第09章 单片机应用系统资源扩展 习题解答.docx
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第09章 单片机应用系统资源扩展 习题解答.docx
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第09章单片机应用系统资源扩展习题解答
第09章单片机应用系统资源扩展习题解答
一、填空题
1.8051单片机扩展I/O口时占用片外数据存储器的地址。
2.8051单片机寻址外设端口时用寄存器间址寻址方式。
3.8051单片机PSEN控制程序存储器读操作。
4.8051单片机访问片外存储器时利用ALE信号锁存来自P0口的低八位地址信号。
5.12根地址线可选4K个存储单元,32KB存储单元需要15根地址线。
6.欲增加8KB×8位的RAM区,请问选用Intel2114(1KB×4位)需购16片;若改用Intel6116(2KB×8位)需购4片,若改用Intel6264(1KB×8位)需购8片。
7.74LS164是串入并出转换芯片,74LS165是并入串出转换芯片。
8.74LS138是具有3个输入端的译码器芯片,其输出作为片选信号时,最多可以选中8块芯片。
9.74LS273通常用来作简单输出接口扩展;而74LS244则常用来作简单输入接口扩展。
10.片选方式通常有3种形式:
线选法、部分译码器法、全译码法
二、简答题
1.简述单片机并行扩展外部存储器时三总线连接的基本原则。
答:
P0口提供数据线,P0、P2口提供地址线,低位用于片内选择,高位用做片选信号,用
控制程序存储器的读操作,用
和
控制数据存储器或I/O端口的读写。
2.什么是全译码?
什么是部分译码?
什么是线选法?
有什么特点?
答:
(1)全译码法:
先将扩展芯片的地址线与单片机的地址总线从低位开始顺次相连后,剩余的高位地址线的全部经译码后连接到各扩展芯片的片选线上。
全译码法扩展芯片的地址空间是唯一确定的,不会有地址重叠。
但译码电路相对复杂。
(2)部分译码法:
与全译码法类似,先将扩展芯片的地址线与单片机的地址总线从低位开始顺次相连后,剩余的高位地址线的一部分经译码后连接到各扩展芯片的片选线上。
部分译码使存储器芯片的地址空间也有重叠,但硬件上比全译码法简单,重叠情况与线选法相比较又有所改进。
(3)线选法:
先将扩展芯片的地址线与单片机的地址总线从低位开始顺次相连后,剩余的高位地址线的一根或几根直接连接到各扩展芯片的片选线上。
线选法的优点是简单明了,不需增加额外电路。
缺点是存储空间不连续,存在地址重叠现象。
适用于扩展存储容量较小的场合。
3.画出利用线选法,用3片2764A扩展24K×8位EPROM的电路图。
分析每个芯片的地址范围。
答:
电路如图所示
U2地址:
C000H~DFFFH
U3地址:
A000H~BFFFH
U4地址:
6000H~7FFFH
4.采用2114芯片在8031片外扩展1KB数据存储器,并分析地址范围。
答:
电路如图所示。
地址范围:
因为地址总线的高位P2.2~P2.7均没用上,共存着26=64个重复地址区间,每个区间的范围为1K。
0000H~03FFH,0400H~07FFH,0800H~0BFFH,0C00H~0FFFH
…………………………………………FC00H~FFFFH
5.采用2764和6264芯片在8031片外分别扩展24KB程序存储器和数据存储器。
答:
电路如图所示
外部ROM
U2地址:
C000H~DFFFH
U3地址:
A000H~BFFFH
U4地址:
6000H~7FFFH
外部RAM芯片U5、U6、U7的地址范围分别与U2、U3、U4一致,但由于使用不同的指令访问,因此相互并无影响。
三、Proteus仿真
1.在Proteus下,完成9.7节内容。
答:
全自动洗衣机控制器存储器扩展Proteus仿真
随着全自动洗衣机功能的不断丰富,需要的存储器容量也不断增加。
当单片机内部存储器不够用时,就需要在外部扩展。
下面介绍对全自动洗衣机控制器扩展一片AT24C02的方法,并在Proteu下仿真实现。
用8051单片机的P1.0和P1.1模拟I2C总线,扩展一片AT24C02,通过两个独立中断按钮对AT24C02进行读写控制。
用一片并串转换芯片4014扩展一个8位数字量输入电路,输入8个拨码开关的状态。
在P0口扩展8个LED发光二极管。
