mcs-51单片机的系统扩展与应用

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1、第三章MCS-51单片机的系统扩展与应用3.1MCS-51最小系统3.2MCS-51系列单片机的外部扩展原理3.3存储器的扩展3.4输入/输出口的扩展3.5定时器/计数器的应用3.6串行口的应用3.7布尔处理机的应用3.1MCS-51最小系统3.1.1最小应用系统单片机系统的扩展是以基本的最小系统为基础的,故应首先熟悉最小应用系统的结构。内部带有程序存储器的8051或8751单片机本身就是一个最简单的最小应用系统,许多实际应用系统就是用这种成本低和体积小的单片结构实现了高性能的控制。对于目前较多采用的内部无程序存储器的芯片8031来说,则要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统。一、

2、8051/8751硬件最小系统对于片内有ROM型单片机,其自身可以构成最小系统系统构成:4KBROM,256BRAM;五个中断源;两个16位定时/计数器;一个全双工串行UART;四个并行I/O口二、8031硬件最小系统8031单片机片内无ROM,若要正常工作,必需外配ROM。外接ROM后,P3口、P2口、P0口均被占用只剩下P1口作I/O口用,其它功能不变。3.2MCS-51系列单片机的外部扩展原理1.MCS-51系列单片机的片外总线结构MCS-51系列单片机具有很强的外部扩展功能。其外部扩展都是通过三总线进行的。(1)地址总线(AB)地址总线用于传送单片机输出的地址信号,宽度为16位,P0

3、口经锁存器提供低8位地址,锁存信号是由CPU的ALE引脚提供的;P2口提供高8位地址。(2)数据总线(DB)数据总线是由P0口提供的,宽度为8位。(3)控制总线(CB)控制总线实际上是CPU输出的一组控制信号。MCS-51单片机通过三总线扩展外部设备的总体结构图如下图所示。单片机的三总线结构形式2.MCS-51系列单片机系统的扩展能力片外可扩展存储器的最大容量为216=64KB,地址范围为0000H~FFFFH。片外程序存储器和数据存储器的地址重叠共享,但选通信号不同。PSEN选通片外程序存储器,RD和WR分别选通片外数据存储器的读写。I/O接口的编址方法:一种是独立编址,另一种是统一编址。

4、MCS-51单片机采用了统一编址方式,即I/O端口地址与外部数据存储单元地址共同使用0000H~FFFFH(64KB)。当MCS-51单片机应用统扩展较多外部设备和I/O接口时,要占去大量的数据存储器的地址。3.3存储器的扩展一、存储器扩展概述MCS-51系列单片机具有64KB的程序存储器空间,其中8051、8751型单片机含有4KB的片内程序存储器,而8031型单片机则无片内程序存储器。当采用8051、8751型单片机而程序超过4KB,或采用8031型单片机时,就需要进行程序存储器的扩展。MCS-51系列单片机的数据存储器与程序存储器的地址空间是互相独立的,其片外数据存储器的空间可达64K

5、B,而片内的数据存储器空间只有128B。如果片内的数据存储器不够用时,则需进行数据存储器的扩展。存储器扩展的核心问题是存储器的编址问题。所谓编址就是给存储单元分配地址。由于存储器通常由多片芯片组成,为此存储器的编址分为两个层次:即存储器芯片的选择和存储器芯片内部存储单元的选择。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。译码法又分为完全译码和部分译码两种。(1)完全译

6、码。地址译码器使用了全部地址线,地址与存储单元一一对应,也就是1个存储单元只占用1个唯一的地址。(2)部分译码。地址译码器仅使用了部分地址线,地址与存储单元不是一一对应,而是1个存储单元占用了几个地址。1根地址线不接,一个单元占用2(21)个地址;2根地址线不接,一个单元占用4(22)个地址;3根地址线不接,则占用8(23)个地址,依此类推。注:在设计地址译码器电路时,如果采用地址译码关系,将会带来很大的方便。二、MCS-51单片机扩展外部存储器应考虑的问题:(1)选择合适类型的存储器芯片只读存储器用于固化程序和常数。可分为掩膜ROM、可编程PROM、紫外线可擦除EPROM和电可擦除E2PR

7、OM几种。若所设计的系统是小批量生产或开发产品,则建议使用EPROM和E2PROM;若为成熟的大批量产品,则应采用PROM或掩膜ROM。随机存取存储器常用来存取实时数据、变量和运算结果。可分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两类。此外,还可以选择OTPROM、Flash存储器、FRAM、NVSRAM、用于多处理机系统的DSRAM(双端口RAM)等。(2)选择合适的存储容量在MCS-51应用系统所

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