第 5 章 单片机系统扩展及接口技术.pdf

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。 5.1.1 单片机系统的三总线 5.1.1 (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A ~A ，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 7 0 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A ~A 。再通过 15 8 P3 口的第二功能扩展出读/写控制信号。最后由P0 、P2 、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74LS373、74LS373、8282、74LS377 等。图5.2 的(a)、(b)、 (c)给出了74LS373、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。 1 _______ 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