【正文】 347813141718111269121516197 4 L S 3 7 35 AT89C51 單片機的系統(tǒng)擴展 AT89C51 擴展的 三總線 由于受引腳個數(shù)的限制， AT89C51單片機需要擴展時，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） 地址總線用來傳送存儲單元或外部設(shè)備的地址。 AT89C51 單片機由 P0 口提供 8 位地址線。由于 P0口同時又做數(shù)據(jù)口，地址數(shù)據(jù)是分時復(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就是單片機 ALE 控制信號提供的，當(dāng) ALE下降沿時將低 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就不能再用作一般的 I/O口，這在系統(tǒng)擴展時一定要注意。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)擴展的控制線有 /WR、 /RD、 /PSEN、 ALE、 EA。/RD、 /WR信號用于擴展片外數(shù)據(jù)存儲器的讀寫控制。當(dāng)使用 MOVX類指令對片外數(shù)據(jù)存儲器讀寫時，自動產(chǎn)生 /RD、 /WR 信號。 /PSEN 用于擴展片外程序存儲器的讀控制。讀取片外程序存儲器時單片及不產(chǎn)生 /RD信號。 ALE的下降沿使 P0口輸出的地址鎖存。 /EA用于選擇片內(nèi)或片外程序存儲器。/EA=0 時，不論是否有片內(nèi)程序存儲器，只訪問外部程序存儲器， /EA=1時，系統(tǒng)從內(nèi)部程序存儲器開始執(zhí)行程序。 片外 EPROM 的擴展 AT89C51 單片機的特點之一是硬件設(shè)計簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，對于簡單的應(yīng)用場合 ， 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)擴展是單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中最常見的問題。對于片內(nèi)無 ROM 的 AT89C51 單片機來說程序存儲器的擴展是不可缺少的工作。 片外 EPROM擴展時，必須要有低 8位地址鎖存器，一般采用 74LS373，管腳圖如圖 34。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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 的擴展 方法：紫外線擦除電可編程的只讀存儲器可作為 AT89C51 的外部程序存儲器，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芯片中，便可作為 AT89C51的外部程序存儲器使用。 如圖 35為一片 27256 的片外 EPROM擴展電路，由于常用的 EPROM芯片是 271 273 27627256 等，因此在只擴展一片 EPROM的情形下，所 擴展的片外程序存儲器的容量將依次達到 2KB、4KB、 8KB、 16KB、 32KB 和 64KB，圖 35 中因為用了 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，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，低 8位地址被鎖存起來。 G 與單片機 ALE端相連。/0E 端 (引腳 1)是輸出使能端， /0E=O 時，選通 74LS373 的輸出緩沖器，使鎖儲器的內(nèi)容送到輸出端。 /OE端始終接地，以保證三態(tài)緩沖器暢通。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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擴展電路 片外 RAM 的擴展 雖然 AT89C51 對內(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 存儲器，但在實時數(shù)據(jù)采集和處理的 AT89C5l 應(yīng)用系統(tǒng)中，僅提供片內(nèi)的存儲資源往往是不夠的，所以要利用 AT89C5l的擴展功能外接 RAM作為片外數(shù)據(jù)存儲器。 數(shù)據(jù)存儲器的擴展性能： 數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器地址重疊編號 (0000H— FFFFH)，使用不同的控制信號和指令，但它與 I/O及外圍設(shè)備實行統(tǒng)一編址，任何擴展的 I/O 口以及外圍設(shè)備場占用數(shù)據(jù)存儲器地址。 由于數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器地址完全重疊，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)存儲器只使用 /WR、 /RD控制線而不用 /PSEN。 片外 RAM的操作時序： 在單片機訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 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 為數(shù)據(jù)輸出方式。