当读按键按下时,从4014芯片读入8位拨码开关的状态信息,并写入AT24C02芯片。
当写按键按下时,从AT24C02芯片中读出刚才保存的8位拨码开关状态信息,并送P0口显示。
电路如图9-33所示。
图9-33仿真电路原理图
C语言参考程序代码如下:
#include
#defineucharunsignedchar//简化无符号变量声明字
#defineuintunsignedint
#defineDELAY_TIME60//定义延时时间常数
#defineTRUE1//定义布尔常量
#defineFALSE0
#defineMYADDR0x08//定义AT24C02内部单元地址
sbitSDA=P1^0;//用P1.0模拟I2C总线的SDA
sbitSCL=P1^1;//用P1.1模拟I2C总线的SCL
sbitSL=P1^7;//4014工作方式控制口
sbitSD=P3^0;//定义串口数据线
sbitCLK=P3^1;//定义串口时钟线
/*4014并转串输入子程序*/
ucharget_input()
{
uchardat;//声明RAM变量,用于存放转换后的8位数据
SL=1;//置4014于并行输入工作方式
CLK=0;//串行口未启动之前,P3.1上无同步移位脉冲
CLK=1;//并行置数,软件产生一个脉冲上升沿
SL=0;//置4014于串行移位工作方式
SCON=0x10;//串口工作方式0,允许接收
ES=0;//关中断
while(RI==0);//查询接收中断标志位
RI=0;//全部接收完成,清零标志位
dat=SBUF;//将转换后的数据送dat
SL=1;//置4014于并行输入工作方式
return(dat);//返回dat值
}
/**********I2C相关子函数************/
//--------------延时函数--------------
voidDELAY(uintt)//输入定时时间t,无输出
{
while(t!
=0)
t--;//当t不为0时自减1
}
/*I2C_Start()函数的作用:
产生I2C总线启动信号,当SCL为高电平时使SDA产生一个由高至低的电平跳变*/
voidI2C_Start(void)//无输入变量,无返回值
{
SDA=1;//置SDA口高电平
SCL=1;//置SCL口高电平
DELAY(DELAY_TIME);//延时,让SCL,SDA高电平持续一段时间
SDA=0;//使SDA口输出低电平
DELAY(DELAY_TIME);//延时,让SDA低电平持续一段时间
SCL=0;//使SCL口输出低电平
DELAY(DELAY_TIME);//延时,为传输数据做准备
}
/*I2C_Stop()函数的作用:
产生I2C总线停止信号,当SCL为高电平时使SDA产生一个由低至高的电平跳变*/
voidI2C_Stop(void)//无输入变量,无返回值
{
SDA=0;//使SDA口输出低电平
SCL=1;//置SCL口高电平
DELAY(DELAY_TIME);//延时,电平持续一段时间
SDA=1;//置SDA口高电平
DELAY(DELAY_TIME);//延时,电平持续一段时间
SCL=0;//使SCL口输出低电平
DELAY(DELAY_TIME);//延时,电平持续一段时间
}
/*SEND_0()函数:
发送位数据“0”,在SCL为高电平时使SDA信号为低*/
voidSEND_0(void)//无输入变量,无返回值
{
SDA=0;//使SDA口输出低电平
SCL=1;//置SCL口高电平
DELAY(DELAY_TIME);//延时,电平持续一段时间
SCL=0;//使SCL口输出低电平
DELAY(DELAY_TIME);//延时,电平持续一段时间
}
/*SEND_1()函数:
发送位数据“1”,在SCL为高电平时使SDA信号为高*/
voidSEND_1(void)//无输入变量,无返回值
{
SDA=1;//置SDA口高电平
SCL=1;//置SCL口高电平
DELAY(DELAY_TIME);//延时,电平持续一段时间
SCL=0;//使SCL口输出低电平
DELAY(DELAY_TIME);//延时,电平持续一段时间
}
/*Check_Acknowledge()函数为ACK检验函数:
每发送完一个字节数据后检验ACK应答信号,返回0表示无应答,返回1则表示有应答*/
