单片机系统总线及扩展

11000000000000000~1101111111111111，即C000H~DFFFH；
11100000000000000~1111111111111111，即E000H~FFFFH。
•采用地址译码器的多片程序存储器的扩展（译码法）
例3 要求用2764芯片扩展8031的片外程序存储器，分配的地
21×210 = 211
地址空间： A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 最低地址： 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0000H 07FFH
最高地址： １
MCS-51单片机寻址范围：64KB
26×210 = 216即16位地址线
地址空间： A15A14A13A12A11A10A9A8A7··A0 单片机 ·· ·· × × × × × A10A9A8A7··A0 6116 ·· ·· 2KB
25 = 32
上式中：“×”表示0或1。
即单片机地址空间中包含有32个2KB。某片6116占据的是哪 2KB不能确定——地址浮动。 只有限定A15··A11的取值才能确定6116在系统中的地址 ·· ·· 范围。如，P2.5 = 1 ，选中6116的/CS线。设P2.7 P2.5 P2.4 P2.3 假定全为1
例2 使用两片2764扩展16 KB的程序存储器，采用线选法选
中芯片。扩展连接图如图所示。以P2.7作为片选，当P2.7=0时，
选中2764(1)；当P2.7=1时，选中2764(2)。因两根线(A13、A14)
未用，故两个芯片各有22=4个重叠的地址空间。它们分别为
用两片2764 EPROM的扩展连接图
则: 6116地址范围是B800H ~ BFFFH。

采用译码器划分的地址空间块都是相等的，如果将地址空间 块划分为不等的块，可采用可编程逻辑器件FPGA对其编程来代 替译码器进行非线性译码。
22
图8-6 存储器空间被划分成每块4KB
2233
2.2 外部地址锁存器 受引脚数的限制，P0口兼用数据线和低8位地址线，为了将
它们分离出来，需在单片机外部增加地址锁存器。目前，常用 的地址锁存器芯片有74LS373、74LS573等。 1．锁存器74LS373
2．译码法 使用译码器对AT89S51单片机的高位地址进行译码，译码
输出作为存储器芯片的片选信号。这种方法能够有效地利用 存储器空间，适用于多芯片的存储器扩展。常用的译码器芯 片有74LS138（3线-8线译码器）、74LS139（双2线-4线译码 器）和74LS154（4线-16线译码器）。
1144
2288
2．锁存器74LS573 也是一种带有三态门的8D锁存器，功能及内部结构与74LS373
完全一样，只是其引脚排列与74LS373不同，图8-10为74LS573引 脚图。
由图8-10，与74LS373相比，74LS573的输入D端和输出Q端依次 排列在芯片两侧，为绘制印制电路板提供方便
引脚说明： D7～D0：8位数据输入线。 Q7～Q0：8位数据输出线。 G ：数据输入锁存选通信号，该引脚与74LS373的G端功能相 同。
4
1 系统扩展结构 AT89S52单片机采用总线结构，使扩展易于实现，
AT8பைடு நூலகம்S52单片机系统扩展结构如图8-1所示。
图8-1 AT89S52单片机的系统扩展结构
55
由图8-1可以看出，系统扩展主要包括存储器扩展和I/O 接口部件扩展。
AT89S52单片机的存储器扩展即包括程序存储器扩展又包 括数据存储器扩展。AT89S52单片机采用程序存储器空间和 数据存储器空间截然分开的哈佛结构。扩展后，系统形成了 两个并行的外部存储器空间。

RD、WR为数据存储器和 I/O口的读、写控制信号。执 行MOVX指令时变为有效。
74LS373引脚
1、控制位OE： OE=0时，输出导通 2、控制位G： 接ALE 3、Vcc=+5V 4、GND接地
1 74LS373为8D锁存器，其主要特点在于：
控制端G为高电平时，输出Q0～Q7复现输入D0～ D7的状态；G为下跳沿时D0～D7的状态被锁存在Q0 ～Q7上。
MOV DPTR, #0BFFFH ;指向74LS373口地址
MOVX A, @DPTR ;读入
MOV @R0， A
;送数据缓冲区
INC R0
;修改R0指针
RETI
;返回
用74LS273和74LS244扩展输入输出接口
地址允许信号ALE与外部地址锁存信号G相连；
单片机端的EA与单片机的型号有关;
存储器端的CE与地址信号线有关。
P... 2.7 P2.0
ALE 8031
P... 0.7 P0.0
EA
PSEN
外部地址
G
锁存器
I...7
O... 7
I0 O0
A... 15
CE
A8
外部程序
存储器
A... 7 A0
D7. . . D0 OE
6264的扩展电路图
图中CS（CE2）和CE引脚均为6264的片选信号，由于该扩展电路 中只有一片6264，故可以使它们常有效，即CS（CE2）接+5V ，CE接地。6264的一组地址为0000H～1FFFH。
存储器地址编码
SRAM6264：“64”—— 8K×8b = 8KB 6264有13根地址线。 地址空间： A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 最低地址： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 最高地址： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFFH MCS-51单片机寻址范围：64KB 26×210 = 216即16位地址线 地址空间： A15A14A13A12A11A10A9A8A7······A0 单片机

