【正文】 圖 33(B) 按鍵復(fù)位電路 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 D0D1D2D3D4D5D6D7/ O ELEQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7347813141718111269121516197 4 L S 3 7 35 AT89C51 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展 AT89C51 擴(kuò)展的三總線 由于受引腳個(gè)數(shù)的限制， AT89C51 單片機(jī)需要擴(kuò)展時(shí)，為便于與各種芯片相連接，應(yīng)將其外部連線變?yōu)榕c一般 CPU 類似的三總線結(jié)構(gòu)形式， 即地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線。 1．地址總線（ AB） 地址總線用來(lái)傳送存儲(chǔ)單元或外部設(shè)備的地址。 AT89C51 單片機(jī)由 P0 口提供 8位地址線。由于 P0口同時(shí)又做數(shù)據(jù)口，地址數(shù)據(jù)是分時(shí)復(fù)用，所以低 8 位地址必須用鎖存器鎖存。也就是在 P0口加一個(gè)鎖存器，鎖存器的輸出就是低 8 位 地址。鎖存錢所存控制信號(hào)就是單片機(jī) ALE 控制信號(hào)提供的，當(dāng) ALE 下降沿時(shí)將低 8位地址鎖存。 地址總線高 8位由 P2 口直接輸出。 P0、 P2口在作為地址總線使用時(shí)就不能再用作一般的 I/O口，這在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)一定要注意。地址總線的寬度是 16 位，尋址范圍是 216=64KB，地址范圍是0000H～ FFFFH。 2．?dāng)?shù)據(jù)總線 (DB) 數(shù)據(jù)總線用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和指令碼， AT89C51 由 P0 口提供數(shù)據(jù)線，其寬度為 8 位，該口為三態(tài)雙向口。單片機(jī)與外部交換數(shù)據(jù)、指令、信息幾乎都是由 P0口傳 送。 3．控制總線 (CB) 控制線用于傳送各種控制信息。 AT89C51 用于系統(tǒng)擴(kuò)展的控制線有 /WR、 /RD、 /PSEN、 ALE、 EA。/RD、 /WR 信號(hào)用于擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫控制。當(dāng)使用 MOVX 類指令對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生 /RD、 /WR 信號(hào)。 /PSEN 用于擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器的讀控制。讀取片外程序存儲(chǔ)器時(shí)單片及不產(chǎn)生 /RD 信號(hào)。 ALE 的下降沿使 P0 口輸出的地址鎖存。 /EA 用于選擇片內(nèi)或片外程序存儲(chǔ)器。/EA=0 時(shí)，不論是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，只訪問外部程序存儲(chǔ)器， /EA=1 時(shí)，系統(tǒng)從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始執(zhí)行程序。 片外 EPROM 的擴(kuò)展 AT89C51 單片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合， AT89C51的最小系統(tǒng)就能滿足功能要求，但在許多情況下，構(gòu)成一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)，最小系統(tǒng)常常不能滿足要求，因此系統(tǒng)擴(kuò)展是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最常見的問題。對(duì)于片內(nèi)無(wú) ROM 的 AT89C51 單片機(jī)來(lái)說程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展是不可缺少的工作。 片外 EPROM 擴(kuò)展時(shí)，必須要有低 8 位地址鎖存器，一般采用 74LS373，管腳圖如圖 34。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 34 74LS373管腳圖 D0D7：數(shù)據(jù)輸入 Q0Q7：數(shù)據(jù)輸出 /OE： 三態(tài)輸出允許，低電平有效 LE： 數(shù)據(jù)鎖存 片外 EPROM 的擴(kuò)展方法：紫外線擦除電可編程的只讀存儲(chǔ)器可作為 AT89C51 的外部程序存儲(chǔ)器，典型產(chǎn)品有 2716(2K*8)， 2732(4K*8)， 2764(8K*8)和 27256(32K*8)等，這些電路片的玻璃窗口在紫外線光下照射 20分鐘左右，存儲(chǔ)器的各位信息全變成 1，通過相應(yīng)的編程器將工作程序固化到這個(gè)芯片中，便可作為 AT89C51 的外部程序存儲(chǔ)器使用。 