MCS-51单片机外部并行接口扩展技术

➢ I/O接口指令：MOVX ➢ 接口信号与时序：与外RAM扩展方法一样 ➢ 输入/输出的数据交换方式（例 A/D转换器）：无条
件方式；延时等待方式；查询方式；中断方式
2020/9/12
单片机系统扩展使用的外部总线有以下三种： ➢ 地址总线：P0口(A0～A7)，P2口(A8～A15)； ➢ 数据总线：P0口(D0～D7)； ➢ 控制总线：控制信号(ALE、/PSEN、/EA、/WR、
➢ 特点： ✓ 掉电保护数据，即非易失性； ✓ 多缓冲结构，写入时可页写！写入时，有页加载（MOVX操 作）＋页存储（几个毫秒）； ✓ 写入时数据存储结束可通过数据查询（最高位D7编程时反 向状态，编程结束后，恢复正确的数据）或忙状态判断； ✓ 读出时，与普通ROM一样（方法及速度）； ✓ 可作RAM使用（写入低速），也可作ROM使用！
A0~A7
扩展时注意的问题： ➢ 地址锁存器的选用：74LS373 ➢ 存储器空间冲突问题：外RAM（/RD、/WR）有效，由
MOVX实现；外ROM（/PSEN）有效，由PC指针自动实 现，由于CPU的内ROM化，使/PSEN作用弱化。 ➢ 编址技术问题：必须会！
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5.1.2 编址技术
/RD)的具体定义见表5-1。
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MCS-51系统扩展结构图
单片机
数据存储器
程序存储器
I/O接口
地址总线AB 数据总线DB 控制总线CB
I/O接口
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单片机扩展总线结构图
PSEN
RD
单 WR 片 机 P2
ALE
EA
P0
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CB
A8~A15
锁存器 D0~D7
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5.1.1 系统总线扩展
MCS-51系列单片机系统扩展主要包括存储器扩 展、I/O口的扩展。存储器扩展分为程序存储器的扩 展、数据存储器的扩展。扩展的能力为： ➢ 程序存储器可扩展至64KB； ➢ 数据存储器可扩展至64KB； ➢ I/O口的扩展。
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➢ 注意：MCS-51单片机的外部数据存储器和扩展I/O口 是统一编址的，即每一个扩展的I/O口相当于外部 RAM的一个存储单元，所以，对I/O端口的访问与对 外部RAM的读/写操作一样。
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5.2.2数据存储器的扩展
➢ 为什么要扩展？
8031片内只有128个字节，8032只有256个字节。片外扩展一般 小于64K。
➢ 用什么扩展？
RAM，6116（2K），6264 （8K） ，62256（32K） ✓ AN～A0：地址端 ✓ D0～D7：数据端 ✓ VCC、GND：电源端 ✓ /CE：片选信号 ✓ /OE：读信号线 ✓ /WE：写信号线
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ROM+RAM扩展
➢ 共用74LS373 是由于访问时分时进行
➢ 共用高位地址线和数据线/低位地址线 2764由/PSEN选通，6264由/RD与/WR选通，P0数据互不干扰
➢ P2具有动态功能 当P2口有外部RAM地址时，又要对片外ROM取指时，原RAM地 址暂时消失而出现取指的高位地址，取指结束后，原RAM地 址被恢复，因此，称为动态端口。但P2口地址被指定后，不 会被取指操作所破坏。
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教学要求：
本章介绍了单片机并行接口扩展技术的工作原理、 特点及应用实例。要求掌握系统扩展方法、键盘及显 示器原理、A/D和D/A转换电路的原理及扩展应用；了 解常用典型并行接口器件应用，在实际中使用它们。
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第5章 MCS-51单片机外部并行接口扩展技术
➢ 5.1 系统总线扩展及编址技术
➢ 5.2 存储器扩展 ➢ 5.3 并行口扩展 ➢ 5.4 键盘/显示器接口扩展技术 ➢ 5.5 模拟量I/O通道 ➢ 5.6 开关量I/O通道 ➢ 5.7 本章小结
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5.1 系统总线扩展技术及编址技术
由于MCS-51单片机内部资源数量和种类的 限制，因此在实际使用时系统常常需要由外部 扩展，其中包括外部程序存储器的扩展、外部 数据存储器的扩展和I/O 端口的扩展以及其他 功能器件的扩展等。本节介绍采用并行总线结 构的单片机扩展方法及编址方法。
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读RAM时序
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写RAM时序
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RAM扩展
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➢ 读写的执行过程： ✓ 读RAM： /PSEN取指－－指令（ROM中）通过P0口入CPU－－ P2P0提供RAM地址－－/RD有效－－RAM中的数据通 过P0口入CPU。 ✓ 写RAM： /PSEN取指－－指令（ROM中）通过P0口入CPU－－ P2P0提供RAM地址－－/WR有效－－CPU中的数据通 过P0口入外部RAM 。