译码法的另一个优点是若译码器输出端留 有剩余端线未用时，便于继续扩展存储器或I/O 口接口电路。
译码法和线选法不仅适用于扩展存储器(包 括外RAM和外ROM)，还适用于扩展I/O口(包括各 种外围设备和接口芯片)。
译码有两种方法：部分译码法和全译码法。
部分译码：存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺 次相接后，剩余的高位地址线仅用一部分参加译码。部分 译码使存储器芯片的地址空间有重叠，造成系统存储器空 间的浪费。 部分译码法的一个特例是线译码。所谓线译码就是 直接用一根剩余的高位地址线与一块存储器芯片的片选 信号CS相连，同时通过非门与另一块存储器芯片的片选 信号CS相连。 全译码：存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次 相接后，剩余的高位地址线全部参加译码。这种译码方法 存储器芯片的地址空间是唯一确定的，但译码电路相对复 杂。
2 2764
8031
CE GND
EA Vss
上图为8XX51单片机扩展单片程序存储器2764的电路 图。
其8个重叠的地址范围为如下： 0000000000000000~0001111111111111，即：0000H~1FFFH； 0010000000000000~0011111111111111，即：2000H~3FFFH； 0100000000000000~0101111111111111，即：4000H~5FFFH； 0110000000000000~0111111111111111，即：6000H~7FFFH； 1000000000000000~1001111111111111，即：8000H~9FFFH； 1010000000000000~1011111111111111，即：A000H~BFFFH； 1100000000000000~1101111111111111，即：C000H~DFFFH； 1110000000000000~1111111111111111，即：E000H~FFFFH。

数据总线: 由P0口提供。 此口是双向、 输入 三态控制的8位通道口。
MCS-51系统扩展的实现
外部总线的扩展 程序存储器的扩展
存储器的扩展 数据存储器的扩展
MCS-51系统外部总线的扩展
通常，微机的CPU外部都有单独的并行地 址总线、数据总线、控制总线。
MCS-51单片机由于引脚的限制，数据总 线和地址总线是复用的。
系统扩展容量 芯片数目= 存储器芯片容量
若所选存储器芯片字长与单片机字长不一 致，则不仅需扩展容量，还需字扩展。所需 芯片数目按下式确定：
芯片数目= 系统扩展容量 × 系统字长 存储器芯片容量 存储器芯片字长
ห้องสมุดไป่ตู้
扩展程序存储器常用EPROM芯片：
2716(2K×8位)、2732(4KB)、2764(8KB)、 27128(16KB)、27256(32KB)、27512(64KB)。
8051单片机的总线扩展
系统扩展概述
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。
实 际 上 ， 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。
地址需要锁存：为了能把复用的数据总线 和地址总线分离出来以便同外部的芯片正确 的连接，需要在单片机的外部增加地址锁存 器，从而构成与一般CPU相类似的三总线结 构。
MCS-51系统外部总线的扩展
一、以P0口作低8位地址及8位数据的复用总线
复用，即一段时间内作两种或两种以上用途。 在这里指P0口在每个CPU周期的前半个周期输出低8 位地址，由地址锁存器锁存，然后由地址锁存器代替P0口 输出低8位地址。后半个周期进行8位数据的输入输出。

