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第八章 51单片机系统扩展

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第八章 单片机系统的扩展

第八章 单片机系统的扩展


扩展电路连接
P2.0 P2.1 P2.2 P2.7
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
74LS 373
Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
A8 A9
G
单片机 8031
A10
O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7
P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
8031 P2.3 ……… P2.0 (2732 A11 A10 A9 A8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . . 1 1 1 1 P0.7………………………… P0.0 P0.7 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0) 选中单元 0(0000H) 0 0 0 0 0 0 0 0(0000H) 0 1(0001H) 0 0 0 0 0 0 0 1(0001H) 1 0(0002H) 0 0 0 0 0 0 1 0(0002H) 2 1(0003H) 0 0 0 0 0 0 1 1(0003H) 3 0(0004H) 0 0 0 0 0 1 0 0(0004H) 4
扩展内容及途径
扩展内容: 1,外部程序存储的ROM/EPROM的扩展 ,外部程序存储的 的扩展 2,外部数据存储器 ,外部数据存储器RAM的扩展 的扩展 3,输入输出接口的扩展,使单片机能与外设交换信息 ,输入输出接口的扩展, 4,管理功能器件(定时 计数器,中断优先编码器等功能) 计数器, ,管理功能器件(定时/计数器 中断优先编码器等功能) 的扩展
数据存储 器的扩展
扩展时所用芯片
扩展电路连接
存储器地址分析
单片机系统扩展

单片机系统扩展


这 里 要 注 意 的 是 ， MCS-51 单 片 机 有 一 个 管 脚 ——
跟程序存储器的扩展有关。如果 EA 接高电平，那么片内
存储器地址范围是0000H～0FFFH（4 KB），片外程序存
EA
储器地址范围是1000H～FFFFH（60 KB）。如果 接低
电平，不使用片内程序存储器，片外程序存储器地址范
单片机扩展存储器的关键是搞清楚扩展芯片的地址 范围，8031最大可以扩展64 KB（0000H～FFFFH）。决 定存储器芯片地址范围的因素有两个：一个是片选端的 连接方法，一个是存储器芯片的地址线与单片机地址线 的连接。在确定地址范围时，必须保证片选端为低电平。
本例中，2732的片选端总是接地，因此第一个条件 总是满足的，另外，2732有12条地址线，与8031的低12 位地址相连，编码结果如下：
例8.1 在8031单片机上扩展4 KB EPROM存储器。 (1) 选择芯片。 本例要求选用8031单片机，内部无ROM区，无论程序 长短都必须扩展程序存储器（目前较少这样使用，但扩展 方法比较典型、实用）。
2021/3/8
5
在选择程序存储器芯片时，首先必须满足程序容量， 其次在价格合理情况下尽量选用容量大的芯片。这样做的 话，使用的芯片少，从而接线简单，芯片存储容量大，程 序调整余量也大。如估计程序总长3 KB左右，最好是扩展 一片4 KB的EPROM 2732，而不是选用2片2716（2 KB）。
其容量都是2K×8位。2816A与2817A的不同之处在于：
2816A的写入时间为9～15 ms，完全由软件延时控制，与
硬件电路无关；2817A利用硬件引脚
RDY来/ B检US测Y写
操作是否完成。
在此，我们选用2817A芯片来完成扩展2KB EEPROM， 2817A的封装是DIP28，采用单一+5 V供电，最大工作电 流为150 mA，维持电流为55 mA，读出时间最大为250 ns。 片内设有编程所需的高压脉冲产生电路，无需外加编程 电源和写入脉冲即可工作。
MCS-51单片机存储器的扩展

MCS-51单片机存储器的扩展

第八章MCS-51单片机存储器的扩展第一节MCS-51单片机存储器的概述(一)学习要求1、熟悉MCS-51 单片机的系统总线及系统总线扩展结构2、掌握常用的片选方法：线选法和全地址译码法。

（二）内容提要1、三总线的扩展方法单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的控制时，它自身的功能远远不能满足需要。