在寫信號有效時將 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位地址線能分別對外部 64K 程序存儲器或 64K 數(shù)據(jù)存儲器存址，這是因為程長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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序存儲器用 AT89C51的 /PSEN 信號選通，而數(shù)據(jù)存儲器則是用 /RD、 /WR選通。 圖 36即是片外擴展 RAM 的電路圖。 圖 36 片外擴展 RAM的電路圖 本系統(tǒng)采用 NVSRAM DCM0064 作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲擴展。 NVSRAM DCM0064 是 的靜態(tài)隨機存儲器芯片 ，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，兩個片選端 /CE/CE2。 I/O 口擴展 AT89C51單片機共有四個 8位并行 I/O口，但有時這些 I/O口不能完全提供給用戶。在實際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中，往往供用戶使用的 I/O口是不夠的，因此常常需要進行 I/O 口的擴展。 如圖 37，為 AT89C5與 8155連接電路圖。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 37 89C51與 8155連接圖 單片機擴展的 I/O 口有兩種基本類型，即簡單 I/O 口擴展和可編程 I/O 口的擴展。前者功能單一，多用于簡單外設(shè)的輸入輸出；后者功能豐富，有的擴展芯片內(nèi)部還有定時器、 RAM等，應(yīng)用范圍廣，但接口芯片相對價格昂貴。 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電路就能組成簡單的擴展電路，如 74LS24 74LS27 74LS37 74LS377 等芯片都能組成輸入、輸出接口。 對于 AT89C51 單片機，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 存儲空間。每個擴展 I/O接 口相當(dāng)于一個擴展的外部單元，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信號可以對 I/O口進行讀寫。 在單片機接口中，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 /計算器 8253等。 Intel 8155 芯片內(nèi)包含有 256 字節(jié) RAM， 2 個 可編程的 8 位 并行接口 PA、 PB,1 個 可編程的 6位并行 接 口 PC和 1個 14位定時 計數(shù)器。 8155可直接與 MCS51單片機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 單片機系統(tǒng)中最常用的外圍接口，芯片之一。 8155共有 40個引腳，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：片選信號線，低電平有效。 /RD：存儲器讀信號線，低電平有效。 /WR：存儲器寫信號線，低電平有效。 ALE：地址及片選信號鎖存線，高電平有效，其后沿將地址及片選信號鎖存到器件中。 /M： I/0接口與存儲器選擇依賴線，高電平表示選擇 I/0接口，低電平選擇存儲器。 PA7～ PAO： A口輸入 /輸出線。 PB7～ PBO： B口輸入 /輸出線。 PC5～ PCO： C口輸入 /輸出或控制信號線。用作控制信號線時，其功能如下： PCO： A INTR(A口中斷信號線 )。 PC1： A BF(A口緩沖器滿信號線 )。 PC2： A STB(A口選通線 )。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 PC3： B INTR(B口中斷信號線 )。 PC4： B BF(B口緩沖器滿信號線 )。 PC5： B STB(B口選通線 )。 TIMER IN：定時器 /計時器輸入端。 /TIMER OUT：定時器 /計數(shù)器輸出端。 RESET：復(fù)位信號線。 VCC： +5V電源。 VSS：地。 ： 在 8155的邏輯部件中，設(shè)置有一個控制 命令寄存器和一個狀態(tài)標志寄存器。 8155的工作方式由 CPU寫入控制命令寄存器中的控制字來確定。控制命令寄存器只能寫入不能讀出， 8位控制命令寄存器的低 4 位用來設(shè)置 A 口、 B 口和 C 口的工作方式。第 5 位用來確定 A 口、 B 口以選通輸入輸出方式工作時是否允許中斷請求。第 7位用來設(shè)置定時器 /計數(shù)器的操作。 8155的 A口、 B口可工作于基本 I/O方式或選通方式， C口可作為輸入輸出口線，也可作為 A口、 B 口選通方式工作時的狀態(tài)控制信號線，其工作情況與 8255 方式 0，方式 l 時大致相同，控制信號的含義也基本一樣。 另 外，在 8155中還設(shè)置有一個狀態(tài)標志寄存器，用來存放 A口和 B口的狀態(tài)標志，狀態(tài)標志