序 状态 字 寄存 器 （ Ｓ 、 Ｐ Ｗ） 寄存 器 Ｂ和暂 存 器组 成 ： 低 ８位 Ｔ ０两 个 特殊 功 能寄 存 器 组 成 ． １由高 ８ Ｌ Ｔ 控 制 器 由程 序 计 数 器 （ Ｃ） 堆 栈 指 针 （Ｐ 、 据 位 Ｔ 和低 ８ Ｔ １ Ｐ 、 Ｓ ）数 Ｈ１ 位 Ｌ 两个 特 殊 功能 寄存 器组 成 ． 指 针 （ Ｐ Ｒ） 指令 寄存 器 和指 令 译码 器组 成 ． ＤＴ 、 ２１ ．． ４中断 系统
分 圳 为 ｌ 、 】Ｐ 、３口 ， 个 端 ｎ都 是 ８位 片 机 各 单 元 和 功 能模 块 能 自动 协 洲 下 有 顺 作 ． Ｐ 、２ Ｐ ０ 每 ｕ ｒ 的 ， ８根 ｆ脚 线 ， 有 Ｊ １ ４个 并 行 端 口共 有 ３ ２根 线 ． 每 控 制信 号 是 通过 控 制线 负 责传 送 ．单 片机 对 外呈 个 端 ｉ 的 输 入 或 输 出 可 以 按 字 节 操 作 ． 也 可 以按 现 的控 制总 线是 由它相关 控 制引 脚 线组 成 ．控制 － １
时， 采用 ８ 数据 总线形 式 ， １ １ 成． 位 由 ７ Ｆ完 ＇ ０ ２２３控 制 总 线 ．． ＭＣ 一 ｌ 片 机 有 ４个 ８位 准 双 向 并 行 Ｉ Ｓ ５ ／ Ｏ 单 片机 Ｃ Ｕ的控 制器 发 出控 制 信 号 ． Ｐ 指挥 单
２Ｉ ．＿ 入 ／ 出 （／ 端 口 ５输 输 Ｉ Ｏ）
２１ ０ ２年第 ７期
福 建 电
脑
１３ ５
基 于 单 片机 三 总 线 结构 的 系统 扩展 研 究 与 应 用
龙诺 春
（广 东 白 云 学 院 电 气 与 信 息 工 程 学 院 广 东 广 州 ５ ０ ５ １ ４ ０）
【 摘 要 】 单 片机 虽 已集成 了许 多应 用单 元和 功 能模 块 ， ： 但在 实际应 用 中还 不 能 满足 需要 ， 还 应进 行 系统 扩展 ．本 文在介 绍 Ｍ Ｃ 一 ｌ单 片机 基 本 结构 的基 础上 介 绍 它的地 址 总 线 、数据 总 脑

#2存储器端口地址：A=1（P2.6=1），B=0（P2.7=0） ，C=0：选中#2存储器，所以#2存储器的端口地址为： 4000H～7FFFH。
8.2.3 数据存储器的扩展
1．数据存储器概述 数据存储器即随机存取存储器，用于存放可随时修改的
数据信息。它与ROM不同，对RAM可以进行读、写两种操作 。RAM为易失性存储器， 断电后所存信息立即消失。
2
2．片内无程序存储器的最小应用系统 片内无程序存储器的芯片构成最小应用系统时，必须 在片外扩展程序存储器。 由于一般用做程序存储器的 E2PROM芯片不能锁存地址，故扩展时还应加一个地址 锁存器，构成一个三片最小系统，如图8-1b所示。该 图中74LS373为地址锁存器，用于锁存低8位地址。
3
8.1.2 系统扩展的内容与方法
IN改数据指针
DJNZ R7, AGAIN ; 判断数据是否传送完成
RET
END
26
【C51程序】：
#include <AT89X51.h>
#include <absacc.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
11
图8-5 74LS138管脚图
图8-6 74LS138的译码关系
12
8.2存储器的扩展
8.2.1 存储器扩展概述 AT89S系列单片机具有64 KB的程序存储器空间， 其中 AT89S51单片机含有4 KB 的片内程序存储器。当单片机程 序超过4 KB时，就需要进行程序存储器的扩展。
AT89S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64 KB， 而片内的数据存储器空间只有128 B。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。

P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
MCS-51单片机的地址总线为16位，它的存储器最大的 扩展容量为216，即64K个单元。
2013-6-27
单片机原理及其应用
20
8.3 程序存储器扩展
8.3.2 外部程序存储器扩展原理及时序
（一） 外部程序存储器扩展使用的控制信号
（1）EA——用于片内、片外程序存储器配置， 输入信号。当EA=0时，单片机的程序存储器全部为扩 展的片外程序存储器；当EA=1 时，单片机的程序存 储器可由片内程序存储器和片外程序存储器构成，当 访问的空间超过片内程序存储器的地址范围时，单片 机的CPU自动从片外程序存储器取指令。 （2）ALE——用于锁存P0口输出的低8位地址。 （3）PSEN ——单片机的输出信号，低电平时， 单片机从片外程序存储器取指令；在单片机访问片内 2013-6-27 单片机原理及其应用 程序存储器时，该引脚输出高电平。
2013-6-27 单片机原理及其应用 11
8.2 半导体存储器
8.2.2 只读存储器 只读存储器（Read Only Memory，ROM），ROM 一般用来存储程序和常数。ROM是采用特殊方式写入 的，一旦写入，在使用过程中不能随机地修改，只能从 其中读出信息。与RAM不同，当电源掉电时，ROM 仍 能保持内容不变。在读取该存储单元内容方面，ROM 和RAM相似。只读存储器有掩膜ROM、PROM、EPROM、 E2PROM（也称EEPROM）、Flash ROM等。它们的区 别在于写入信息和擦除存储信息的方式不同。