如圖 35為一片 27256 的片外 EPROM 擴(kuò)展電路 ，由于常用的 EPROM 芯片是 271 273 27627256 等，因此在只擴(kuò)展一片 EPROM 的情形下，所擴(kuò)展的片外程序存儲(chǔ)器的容量將依次達(dá)到 2KB、4KB、 8KB、 16KB、 32KB 和 64KB，圖 35 中因?yàn)橛昧?27256 所以 P2 口全部使用才能傳送高 8 位地址。 鎖存器 74LS373 的引腳 11(G 端 )是使能端，當(dāng) G=1 時(shí)，鎖存器的狀態(tài)隨數(shù)據(jù)端的狀態(tài)變化而改變，即鎖存器內(nèi)容可更新；當(dāng) G 由 1 變 0 時(shí)，低 8 位地址被鎖存起來(lái)。 G與單片機(jī) ALE 端相連。/0E 端 (引腳 1)是輸出使能端， /0E=O 時(shí)，選通 74LS373 的輸出緩沖器，使鎖儲(chǔ)器的內(nèi)容送到輸出端。 /OE 端始終接地，以保證三態(tài)緩沖器暢通。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 P 2. 7P 2. 6P 2. 5P 2. 4P 2. 3P 2. 2P 2. 1P 0. 7P 0. 6P 0. 5P 0. 4P 0. 3P 0. 2P 0. 1P 0. 0A L E/ E A/ P S E NA T 89 C 51A 15A 14A 13A 12A 11A 10A9A8A7A6A4A5A3A2A1A0D6D5D3D4D2D1D0D7/ O ED7D6D5D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0G /OEV C CV C CP 2. 027256+ 5V GNDV C C / C EGND74 L S 3 73 圖 35 片外 EPROM擴(kuò)展電路 片外 RAM的擴(kuò)展 雖然 AT89C51 對(duì)內(nèi)部 RAM 具有豐富的操作指令，用戶可以合理分配，充分利用片內(nèi)的 RAM 存儲(chǔ)器，但在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理的 AT89C5l 應(yīng)用系統(tǒng)中，僅提供片內(nèi)的存儲(chǔ)資源往往是不夠的，所以要利用 AT89C5l 的擴(kuò)展功能外接 RAM 作為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展性能： 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器地址重 疊編號(hào) (0000H— FFFFH)，使用不同的控制信號(hào)和指令，但它與 I/O 及外圍設(shè)備實(shí)行統(tǒng)一編址，任何擴(kuò)展的 I/O 口以及外圍設(shè)備場(chǎng)占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址。 由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器地址完全重疊，故兩者的數(shù)據(jù)總線和地址總線可 完全并聯(lián)使用。但數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只使用 /WR、 /RD 控制線而不用 /PSEN。 片外 RAM 的操作時(shí)序： 在單片機(jī)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出高 8 位地址。 P0口輸出低 8 位地址，有 ALE 的下降沿鎖存在外部地址鎖存器中，如果接片外 RAM操作則 P0 口變?yōu)檩斎敕绞?，在讀信號(hào)有效選通外部 RAM 電路，片外 RAM 中相應(yīng)單元的內(nèi)容出現(xiàn)在 P0口上，由 CPU 讀入累加器中，如接 的 是寫片外RAM 操作，則 P0 口變?yōu)閿?shù)據(jù)輸出方式。在寫信號(hào)有效時(shí)將 P0 口上出現(xiàn)累加器 A中的數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的片外 RAM 單元中。 AT89C51 通過 16 位地址線能分別對(duì)外部 64K 程序存儲(chǔ)器或 64K 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存址，這是因?yàn)槌涕L(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 A T 8 9 C 5 17 4 L S 3 7 3D C M 0 0 6 4P 2 . 0 P 2 . 4P 0 . 0 P 0 . 7WRRDD 0 D 7 Q 0 Q 7 A 0 A 7A 8 A 1 2D 0 . 0 D 0 . 7ALE/CE/WEG/OEV C C/ R D/ W RP 2 .1P 2 .0P 0 .0P 0 .7A L ER S TA T 8 9 C 5 1 8 1 5 5/ R D/ W R/ C SI O / MA D 0A D 7A L ER E S E TP A 0 P A 7P B 0 P B 7P C 0 P C 5序存儲(chǔ)器用 AT89C51 的 /PSEN 信號(hào)選通，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則是用 /RD、 /WR選通。 圖 36 即是片外擴(kuò)展 RAM 的電路圖。 圖 36 片外擴(kuò)展 RAM的電路圖 本系統(tǒng)采 用 NVSRAM DCM0064 作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)擴(kuò)展。 