为此，应扩展其功能。

MCS-51单片机的扩展性能较强，根据需要，可扩展。

三总线是指地址总线、数据总线、控制总线。

1）地址总线MCS-51 单片机地址总线宽度为16 位，寻址范围为64K。

地址信号：P0 作为地址线低8 位，P2 口作为地址线高8 位。

2）数据总线MCS-51 单片机的数据总线宽度为8 位。

数据信号：P0 口作为8 位数据口，P0 口在系统进行外部扩展时与低8 位地址总线分时复用。

3）控制总线主要的控制信号有/WR 、/RD 、ALE 、/PSEN 、/EA 等。

2、系统的扩展能力MCS-51 单片机地址总线宽度为16 位，因此它可扩展的程序存储器和数据存储器的最大容量是64K（２１６）。

１）线选法线选法就是将多余的地址总线（即除去存储容量所占用的地址总线外）中的某一根地址线作为选择某一片存储或某一个功能部件接口芯片的片选信号线。

一定会有一些这样的地址线，否则就不存在所谓的“选片”的问题了。

每一块芯片均需占用一根地址线，这种方法适用于存储容量较小，外扩芯片较少的小系统，其优点是不需地址译码器，硬件节省，成本低。

缺点是外扩器件的数量有限，而且地址空间是不连续的。

２）全地址译码法由于线选法中一根高位地址线只能选通一个部件，每个部件占用了很多重复的地址空间，从而限制了外部扩展部件的数量。

采用译码法的目的是减少各部件所占用的地址空间，以增加扩展部件的数量。

３）译码器级连当组成存储器的芯片较多，不能用线选法片选，又没有大位数译码器时，可采用多个小位数译码器级连的方式进行译码片选．４）译码法与线选法的混合使用译码法与线选法的混合使用时，凡用于译码的地址线就不应再用于线选，反之，已用于线选的地址线就不应再用于译码器的译码输入信号．（三）习题与思考题1. 简要说明MCS-51 单片机的扩展原理。

单片机原理第8章 单片机的系统扩展

单片机原理第8章 单片机的系统扩展


8.2 程序存储器扩展
8.2 程序存储器扩展
三、确定存储器的地址范围 根据图8-3的电路接法，P2.5、P2.7与寻址无关，均设为“1”。P2.6经非门与片选端相连，当它为“1”时， 可使得片选端有效。这种利用一根地址线与存储器的片选端相连的方法称为线选法。 根据图中的接线分析，此片2764的地址范围是0E000H～0FFFFH。地址范围的分析参见表8-3。 表8-3 2764的地址范围分析
8.1 相关知识链接
8.1 相关知识链接
1. 单片机的总线 所谓总线是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。按照功能通常把系统 总线分成地址总线、数据总线、控制总线。 （1）地址总线 地址总线用于传送单片机的地址信号，以便进行存储单元和I/O口的选择。 地址总线是单向传输，只能从单片机向外部端口发送。地址总线的数目决定了可 以直接访问的存储单元的数目。若有n条地址总线，则具有2n个编码状态，对应 2n个存储单元地址编码，所能访问的最大地址空间为0～2n-1。MCS-51单片机共 有16根地址总线，所能寻址的地址编码范围为0～65535，即通常所说的64KB。 （2）数据总线 数据总线用于单片机与存储器之间或单片机与I/O之间传送数据。数据总线 的位数与单片机的数据处理长度一致。如MCS-51单片机是8位字长，故其数据总 线的位数也是8位。数据总线是双向传输，可以从单片机到存储器、I/O口，也可 以从存储器、I/O口传送到单片机内部。
一、典型的随机存取存储器 芯片Intel 6264 Intel 6264是一种静态RAM芯 片。其中，62是系列号，64与它 的存储容量有关，是说明其中有 64K位的存储容量，8K字节。这个 系列的产品有62128,16K字节； 62256，32K字节。此处重点介绍 Intel 6264芯片。 1. 引脚功能 6264、62128、62256都是28 引脚的静态RAM，其引脚如图所示。
8 MCS-51单片机系统功能扩展

8 MCS-51单片机系统功能扩展


IC2: 4000H~7FFFH IC4: C000H~FFFFH
35
2、EEPROM——电可擦除电可编程的半导体只读存贮器， 即可像EPROM那样长期非易失地保存信息，又可像RAM那 样随时用电改写，它们被广泛用作单片机的程序存储器和数 据存储器。 常用的EEPROM芯片
注： 在读片外ROM时产生PSEN信号。 在读写片外RAM时产生RD/WR信号
5
6
二、外部地址锁存器 1、锁存器74LS373
常用的地址锁存器芯片有: 74LS373、8282、 74LS573等。 带有三态门的8D锁存器，其引脚其内部结构如下图。
引脚说明如下: 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; /OE: 数据输出允许信号。
G
21
74LS139 P 2.7 P 2.6 P 2.5 P 2.4～ P 2.0 P 0.7～ P 0.0 ALE 8031 5 8 G 74LS 373 A 12～ A 0 CE 2764A（1） OE O 7～ O 0 PSEN EA A 12～ A 0 CE 2764A（2） OE O 7～ O 0 A 12～ A 0 CE 2764A（3） OE O 7～ O 0 G B A
22
特点： 采用全译码法，每个存储单元的地址都是唯一的， 不存在地址重叠，但译码电路较复杂，连线也较多。
全译码法可以提供对全部存储空间的寻址能力。当 存储器容量小于可寻址的存储空间时，可从译码器输 出线中选出连续的几根作为片选控制，多余的令其空 闲，以便需要时扩充。
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习 题
题1:要扩8片8KB的RAM 6264，如何通过74LS138把64KB空 间分配给各个芯片？ 答：采用的是地址译码方式，单片机发地址码时，每次只能 选中一个存储单元。同类存储器间不会产生地址重叠的问题。
第08章MCS51单片机系统扩展