2．译码法 使用译码器对AT89S51单片机的高位地址进行译码，译码 输出作为存储器芯片的片选信号。此方法能有效地利用存储 器空间，适于多芯片的存储器扩展。常用译码器芯片有 74LS138（3-8译码器）、74LS139（双2-4译码器）和 74LS154（4-16译码器）。
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若全部高位地址线都参加译码，称为全译码；若仅部分高 位地址线参加译码，称为部分译码。部分译码存在着部分存 储器地址空间相重叠的情况。
1．线选法 是直接利用系统的某一高位地址线作为存储器芯片（或I/O
接口芯片）的“片选”控制信号。为此，只需要把用到的 高位地址线与存储器芯片的“片选”端直接连接即可。
1. 线选法 优点：电路简单，不需另外增加地址译码器硬件电路，体 积小，成本低。
缺点：可寻址的芯片数目受限制。另外，地址空间不连续， 每个存储单元的地址不唯一，这会给程序设计带来不便，适 用于外扩芯片数目不多的系统。
2
8.1 系统扩展结构 AT89S51采用总线结构，使扩展易于实现，系统并行扩 展结构如图8-1所示。
图8-1 AT89S51单片机的系统并行扩展结构
3
由图8-1可看出，系统扩展主要包括存储器扩展和I/O接口 部件扩展。
AT89S51存储器扩展即包括程序存储器扩展又包括数据 存储器扩展。AT89S51采用程序存储器空间和数据存储器空 间截然分开的哈佛结构。扩展后，形成了两个并行的外部存 储器空间。
15
（2）74LS139 双2-4译码器。这两个译码器完全独立，分别有各自的数 据输入端、译码状态输出端以及数据输入允许端，引脚如图 8-4，真值表如表8-2（只给出其中的一组）。
图8-4 74LS139引脚
16
以74LS138为例，如何地址分配。 例如，要扩8片8KB的RAM 6264，如何通过74LS138把 64KB空间分配给各个芯片？ 由74LS138真值表可知，把G1接到+5V，G2A* 、 G2B* 接地，P2.7、P2.6、P2.5（高3位地址线）分别接74LS138 的C、B、A端，对高3位地址译码，译码器8个输出Y7* ～ Y0* ，分别接到8片6264的各 “片选”端，实现8选1的片选。 低13位地址（P2.4～P2.0，P0.7～P0.0）完成对选中的 6264芯片中的各个存储单元的“单元选择”。这样就把 64KB存储器空间分成8个8KB空间了。

第8章单片机系统扩展及接口技术
第8章单片机系统扩展及接口技术
2764是8K×8位EPROM器件，用以存放程序和常 数．它有13根地址线A12～A0，能区分13位二进制地 址信息；213=8192种状态，即可选择8192个片内存储 器中任一字节单元．所以，称2764为8KB EPROM．这 13根地址线分别与89C51的P0口和P2.0～P2.4连接， 当89C51发送13位地址信息时，可分别选中2764片内 8KB存储器中的任何一个单元． 2764 的 CE 引 脚 为 片 选 信 号 输 入 端 ， 低 电 平 有 效．图中，CE接地表示选中该2764芯片．该片选信号 决定了2764的8KB存储器在整个89C51扩展程序存储器 64KB空间中的位置．根据上述电路的接法，2764占有 的扩展程序存储器地址空间为0000H～1FFFH．
第8章单片机系统扩展及接口技术
3.控制信号线 除了地址线和数据线之外，在扩展系统中还需要一些 控制信号线，以构成扩展系统的控制总线。这些信号有的 是单片机引脚的第一功能信号，有的则是第二功能信号。 其中包括： ①使用ALE作为地址锁存的选通信号作为扩展程序存储器的读选通信号。 ③以EA信号作为内、外程序存储器的选择信号。 ④以RD和WR作为扩展数据存储器和I/O端口的读、写 选通信号，执行MOVX指令时，这两个信号分别自动有效。 可以看出，尽管89C51单片机号称有四个I/O口，共32 条口线，但由于系统扩展的需要，真正能作为数据I/O使 用的，就只剩下P1口和P3口的部分口线了。
27128与2764一样，也有28个引脚：与2764不同 的是增加了一根地址线(A13,26脚)，而2764的26脚为 空脚(NC)．
第8章单片机系统扩展及接口技术
图中，27128是16K×8位EPROM芯片，14根地址 线A13～A0，可选中片内16KB程序存储器空间中任 一单元。27128的片选信号CE由P2.6(A14)送出，低 电 平 有 效 。 显 然 ， 27128 的 地 址 范 围 是 0000H ～ 3FFFH。 为了增加系统的可靠性，减少连线数目，系统 扩展应尽量避免采用多片小容量芯片的扩展方法， 而应直接采用一片相应容量的芯片． 目前，2716(2KB)已基本上不生产了，可直接 选用2764～27512(8KB～64KB)芯片．