PDF《第5章 单片机系统扩展及接口技术》

1 第5章 单片机系统扩展及接口技术 本章基本要求:通过本章的学习主要掌握单片机总线结构、常用存储芯片及其与单片机的接口 方法;

单片机的端口扩展技术;

键盘、显示器接口技术;

开关量输入输出控制、A/D 与D/A 转换技 术;

以及相关接口芯片的应用.

5.1 存储器扩展技术 MCS-51 系列单片机具有 64KB 的程序存储器空间,其中

8051 和8751 片内有 4KB 的程序存储 器,8031 片内无程序存储器,当采用

8051、8751 而程序超过 4KB 或采用

8031 时,就需对程序存储 器进行扩展.另外,MCS-51 系列单片机的程序存储器空间与数据存储器空间相互独立,其中片外数 据存储器可达 64KB,而片内的数据存储器仅有

128 字节,对于某些应用可能不够,这时就需对内部 数据存储器进行外部扩展. 如前面几章所述,MCS-51 单片机对外没有专用的地址总线(AB) 、数据总线(DB)和控制总 线(CB) ,那么在进行系统扩展时,首先需要扩展系统的三总线.

5 5. .1 1. .1

1 单片机系统的三总线 (1) 外部总线的扩展 通过 MCS-51 的引脚 ALE 可实现对外总线的扩展.在ALE 为有效高电平期间,P0 口上输出低

8 位地址 A7~A0,因此只需要在 CPU 的片外扩展一片地址锁存器,用ALE 的有效高电平边沿作锁存 信号,可将 P0 口的地址信息锁存,直到 ALE 再次有效.在ALE 的无效期间 P0 口传送数据,用作 数据总线口,因此,P0 口实为分时复用的地址/数据总线.P2 口上输出高

8 位地址 A15~A8.再通过 P3 口的第二功能扩展出读/写控制信号.最后由 P

0、P

2、P3(第二功能)和地址锁存器构成系统的 三总线.图5.1 为MCS-51 单片机扩展的外部三总线示意图. 图5.1 MCS-51 外部三总线示意图 通常用作单片机的地址锁存器芯片有 74LS

373、74LS

373、

8282、74LS377 等.图5.2 的(a)、(b)、 (c)给出了 74LS

373、8282 和74LS273 的引脚,以及它们用作地址锁存器的接法. 74LS373 和8282 是带三态输出的

8 位锁存器,两者的结构和用法类似.以74LS373 为例,当输 出使能端 _____ OE无效时输出为高阻态;

当输出使能端 _____ OE有效时, 锁存端 LE 为高电平, 输出随输入变化, 锁存端 LE 由高变低时,输出端

8 位信息被锁存,直到 LE 端再次有效.

2 74LS273 是8D 触发器,当CLK 端上升沿到来时,将D端的数据锁存. _______ CLR为低电平时被清 0. 作为地址锁存器使用,可将 ALE 反相接 CLK 端, _______ CLR接+5V. (2) 总线驱动 在单片机应用系统中,扩展的三总线上往往会挂很多负载,如存储器、并行接口、A/D 接口、 显示器和键盘接口等,而单片机本身的总线驱动能力很有限,因此通常需要通过连接总线驱动器进 行总线驱动. 总线驱动器对于单片机的 I/O 口只相当于增加了一个 TTL 负载,增加了总线驱动器后,可以大 大地增加总线驱动能力,以使之能挂接更多的负载.另外还能对负载的波动变化起隔离作用,提高 系统的抗干扰能力. 在对 TTL 负载驱动时,一般只需考虑驱动电流的大小;

在对 MOS 负载驱动时,MOS 负载的输 入电流很小,更多地要考虑电平的兼容和分布电容的电流. 图5.2 常用地址锁存器引脚和接口 一般 TTL 电平和 CMOS 电平是不兼容的,CMOS 电路能驱动 TTL 电路,而TTL 电路一般不能 驱动 CMOS 电路,在TTL 电路和 CMOS 电路混用的系统中,应特别注意. 1. 常用的总线驱动器 系统总线中地址总线和控制总线是单向的,因此总线驱动器可以选用单向的,如74LS244, 74LS244 还带有三态控制端能实现总线的缓冲与隔离.但系统总线中数据总线是双向的,其总线驱 动器必须选用双向的,如74LS245,74LS245 也是三态的,有一个方向控制端 DIR,DIR=1 时输出 (Ai→Bi)DIR=0 时输入(Ai←Bi) . 74LS