第08章MCS51单片机系统扩展


表8-1 线选法三片存储器芯片地址分配表
无关位 A15 A14
片外地址线 A13 A12 A11
二进制表示 片内地址线
A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
16进制表 示
芯 11 片 .. Ⅰ
11
芯 11 片 .. Ⅱ
11
芯 11 片 .. Ⅲ
11
110 ... 110 101 ... 101 011 ... 011
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。重叠的地址范围如下：
芯片1： 00000000000000000~0001111111111111，即0000H~1FFFH； 00100000000000000~0011111111111111，即2000H~3FFFH； 01000000000000000~0101111111111111，即4000H~5FFFH； 01100000000000000~0111111111111111，即6000H~7FFFH；
00000000000 . .. . . . . .. . . 11111111111 00000000000 . .. . . . . .. . . 11111111111 00000000000 . .. . . . . .. . . 11111111111
F000H ～
F7FFH E800H
～ EFFFH D800H
芯片数目
系统扩展容量 存储器芯片容量
系统字长 存储器芯片字长
（2）地址总线(AB)：地址信号用于寻址存储单元或I/O端口。由 P0口和P2口共同提供。
（3）控制总线(CB)：控制总线用于协调控制数据信 息和地址信息的正确传送。
第8章AT89S51单片机外部存储器的扩展

第8章AT89S51单片机外部存储器的扩展

实现8选1的片选。 AT89S51的低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”。
15
64KB地址空间分配如图8-5。
图8-5 64KB地址空间划分成8个8KB空间
16
8.2.2 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
11
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。 优点：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（3-8译码器）、
74LS139（双2-4译码器）和74LS154（4-16译码 器）。
12
常用的译码器芯片介绍： （1）74LS138 3-8译码器，有3个数据输入端，经译码产生8种状态。
例如，“27128”中的“27”后的数字 “128”， 128/8 =16KB
随着大规模集成电路技术的发展，大容量存储器芯片产量剧 增，售价不断下降，性价比明显增高，且由于小容量芯片停止 生产，使市场某些小容量芯片价格反而比大容量芯片还贵。所 以，应尽量采用大容量芯片。
27
1．常用EPROM芯片引脚 27系列EPROM芯片的引脚如图8-11。
图8-10 锁存器74LS573的引脚
8.3 程序存储器EPROM的扩展
程序存储器为只读存储器，在电源关断后， 仍能保存程序（非易失性的），系统上电后， CPU可取出这些指令重新执行。
只读存储器简称ROM（Read Onl不 能随意更改。
向ROM中写入信息称为ROM编程。根据编程方 式不同，分以下几种。
第8章 AT89S51单片机 外部存储器的扩展
第八章MCS51单片机的系统扩展