NVSRAM DCM0064 是 的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，采用 CMOS 工藝制作。由單一的 +5V 電源供電，額定功率 200W，典型時(shí)間為 200ms， A0～ A13位片內(nèi) 13 位地址線， ICO～ IC7 為 8位數(shù)據(jù)線，兩個(gè)片選端 /CE/CE2。 I/O 口擴(kuò)展 AT89C51 單片機(jī)共有四個(gè) 8位并行 I/O口，但有時(shí)這些 I/O 口不能完全提供給用戶。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往供用戶使用的 I/O 口是不夠的，因此常常需要進(jìn)行 I/O口的擴(kuò)展。 如圖 37，為 AT89C5 與 8155 連接電路圖。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 37 89C51與 8155連接圖 單片機(jī)擴(kuò)展的 I/O 口有兩種基本類型，即簡(jiǎn)單 I/O 口擴(kuò)展和可編程 I/O 口的擴(kuò)展。前者功能單一，多用于簡(jiǎn)單外設(shè)的輸入輸出；后者功能豐富，有的擴(kuò)展芯片內(nèi)部還有定時(shí)器、 RAM 等，應(yīng)用范圍廣，但接口芯片相對(duì)價(jià)格昂貴。 只要根據(jù)“輸入三態(tài)，輸出鎖存”的原則，選擇 74系列的 TTL 電路或 MOS 電路就能組成簡(jiǎn)單的擴(kuò)展電路，如 74LS24 74LS27 74LS37 74LS377 等芯片都能組成輸入、輸出接口。 對(duì)于 AT89C51 單片機(jī)，外部 I/O 接口和外部 RAM 是統(tǒng)一編址的，也就是說它們共用 64k 存儲(chǔ)空間。每個(gè)擴(kuò)展 I/O 接口相當(dāng)于一個(gè)擴(kuò)展的外部單元，因此，訪問外部接口就如同訪問 RAM 一樣，用的都是 MOVX 指令， MOVX 指令產(chǎn)生的 /RD、 /WR 信號(hào)可以對(duì) I/O 口進(jìn)行讀寫。 在單片機(jī)接口中，經(jīng)常使用一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的接口芯片，以完成各種復(fù)雜的操作， 這類芯片一般具有多種功能。在使用前，必須由 CPU 對(duì)其編程初始化，以設(shè)定工作方式，然后才能使芯片按設(shè)定的方式進(jìn)行操作，這類芯片也稱為可編程接口芯片。 可編程接口芯片根據(jù) 功能的差異種類也很多，常用的可編程接口芯片由并行接口 815 8255，串行通信接口 8251，定時(shí) /計(jì)算器 8253 等。 芯片簡(jiǎn)介 Intel 8155 芯片內(nèi)包含有 256 字節(jié) RAM， 2 個(gè) 可編程的 8 位 并行接口 PA、 PB,1 個(gè) 可編程的 6位并行 接 口 PC 和 1個(gè) 14 位定時(shí) 計(jì)數(shù)器。 8155 可直接與 MCS51 單片機(jī)連接不需要增加任何硬件邏輯。由于 8155 既有 RAM 又具有 I/0 口，因而是 MCS51 單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的外圍接口，芯片之一。 8155 共有 40 個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝。各引腳功能如 下： AD7～ ADO：地址數(shù)據(jù)總路線。單片機(jī)和 8155 之間的地址、數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)信息都是通過它傳送的。 /CE：片選信號(hào)線，低電平有效。 /RD：存儲(chǔ)器讀信號(hào)線，低電平有效。 /WR：存儲(chǔ)器寫信號(hào)線，低電平有效。 ALE：地址及片選信號(hào)鎖存線，高電平有效，其后沿將地址及片選信號(hào)鎖存到器件中。 /M： I/0 接口與存儲(chǔ)器選擇依賴線，高電平表示選擇 I/0 接口，低電平選擇存儲(chǔ)器。 PA7～ PAO： A口輸入 /輸出線。 PB7～ PBO： B口輸入 /輸出線 。 PC5～ PCO： C口輸入 /輸出或控制信號(hào)線。用作控制信號(hào)線時(shí)，其功能如下： PCO： A INTR(A 口中斷信號(hào)線 )。 PC1： A BF(A 口緩沖器滿信號(hào)線 )。 PC2： A STB(A 口選通線 )。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 PC3： B INTR(B 口中斷信號(hào)線 )。 PC4： B BF(B 口緩沖器滿信號(hào)線 )。 PC5： B STB(B 口選通線 )。 TIMER IN：定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器輸入端。 /TIMER OUT：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器輸出端。 RESET：復(fù)位信號(hào)線。 VCC： +5V 電源。 VSS：地。 ： 在 8155 的邏輯部件中，設(shè)置有一個(gè)控制命令寄存器和一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志寄存器。 8155 的工作方式由 CPU 寫入控制命令寄存器中的控制字來(lái)確定?？刂泼罴拇嫫髦荒軐懭氩荒茏x出， 8 位控制命令寄存器的低 4位用來(lái)設(shè)置 A口、 B口和 C口的工作方式。第 5位用來(lái)確定 A口、