bitCheck_Acknowledge(void)//无输入变量,返回一个布尔值(0或1)
{
SDA=1;//置SDA口高电平
SCL=1;//置SCL口高电平
DELAY(DELAY_TIME/2);//短延时,电平持续一段时间
F0=SDA;//读入SDA的状态保存至PSW中的F0用户标志位
DELAY(DELAY_TIME/2);//短延时,电平持续一段时间
SCL=0;//使SCL口输出低电平
DELAY(DELAY_TIME);//延时,电平持续一段时间
if(F0==1)//根据F0的值返回布尔变量值
returnFALSE;//SDA为1,则无应答信号,返回0
returnTRUE;//SDA为0,表示收到应答,返回1
}
/*WriteI2CByte()函数的作用:
向I2C总线写一个字节*/
voidWriteI2CByte(charb)reentrant//输入1字节数据b,无返回值,函数可重入
{
chari;//声明变量i,用于循环计数
for(i=0;i<8;i++)//8次循环
if((b<
SEND_1();//若位值为1,向总线发送位数据“1”
else//否则
SEND_0();//位值为0,向总线发送位数据“0”
}
/*从I2C总线读一个字节*/
charReadI2CByte(void)reentrant//无输入,返回8位数据,函数可重入
{
charb=0,i;//声明两个变量:
b用于数据接收缓冲,i用于循环控制
for(i=0;i<8;i++)//循环8次
{
SDA=1;//置SDA口高电平
SCL=1;//置SCL口高电平
DELAY(10);//延时
F0=SDA;//将SDA值读至PSW的F0位
DELAY(10);//延时
SCL=0;//使SCL口输出低电平
if(F0==1)//如果位值为1
{//将“1”移入缓冲区的最低位
b=b<<1;//b左移1位
b=b|0x01;//左移后b的最低位置1
}
else//否则,位值为0,“0”移入缓冲区的最低位
b=b<<1;//b左移1位,低位填0
}//下一次循环
returnb;//返回b的值
}//函数调用返回
/**********以下为读写AT24c02的函数**********/
voidWrite_One_Byte(charaddr,charthedata)//向AT24C02的addr单元写数据thedata
{
bitacktemp=1;//定义位变量acktemp,用于存放ACK检验结果,初始为1
I2C_Start();//发送I2C启动信号
WriteI2CByte(0xa0);//向从设备写控制字
acktemp=Check_Acknowledge();//检查ACK值,确认从设备收到控制字
WriteI2CByte(addr);//写地址
acktemp=Check_Acknowledge();//检查ACK值,确认从设备收到地址
WriteI2CByte(thedata);//写数据
acktemp=Check_Acknowledge();//检查ACK值,确认从设备收到数据
I2C_Stop();//发送I2C停止信号
}
charRead_One_Byte(charaddr)
{
bitacktemp=1;
charmydata;
I2C_Start();//发送I2C启动信号
WriteI2CByte(0xa0);//写控制字,方向为写出
acktemp=Check_Acknowledge();//检查ACK值,确认从设备收到控制字
WriteI2CByte(addr);//写地址
acktemp=Check_Acknowledge();//检查ACK值,确认从设备收到地址
I2C_Start();//重启I2C
WriteI2CByte(0xa1);//再次发送控制字,方向为读入
acktemp=Check_Acknowledge();//检查ACK值,确认从设备收到控制字
mydata=ReadI2CByte();//读入1字节数据
acktemp=Check_Acknowledge();//相当于NOACK信号
returnmydata;//返回由AT24C02读出的数据
I2C_Stop();//发送I2C停止信号
}
/*主程序:
通过中断按钮控制,当读入按钮按下时,读入串口外部扩展8位并行数字量并保存到AT24C02某个单元内;当写出按钮按下时,从AT24C02同一单元读出数据,并写出至P0口LED*/
voidmain()
{
IE=0x85;//开外部中断:
EA=1,EX1=1,EX0=1即IE=10000101B=85H
PX0=1;//提升外部中断INT0优先级
PX1=1;//提升外部中断INT1优先级
IT0=1;//外部中断INT0设置为边沿触发
IT1=1;//外部中断INT1设置为边沿触发
P0=0xFF;//LED灭灯
while
(1);//等待中断
}
/*中断服务子程序*/
voidint0()interrupt0//外部中断0服务子程序:
当写入按钮按下时执行该子函数
{
uchartemp;//声明一个RAM变量,暂存读入的数据
temp=get_input();//由串行口读入8位(一字节)开关量的值
Write_One_Byte(MYADDR,temp);//将读入的一字节数据写入AT2402的MYADDR单元
}//中断返回
voidint1()interrupt2//外部中断1服务子程序:
当读出按钮按下时执行该子程序
{
ucharcontent;//声明变量,用于暂存读出的数据
content=Read_One_Byte(MYADDR);//从AT24C02中MYADDR单元读出1字节数据
P0=~content;//读出的数据送P0口共阳极LED显示
}//中断返回
2.在Proteus下,完成图9-28所示输入/输出接口扩展仿真。
答:
图9-28为采用74LS244作为扩展输入、74LS273作为扩展输出的I/O口扩展电路。
图9-28 I/O口扩展
1.芯片及连线
在图9-28中采用的芯片为74LS244、74LS273。
其中,74LS244为8位缓冲驱动器(三态输出),
、
为低电平有效使能端。
74LS273为8D触发器,
为低电平有效的清零端,当
=0时,输出全为0且与其它输入端无关;CP端是时钟信号,当CP由低电平向高电平跳变时,D端输入数据传送到Q输出端。
P0口作为双向8位数据线,既能够从74LS244输入数据,又能够从74LS273输出数据。
输入控制信号由P2.0和
相“或”后形成。
当二者都为0时,74LS244的控制端有效,选通74LS244,外部的信息输入到P0数据总线上。
当与74LS244相连的按键都没有按下时,输入全为1,若按下某键,则他所在线输入为0。
输出控制信号由P2.0和
相“或”后形成。
当二者都为0后,74LS273的控制端有效,选通74LS273,P0上的数据锁存到74LS273的输出端,控制发光二极管LED,当某线输出为0时,相应的LED发光。
2. I/O口地址确定
因为74LS244和74LS273都是在P2.0为0时被选通的,所以二者的口地址都为FEFFH(这个地址不是唯一的,只要保证P2.0=0,其它地址位无关),即占有相同的地址空间。
但是由于分别由
和
控制,而这两个信号不可能同时为0(执行输入指令,如MOVXA,@DPTR或MOVXA,@Ri时,
有效;执行输出指令,如MOVX@DPTR,A或MOVX@Ri,A时,
有效),所以逻辑上二者不会发生冲突。
3.编程应用
下面的汇编程序实现的功能是按下任意键,对应的LED发光。
ORG0000H;00H单元存储转移指令
LJMPLOOP;转至LOOP程序段
ORG0100H;0100H开始存放主程序
LOOP:
MOVDPTR,#0FEFFH;数据指针指向I/O口地址
MOVXA,@DPTR;从74LS244读入数据
MOVX@DPTR,A;向74LS273输出数据,驱动LED
SJMPLOOP;循环
END
C参考源程序如下:
#include
#include
#defineSPIOXBYTE[0xFEFF]//声明74LS244和74LS273的16位地址变量
#defineucharunsignedchar//定义一个无符号字符类型宏
voidmain()//主程序
{
while
(1)//上电后一直循环执行下列程序语句
{uchartemp;//声明一个8位变量,编译器自动给该变量分配RAM内地址
temp=SPIO;}//从74LS244读入数据
SPIO=temp;//将数据送至74LS273,驱动外部连接的LED
}
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