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

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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//包含头文件，其中定义51特殊寄存器

#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//包含头文件，该文件中定义51寄存器

#include//包含头文件，该文件中定义绝对地址变量类型

#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

}