第八章MCS51单片机的系统扩展


全译码法的特点：
优点： 1. 地址空间连续，且唯一确定，不存在地址
重叠现象 2. 能充分利用内存空间（地址连续）； 3. 当译码器输出端留有空余时，便于继续扩
展存储器或其它外围器件 缺点:电路连接复杂一些。
三、部分译码法
部分译码法：是指单片机片选地 址线中只有一部分参加译码，其余 部分是悬空的。
➢特点：集成度高，功耗小，价格低，电路较 复杂（需要刷新电路和相应的控制逻辑）， 广泛用于存储容量大的微机系统。
（3） 集成RAM（iRAM）
➢iRAM（Integrated RAM）是一种带 刷新逻辑电路的DRAM。因自带刷新逻 辑而简化了与微处理器的连接电路。常 用芯片2186
➢特点：兼有静态、动态RAM的优点。 使用它和使用SRAM一样方便，
(3) 紫外线擦除可编程ROM（EPROM） ➢ 用户利用编程器写入信息 ➢ 其内容可更改：在紫外线照射下使电路复位，原存
信息被擦除，然后重新编程。能反复多次使用。 ➢ EPROM广泛应用于各种微机系统，通常采用的标准
芯片有： 2716（2KB） 、2732（4KB） 2764（8KB） 、27128（16KB） 27256（32KB）、27512（64KB）。
（1） 静态RAM（SRAM）
➢基本存储单元是MOS双稳态触发器。一 个基本存储单元可存储一位二进制信息。 常用芯片6116（2KB），6264（8KB）
➢特点：集成度较低，功耗较大，电路连 接简单，断电信息丢失（易失性），常 用于存储容量较小的微机应用系统
（2） 动态RAM（DRAM）
➢利用MOS管的栅极和源极之间的电容来保 存信息。由于栅源极间电容的电荷量会逐渐 泄 漏 ， 因 此 需 要 刷 新 。 常 用 芯 片 有 2164 （64K位）等。
第八章 51单片机系统扩展

第八章 51单片机系统扩展


AB
74LS373
D7 Q7
::
::
D0 Q0
DB
74LS373是有输出三态门的电平允许8位锁存器。当 G（锁存端）为高电平时，锁存器的数据输出端Q的状态 与数据输入端D相同（透明的）。当G端从高电平返回到 低电平时（下降沿后），输入端的数据就被锁存在锁存 器中，数据输入端D的变化不再影响Q端输出。
第八章 51系统扩展
（2）工作速度匹配
MCS-51的访存时间（单片机对外部存储器进行读写所需要 的时间）必须大于所用外部存储器的最大存取时间（存储器的 最大存取时间是存储器固有的时间 ） （3）选择合适的存储容量
寻址空间64KB。锁存信号由CPU的ALE引脚提供
数据总线（ DB）：P0口提供（D7 ~ D0），共8位，是单 片机使用最为频繁的数据通道，单片机与外部交换的数据、 指令、I/O信息等几乎全由它传递。
第八章 51系统扩展
控制总线（ CB）：ALE 、 EA 、PSEN 、WR 、 RD 等。
➢ /RD、/WR：用于片外数据存储器（RAM)的读写控制， 当执行片外数据存储器操作指令MOVX时，这两个信 号自动产生。
➢ /PSEN：用于片外程序只读存储器的读控制。 ➢ ALE：用于锁存P0口上的低8位地址信号，当ALE由低
变高时，P0口上地址有效；当ALE由高变低时，地址 信号被锁存。 ➢ /EA：用于选择片内或片外程序存储器。当它为低电平 时，只访问外部程序存储器，若系统采用8031，/EA必 须接地。
第八章 51系统扩展
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。
第8章 单片机存储器扩展

第8章 单片机存储器扩展


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。
第8章 51单片机系统扩展技术

第8章 51单片机系统扩展技术


数据总线通常要连接到多个外围芯片上，而在同一时间里只能够 有一个有效的数据传送通道。哪个芯片的数据通道有效，由地 址线控制各个芯片的片选线来选择。 (3)控制总线（CB） 控制总线是一组控制信号线，其中有从单片机发出的单向线， 也有其它部件回送给的单向线，任意一根都是单向的，作为一 组总线总有两个方向，因此也称为准双向总线。系统扩展用控 制线有ALE、 、 EA 、WR 、 RD 。 PSEN ①ALE／(30脚)：地址锁存允许的输出信号。用于锁存P0口 输出的低字节地址数据。通常，ALE在P0口输出地址期间出现 低电平，用这个低电平信号控制锁存器锁存地址数据。另外， 即使单片机不访问外部芯片，ALE端仍以不变的频率周期性地 出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1／6。因此，它可 用作对外输出的时钟，或用于定时目的。
74LS373
8031
27128 16K× 8 1 VPP PG 27 M ＋5 V
ALE 30 29 PSEN
18 17 16 15 12 11
22 OE
图8-6 单片机扩展一片27128 EPROM电路
【例8.2】用译码法扩展一片2764，译 码器采用74LSl38。
PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 AT89S P0.4 P0.3 51 P0.2 P0.1 P0.0 ALE O7 O6 O5 O4 O3 O2 O1 O0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 OE 74LS 138 OE CE Y0 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
1. 随机存储器的常用芯片

