的程序存储器，8031此脚必须接地，EA=1时，单片机访问内部程序存储器，对8051此脚应接高电平，若地址超过4K，单片机自动访问外部程序存储器②对8751片内EPROM编程时，此脚引入21V编程电压P1.0~P1.7：P1静态通用端口。

第10页：5.1.3 引脚与片外总线（端口特性）

5.1.3引脚及片外总线结构P0.0~P0.7：P1静态通用端口P2.0~P2.7：P2动态端口P3.0~P3.7：P3双功能静态端口

第11页：5.1.3 引脚与片外总线

• 5.1.3引脚及片外总线结构单片机的引脚除了电源，复位，时钟输入、用户I/O外，其余管脚是为实现系统扩展而设置的。这些引脚构成MCS-51单片机片外三总线结构，即：
• 地址总线(AB)：地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64K字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供低8位地址(A0至A7）；P2口直接提供高8位地址(A8至A15)。②数据总线(DB)：数据总线宽度为8位，由P0提供。③控制总线(CB)：由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。

第12页：5.1.3 引脚与片外总线（控制总线）

5.1.3引脚及片外总线结构控制总线(CB)地址总线(AB)数据总线(DB)

第13页：5.2 单片机外部扩展

• 5.2单片机外部扩展1.系统的扩展一般有以下几方面的内容：
• 外部程序存储器的扩展。②外部数据存储器的扩展。③输入/输出接口的扩展。④管理功能器件的扩展(如定时器/计数器、键盘/显示器、中断优先级编码器等)。

第14页：5.2 单片机外部扩展（扩展内容与方法）

5.2单片机外部扩展2.系统扩展的基本方法：一般来讲，所有与计算机扩展连接芯片的外部引脚线都可以归属为三总线结构。扩展连接的一般方法实际上是三总线对接。要保证单片机和扩展芯片协调一致地工作，即要共同满足其工作时序。

第15页：5.2.1 地址总线连接

• 5.2.1芯片与地址总线的连接1.编址方式
• 独立编址----存储器和I/O端口在两个独立的地址空间中(1)优点：I/O端口的地址码较短，译码电路简单，存储器同I/O端口的操作指令不同，程序比较清晰；存储器和I/O端口的控制结构相互独立，可以分别设计(2)缺点：需要有专用的I/O指令，程序设计的灵活性较差

第16页：5.2.1 地址总线连接（统一编址）

• 5.2.1芯片与地址总线的连接1.编址方式
• 统一编址----存储器和I/O端口共用统一的地址空间，当一个地址空间分配给I/O端口以后，存储器就不能再占有这一部分的地址空间(1)优点：不需要专用的I/O指令，任何对存储器数据进行操作的指令都可用于I/O端口的数据操作，程序设计比较灵活；由于I/O端口的地址空间是内存空间的一部分，这样，I/O端口的地址空间可大可小，从而使外设的数量几乎不受限制(2)缺点：I/O端口占用了内存空间的一部分，影响了系统的内存容量；访问I/O端口也要同访问内存一样，由于内存地址较长，导致执行时间增加

第17页：5.2.1 地址总线连接

• 5.2.1芯片与地址总线的连接1.编址方式
• MCS-51单片机总线宽度(16位)，在片外可扩展的存储器最大容量为64 KB，地址为0000H~FFFFH。
• 因为MCS-51单片机对片外程序存储器和数据存储器的操作使用不同的指令和控制信号，所以允许两者的地址空间重叠，故片外可扩展的程序存储器与数据存储器分别为64 KB。
• 为了配置外围设备而需要扩展的I/O口与片外数据存储器统一编址，即占据相同的地址空间。因此，片外数据存储器连同I/O口一起总的扩展容量是64 KB。

第18页：5.2.1 地址总线连接（地址线）

5.2.1芯片与地址总线的连接2.芯片地址线与地址总线连接存储器或者I/O芯片的地址线：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：Q=2N。存储器芯片的地址线与单片机的地址总线(A0~A15)按由低位到高位的顺序顺次相接。

第19页：5.2.1 地址总线连接

5.2.1芯片与地址总线的连接3.芯片的片选线与地址总线连接一般来说，存储器芯片的地址线数目总是少于单片机地址总线的数目，如此相接后，单片机的高位地址线总有剩余。剩余地址线一般作为译码线，译码输出与存储器芯片的片选信号线相接。存储器芯片有一根或几根片选信号线。对存储器芯片访问时，片选信号必须有效，即选中存储器芯片。片选信号线与单片机系统的译码输出相接后，就决定了存储器芯片的地址范围。因此，单片机的剩余高位地址线的译码及译码输出与存储器芯片的片选信号线的连接，是存储器扩展连接的关键问题。