✓ AN～A0：地址端 ✓ D0～D7：数据端 ✓ VCC、GND：电源端 ✓ /CE：片选端 ✓ /OE：输出信号允许端 ✓ VPP：编程电压输入端
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EPROM器件
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EPROM器件
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EPROM器件
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➢怎样扩展？
✓ 首先我们了解单片机怎样从外存中取指，取指信号操作包 括ALE、/PSEN、P2和P0
双CPU系统中 ➢ 非易失数据存储器NVRAM:DS1230Y/AB
管脚兼容、使用与SRAM一样，但有电源低写保护，自动电源 切换电路等!(教材P123-P124)
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IDT7132引脚图
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IDT7132典型应用图
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➢ 并行EEPROM(E2PROM) 28C16、28C17、28C64等
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RAM器件
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➢怎样扩展？
✓ 首先我们了解读/写外部RAM的时序。 ✓ 怎样扩展？
看图 ✓ 分析
A.74LS373的作用，与扩展ROM一样，锁存低8位地址； B.高位地址线的连接决定地址单元编号，举例； C. 信号线的连接
/RD---/OE；/WR---/WE；P2---AN～A8 P0---D0～D7（A7～A0，经74373锁存）
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28C64引脚图
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28C64典型应用图
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✓ 怎样扩展？ 看图。
✓ 分析 A.74LS373的作用； G=1，Q0～Q7=D0～D7 G下降沿时，D0～D7被锁存在Q0～Q7上 利用该特点，将ALE与G端相连。 B./PSEN与/OE线的连接。
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取指时序
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ROM扩展
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注意：
➢ 2716、2732、27128等的扩展方法与2764类似，只是P2口与地 址线连接数量有差异。
➢ ALE与/PSEN信号每MC出现两次，即1MC取指两次。单字节指令 取指1MC，双字节指令取指1MC，3字节指令（DJNZ，CJNE）取 指2个MC。
➢ 执行MOVX时，由于需要用P2口提供外部RAM的高8位地址，因 此当取出MOVX指令时，下一个机器周期/PSEN和ALE无效，此 时，P2提供RAM高8位地址，/RD或/WR有效，P0输入/输出MOVX 中的数据，因此MOVX需要2个MC才被执行。
E2PROM和NVRAM等，自己找资料及教材 看不作要求）
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5.2.1程序存储器的扩展
➢ 为什么要扩展？ 8031片内无ROM，8051、8751、89C51等内ROM容量不够 。
➢ 用什么扩展？ EPROM，2716（2K），2732（4K），2764（8K），
…27512（64K）
第5章 MCS-51单片机外部并行接口扩展技术
教学提示：MCS-51单片机。并行接口扩展主要包括系统扩 展、键盘及显示器原理和应用、A/D及D/A转换电路的 设计与实现和开关量输入/输出通道的设计。了解并 行接口扩展技术的工作原理和特点，并在实际中使用 它们，是单片机设计与应用的重要组成部分。
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ROM+RAM扩展结构示意图
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地址编码举例
2020/9/12
地址编码举例
2020/9/12
➢ 问题： 单片机执行MOVX一次，ALE信号将丢失1个脉冲，怎样捡回
该脉冲，使ALE等于FOSC/6？ ➢ 超空间扩展
大于64K字节的扩展问题 ➢ 双端口RAM:IDT7132（典型的应用图）
地址的译码： ➢ 线选法：简单，但浪费地址资源； ➢ 译码法：稍复杂，但地址资源的利用率高。
常用的器件有74LS138。全译码与部 分译码。
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线选法
2020/9/12
译码法
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5.2 存储器扩展
➢ 5.2.1 程序存储器的扩展 ➢ 5.2.2 数据存储器的扩展 ➢ 5.2.3 非易失性数据存储器的扩展（有并行