第8章-MCS-51单片机系统扩展

一个I/O接口芯片可以有多个I/O端口， （1）数据口（2）命令口（3）状态口
I/O端口编址是给所有I/O接口中的寄存器编址。
8
I/O端口编址两种方式：独立编址与统一编址 统一编址方式 MCS51采用这种方式
I/O寄存器与数据存储器单元同等对待，统一编址。 • 不需要专门的I/O指令，直接使用访问数据存储器
• 芯片的片选和芯片内的字选
片选控制
– 线选法 • 利用高端地址线（未用到的地址线）直接作为外扩芯片
的片选线，线路简单 • 地址空间有重叠，即同一存储空间可能对应多个地址 • 适用于系统芯片数目较少
– 译码选通法
• 高端地址线经译码器译码后作为存储器片选线，线路需
增加译码器芯片
• 地址空间连续，存储芯片空间对应地址唯一
的指令进行I/O操作，简单、方便且功能强。 • 每一接口芯片中的一个功能寄存器（端口）的地
址就相当于一个RAM单元。
9
I/O数据的几种传送方式 为实现和不同的外设的速度匹配，I/O接口必须
根据不同外设选择恰当的I/O数据传送方式。 I/O数据传送的几种传送方式是： （1）同步传送（2）异步传送（3）中断传送。
第8章 MCS-51单片机系统扩展
1
单片机系统扩展主要内容
内容指南 前面几章介绍了单片机片内资源的工作原理与应用。 当单片机片内资源不够用时，单片机可以进行外部 资源的扩充。本章介绍外部资源的扩充原理，包括 存储器、A/D、D/A的扩展技术和应用举例。
学习目标 • 单片机系统扩展的概述 • 存储器、A/D、D/A的外部扩展原理 • 扩展多片芯片的电路与编址
28
DAC0832 8253
29
30
31
32

第8章 89C51单片机的系统扩展

5V 5V 5V 5V 5V DOUT
任意
H L H
高阻
DIN DOUT
正脉冲
L L
高阻
注：L：TTL低电平；H：TTL高电平；DOUT：数据输出； DIN：数据输入。
2、2732EPROM存储器 2732是4K×8紫外线擦除电可编程只读存储 器。单一+5V供电，最大工作电流为100mA， 维持电流为35mA，读出时间为250ns。引脚如 图8-2。
CE
OE WE RDY/BUSY N.C.
写入使能
器件忙闲状态指示 空脚
图8-6 2817A引脚图
2817A的3种工作方式见表8-6。
表8-6 2817A工作方式选择（VCC = +5V）
方 引
式 读 维持 字节写入 字节擦除 脚
CE （20） L OE （22） L WE （27） H 任意 L
输入/输出
（11～13,15～19） DOUT
×
H
高阻
DIN DOUT
L L
L
注：DATA查询为数据查询方式。
8.1.3 典型程序存储器的扩展方法
1、程序存储器扩展方法
i=N-8
P2.0～P2.i
N～7 A8～AN
ALE 89C51 +5V EA 8 P0 PSEN
锁 存 器
8 A0～A7 EPROM 8 CE D0～D7 OE
VCC
输出
（28） （11～13,15～19） 5V 5V 6V 6V 6V DOUT
任意
H L 任意
任意
L H 任意
高阻
DIN DOUT
L
L H
编程检验 编程禁止
高阻

CH8-MCS-51单片机系统扩展


8.1 外部总线扩展及常用器件
输入 /MR L H H CLK X ↑ ↑ D X H L 输出 Q L H L
74LS273：带清除端的8D锁存器，清除端MR低电平清0， 高电平时具有锁存功能；锁存控制端CLK 上升沿触发锁存。
8.1 外部总线扩展及常用器件
单片机应用系统中扩展的三总线上挂接很多负载（存储器、 并行接口、A/D接口、显示接口等）, 但总线接口的负载能 力有限, 因此常需要通过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, 因此驱动器除了对后级电路驱动外，还能对负载的波 动变化起隔离作用。 系统总线中AB和CB是单向的, 可选用单向驱动器。 系统总线中DB是双向的, 要选用双向驱动器。
8.2 外部存储器的扩展
部分译码存储器扩展接图示
8.2 外部存储器的扩展
部分译码各芯片地址范围:
IC P27 ~ P24 00?? 0000 0001 0010 0011 01?? 10?? 11?? P23 ~ P20 P07 ~ P00 地址范围 0000H-0FFFH 1000H-1FFFH 2000H-2FFFH 3000H-3FFFH 7000H-7FFFH B000H-BFFFH F000H-FFFFH
8.2 外部存储器的扩展
1个机器周期
S1 OSC ALE PSEN RD/WR P2 P0 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2
1个机器周期
S3 S4 S5 S6
PCH输出
PCL输出 指令输入 RAM地 址输出
DPH输出或P2输出
输入输出数据
PCH输出
PCL输出
MOVX @DPTR时DPL输出或 MOVX @Ri时Ri内容输出