第20页：5.2.1 地址总线连接（片选线）

5.2.1芯片与地址总线的连接3.芯片的片选线与地址总线连接存储器芯片的选择有两种方法:线选法和译码法。1.线选法所谓线选法,就是直接以系统的地址线作为存储器芯片的片选信号,为此只需把用到的地址线与存储器芯片的片选端直接相连即可。2.译码法所谓译码法就是使用地址译码器对系统的片外地址进行译码,以其译码输出作为存储器芯片的片选信号。

第21页：5.2.1 地址总线连接

5.2.1芯片与地址总线的连接例

用译码法扩展64K*8外部数据存储器，若用8K*8的存储芯片，共需多少片？共需多少根地址线？其中几根做字选线？几根做片选线？试用74LS138画出译码电路，并标出其输出线的选址范围。若改用线选法能够扩展多大空间的存储器？试写出各线选线的选址范围。共需8片8K*8的存储芯片，共需16根地址线，其中13根做字选线，3根做片选线。

第22页：5.2.2 数据总线连接

5.2.2芯片与数据总线的连接直接将存储器或者I/O接口芯片的数据线(8位)连接单片机的8位数据总线即可。

第23页：5.2.3 控制总线连接

5.2.3芯片与控制总线的连接执行MOVX指令访问外部数据存储器和I/O的时序

第24页：5.3 简单I/O扩展

5.3扩展简单I/O接口在MCS-51单片机应用系统中，采用锁存器、三态门芯片，通过P0口可以扩展各种类型的简单I/O口。P0口是系统的数据总线口，通过P0口扩展I/O口时，P0口只能分时使用，故输出时接口应有锁存功能；输入时，视数据是常态还是暂态的不同，接口应能三态缓冲，或锁存选通。不论是锁存器，还是三态门芯片，都只具有数据线和锁存允许及输出允许控制线，而无地址线和片选信号线。而扩展一个I/O口，相当于一个片外存储单元。CPU对I/O口的访问，要以确定的地址，用MOVX指令来进行。

第25页：5.3 简单I/O扩展

5.3扩展简单I/O接口1．用锁存器扩展输出口

第26页：5.3 用锁存器扩展输出口

5.3扩展简单I/O接口在图中WR与P2.7通过一个负逻辑的与非门，输出信号作为写(输出)控制端。如此连接的输出口地址是P2.7=0的任何16位地址。7FFFH可作为该口地址。对该口的输出操作如下： MOV DPTR, #7FFFH ;使DPTR指向74LS273输出口 MOV A, #data ;输出的数据要通过累加器A传送 MOVX @DPTR, A ;向74LS273扩展口输出数据

第27页：5.3 简单I/O扩展

5.3扩展简单I/O接口2．用三态门扩展输入口

第28页：5.3 用三态门扩展输入口

5.3扩展简单I/O接口在图中RD与P2.6通过一个负逻辑的与非门，输出信号作为读(输入)控制端。如此连接的输出口地址是P2.6=0的任何16位地址。BFFFH可作为该口地址。对该口的输出操作如下：MOV DPTR,#BFFFH;使DPTR指向74LS244输入口MOVX A, @DPTR;输入的数据读入到累加器A传送

第29页：5.3 简单I/O扩展

5.3扩展简单I/O接口3．用锁存器扩展输入口

第30页：5.3 简单I/O扩展（程序示例）

5.3扩展简单I/O接口中断系统初始化程序：PINT: SETB IT0;外部中断0选择为下降沿触发方式 SETB EA;开系统中断 MOV R0, #50H;R0作地址指针，指向数据区首址 SETB EX0;外部中断0中断允许中断服务程序： ORG 0003HPINT0: AJMP INT0INT0: MOV DPTR, #0BFFFH;使DPTR指向74LS373扩展输入口 MOVX A, @DPTR;从74LS373扩展输入口输入数据 MOV @R0, A;输入数据送数据区 INC R0RETI

第31页：5.3 简单I/O扩展

5.3扩展简单I/O接口4．应用举例

第32页：5.3 简单I/O扩展

5.3扩展简单I/O接口5．光耦光电耦合器件是由发光二极管与受光源（如光敏三极管或光敏晶闸管等）封装在一起，组成电—光—电转换器件。作用：多系统电源隔离，抗干扰。典型应用：I/O驱动等。

第33页：课程结束致谢页

本章内容到此结束，前面各页依次讲解最小系统构成、外部扩展方法与简单I/O接口扩展。