单片机第八章 MCS-51 单片机的系统扩展


8051
共阴极 数码管
C5 C4 C3 C2 C1 C0
P3.5 P3.4 . . P3.0
反 向 驱 动 图 8-13 扫描式显示电路
原理： 8051的P1口输出字型码到所有数码管的a~g各 段（1—亮，0—暗），P3口输出位选字，选中某一 个数码管（因为加了一级反相器，所以1—亮，0— 暗），使该数码管显示相应的字型，其余数码管不 亮。轮流点亮每个数码管并不断扫描，最后各数码 管得到稳定的字型显示。
P2.7
单片机 8031
WR RD ALE
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
74LS 373
G
Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7
P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
5.常见系统扩展电路
（1）单一功能的系统扩展 存储器的扩展（程序存储器、数据存储 器、E2PROM ） 外部中断源的扩展（简单门电路） 并行口的扩展（8155） （2）综合功能的扩展 外部RAM、定时器、并行口扩展（8155） 存储器、并行口、定时器扩展（多芯片）
6.地址空间分配
两种地址选择方法： （1）线选法：将某一根地址线作为片选信号 优点：不需译码器，节省硬件、成本低、设计简单、 体积小 缺点：外部扩器件数目受限制，地址空间利用率不高 （2）地址译码法：目的是减少各部器件所占用的地 址空间，以增加扩展部器件的数量。最常用的是 74LS138，（真值表P199表8-1）。 优点：地址空间利用率高 缺点：增加硬件、设计复杂、成本高
OE
ALE PSEN ALE PSEN P2

第8章-MCS-51单片机系统扩展

28
DAC0832 8253
29
30
31
32
11
3.中断传送方式. 外设准备好后，发中断请求，单片机进入与外设数
据传送的中断服务程序，进行数据的传送。中断服务 完成后又返回主程序继续执行。工作效率高。
常用的I/O接口电路芯片 Intel公司的配套可编程I/O接口芯片的种类齐
全，为扩展I/O接口提供了很大的方便。或者采用 通用的TTL集成电路芯片。
一个I/O接口芯片可以有多个I/O端口， （1）数据口（2）命令口（3）状态口
I/O端口编址是给所有I/O接口中的寄存器编址。
8
I/O端口编址两种方式：独立编址与统一编址 统一编址方式 MCS51采用这种方式
I/O寄存器与数据存储器单元同等对待，统一编址。 • 不需要专门的I/O指令，直接使用访问数据存储器
25
上图中各片62128地址分配
P2.7 P2.6 译码输出 选中芯片 地址范围 存储容量
0
0
YO*
IC1 0000H-3FFFH 16K
0
1
ห้องสมุดไป่ตู้
Y1*
IC2 4000H-7FFFH 16K
1
0
Y2*
IC3 8000H-BFFFH 16K
1
1
Y3*
IC4 C000H-FFFFH 16K
26
27
6264 8255
• 适用于多片存储器扩展
14
1. 线选法
15
16
17
18
用线选法扩展多片外部数据存储器6264的电路
19
地址线为A0～A12，故剩余地址线为三根。用线选 法可扩展3片6264。3片6264对应的地址空间如下。

第八章 单片机应用系统扩展


（2）．锁存器74LS573 输入的D端和输出的Q端依次排在芯片的两侧，为绘制印刷电 路板时的布线提供了方便。
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。 /OE：数据输出允许信号，低电平 有效。
8.1 程序存储器扩展
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
74LS373
2716(2k) EPROM
51单片机
PSEN
2716(2kx8)的地址范围为0000H ~ 07FFH。
例：扩展4KB程序存储器。
+5V VCC PGM VPP P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 EA P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 ALE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OE CE GND D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 G OE Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 A11 A10 A9 A8
2．译码法
使用译码器对89C51的高位地址进行译码，将译码
器的译码输出作为存储器芯片的片选信号。是最 常用的地址空间分配的方法，它能有效地利用存 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（3-8译码器） 74LS139（双2-4译码器）74LS154（4-16译码器）。
表8.1 2716（2K）/2732（4KB）的引脚
VCC PGM VPP A10 A9 A8
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
A0~A10 （2716） A0~A11 （2732） D0~D7 CE PGM
地址线 数据输出线 片选 程脉冲输入
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常 用 的 电 源 监 控 复 位 芯 片 有 CSI24C161 、 DS1232 、 X5045等。目前大多数单片机已经在内部集成了看门狗电路。
第八章 51系统扩展
9. 硬件日历时钟
由单片机构成的大多数计费、计时系统中，日期和时间是 数据库中的一个重要参数，为此需要在单片机系统中扩展日历 时钟芯片。常用的日历时钟接口电路有DS1302、DS12887等。
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。
第八章 51系统扩展
8031的/EA端必须接地，用以访问外部存储器。由 于只有一片EPROM所以/OE 可以接地。
第八章 51系统扩展
5. 串行通信接口
单片机通常都提供了一个串行通信接口，且信号为TTL 电平，为了方便单片机系统与PC机、打印机、外设等接口， 往往需要扩展通用的RS-232通信接口。为了实现远距离通信， 还要扩展RS-485通信接口。常用的RS-232接口芯片为 MAX232，常用的RS-485接口芯片为MAX485。
第八章 51系统扩展
§8.2 存储器的扩展
8.2.1 外部总线的扩展
一、三总线结构
系统扩展是指为加强单片机某方面功能，在最小应用系 统基础上，增加一些外围功能部件而进行的扩充。
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。
地址总线（AB）：P0口提供（A7 ~ A0）； P2口提供（A15 ~ A8），共16位。
外部数据存储器有SRAM、Flash EEPROM。
3. 并行I/O口资源扩展
在较为复杂的控制系统（尤其是工业控制系统，如可编程 控制器）中，经常需要扩展I/O口。常用的I/O接口芯片有74HC 系列锁存器/寄存器、8255和8155等。
第八章 51系统扩展
4. 键盘和显示器
键盘和显示器提供了用户与单片机应用系统之间的人机 界面，用户通过键盘向单片机系统输入数据或程序，而通过 显示器用户可以了解单片机系统的运行状态。
第八章 51系统扩展
二. 扩展存储器的选择
单片机系统扩展的存储器根据用途可以分为程序存储器 （一般用ROM）和数据存储器（一般用RAM）两种类型。
MCS-51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题： 1）选择合适类型的存储器芯片 只读存储器（ ROM ）常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 E2PROM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（ RAM ）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。若所用的RAM容量较小或要求较高的存取速度，则宜采 用 SRAM ； 若 所 用 的 RAM 容 量 较 大 或 要 求 低 功 耗 ， 则 应 采 用 DRAM，以降低成本。 目前倾向于选择Flash存储器。
寻址空间64KB。锁存信号由CPU的ALE引脚提供
数据总线（ DB）：P0口提供（D7 ~ D0），共8位，是单 片机使用最为频繁的数据通道，单片机与外部交换的数据、 指令、I/O信息等几乎全由它传递。
第八章 51系统扩展
控制总线（ CB）：ALE 、 EA 、PSEN 、WR 、 RD 等。
➢ /RD、/WR：用于片外数据存储器（RAM)的读写控制， 当执行片外数据存储器操作指令MOVX时，这两个信 号自动产生。
当单片机内部程序存储器ROM容量无法满足应用系统要求时， 需要在外部进行扩展。对于80C51系列，内部存储器都达到 64KB，用户没有必要再扩展外部程序存储器。
第八章 51系统扩展
2. 外部数据存储器RAM 由于单片机的内部数据存储器容量较小，在需要大量数
据缓冲的单片机应用系统中（如语音系统、商场收费POS） 仍然需要在外部扩展数据存储器。
第八章 51系统扩展
二、总线驱动
作为数据/地址复用总线的P0口可以驱动8个TTL门负 载，P1、P2、P3只能可靠地驱动4个TTL门负载。若扩展 的三总线上挂接的负载过多时（如存储器、并行接口、A/D 接口、显示接口等），系统便不能稳定可靠地工作，因此 常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，因此驱动器除了对后级电路驱动外，还能对负 载的波动变化起隔离作用。
单片机系统是指以单片机为核心，根据其应用目标扩展 相关的外围电路所构成的硬件系统，外部扩展是和应用紧密联 系的。本章只是对单片机系统中存储器和并行接口扩展加以论 述。
第八章 51系统扩展
8.2.2 单片机系统扩展结构与编址技术
单片机通过三总线扩展外部接口电路。这时 P0、P2 口用作 外部扩展总线，无法再作为通用 I/O 口。P0 口经锁存器 74HC573 在 ALE 下降沿输出有效的低 8 位地址信号与 P2 口组成 16 位地 址总线。片外有效的 ROM 和 RAM 寻址空间（包括片外 I/O） 为 0x0000～0xFFFF 共 64KB。P0 口在地址 ALE 下降沿之后作 为 8 位数据总线。P3 口的读写控制信号 RD 、 WR 和程序选通 信号 PSEN 等作为控制总线。
难点：存储器和IO设备的地址计算，根据 实际需要适当地进行系统扩展。
第八章 51系统扩展
单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的 控制时，它自身的功能远远不能满足需要。为此，应 扩展其功能。
MCS-51单片机的扩展性能较强，根据需要， 可扩展：
ROM、RAM； 定时 / 计数器； 并行I / O口、串行口； 中断系统扩展等。
第八章 51系统扩展
§8.1 MCS-51单片机最小系统
具有简单的I/O、能维持单片机的运行、并能实现一些基 本功能的，由单片机和最简单的外围电路所构成的系统称为最 小系统。
一、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。
Байду номын сангаас
第八章 51系统扩展
该系统的资源如下： 4KB ROM，256B RAM； 五源中断系统； 两个十六位加一定时 / 计数器； 一个全双工串行UART； 四个并行I / O口。
当单片机系统需要更多的串行通信接口时，可以通过串 行口芯片扩展，常用的串行口芯片有8251、8250、16C554 等。
第八章 51系统扩展
6. 模数转换A/D
A/D转换接口将外设输入的模拟量转换为计算机使用的 数 字 量 ， 常 用 的 A/D 转 换 芯 片 有 ADC0808/0809 、 ADC0816/0817、ADC1140、ADC71/76、AD574A等。
第八章 51系统扩展
第八章 MCS-51系统扩展
第八章 51系统扩展
主要内容：MCS-51单片机系统扩展的基本 原理和方法；常用器件的选择和应用；总线 的使用和典型接口电路；根据实际连接进行 存储器和IO设备的地址计算。
重点：常用器件的选择和应用；总线标准和 典型接口电路；存储器和IO设备的地址计 算。
第八章 51系统扩展 图 5.3 MCS - 51外部三总线示意图
第八章 51系统扩展 注意：P0口线地址 / 数据分时复用，需用地址锁存器 74LS373锁存地址。
图 5.4 地址锁存器的引脚和接口
第八章 51系统扩展
D
D
GQ
Q
D
D
GQ
Q
:
:
D
D
:
GQ
Q
G OE
P2 ALE
P0
80C31
G OE
AT89C52 的 EA 接 Vcc，表示从 0000H～1FFFH 取指令操作
均在片内，片外程序存储器地址从 2000H 开始。如果 EA 接 GND，则从 0000H～FFFFH 取指令操作均在片外进行。 RAM、I/O 和 CLOCK 则处于数据存储器空间，通过读写
选通控制有效信号 RD 、WR 对其进行读/写和输入/输出操
第八章 51系统扩展
图8.1为AT89C52单片机通过三总线的扩展系统 结构示意图。
图8.1
第八章 51系统扩展
由图 8.1 可知单片机采用三总线扩展 ROM、RAM、I/O 和 CLOCK 等接口电路，ROM 处于程序存储器空间，当取 指控制信号 PSEN 有效时从 ROM 读出程序指令，图 8.1 中
AB
74LS373
D7 Q7
::
::
D0 Q0
DB
74LS373是有输出三态门的电平允许8位锁存器。当 G（锁存端）为高电平时，锁存器的数据输出端Q的状态 与数据输入端D相同（透明的）。当G端从高电平返回到 低电平时（下降沿后），输入端的数据就被锁存在锁存 器中，数据输入端D的变化不再影响Q端输出。
作。
第八章 51系统扩展
译码器产生地址译码信号，在任一时刻其输出的有效 片选信号使得单片机只能访问RAM、I/O 和CLOCK其中之 一，避免了总线竞争现象。
地址译码有两种方法，线选法和全地址译码法。
1. 线选法
线选法一般用于扩展少量的片外存储器和I/O接口芯片。 所谓线选法通常是将单片机的高8位地址线A8～A15中的某 几根与外部接口芯片的片选端一一相连，当该地址线为0时 （对0选通有效的外部芯片而言），与该地址线相连接的外 部芯片被选通。这种方法的缺点是：全部地址空间是断续的， 每个接口电路的地址空间又可能是重叠的。
第八章 51系统扩展
常用的总线驱动器
系统总线中地址总线和控制总线是单向的，因此驱动器 可以选用单向的，如74LS244。 74LS244还带有三态控制, 能 实现总线缓冲和隔离。 .