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1、第7 章 单片机的扩展技术,2,4,7.1 单片机系统扩展概述,7.2 单片机存储器 的扩展,7.3 单片机 的扩展,思考与练习题,7.1 MCS 51 单片机系统扩展概述,7.1.1 单片机最小应用系统 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 或 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。对于目前国内较多采用的内部无程序存储器的芯片来说，则要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统。 一、片内带程序存储器的最小应用系统,下一页,返回,7.1 MCS 51
2、 单片机系统扩展概述,片内带程序存储器的、 本身即可构成一片最小系统，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，同时接高电平， 信号不用，系统就可以工作。如图 （）所示该系统的特点如下。 （）系统有大量的 线可供用户使用：、 四个口都可以作为 口使用。内部存储器的容量有限。 （）只有 的 和 的程序存储器。 （）应用系统的开发具有特殊性，由于应用系统的 口、 口在开发时需要作为数据、地址总线，故这两个口上的硬件调试只能用模拟的方法进行。 的应用软件须依靠厂家用掩膜技术置入，故一般只适用于可作大批量生产的应用系统。,上一页,下一页,返回,7.1 MCS 51 单片机系统扩展概述,二、片内无程序存储
3、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。由于一般用作程序存储器的 芯片不能锁存地址，故扩展时还应加个锁存器，构成一个 片最小系统，如图 （）所示。该图中 为地址锁存器，用于锁存低 位地址。,上一页,下一页,返回,7.1 MCS 51 单片机系统扩展概述,7.1.2 系统扩展的内容与方法 一、单片机的三总线结构 当单片机最小系统不能满足系统功能的要求时，就需要进行扩展。为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接，常将单片机的外部连线变为一般的微型计算机三总线结构形式。对于 系列单片机，其三总线由下列通道口的引线组成。 地址总线：由 口提供高 位地址线，
4、此口具有输出锁存的功能，能保留地址信息。由 口提供低 位地址线。 数据总线：由 口提供。此口是双向、输入三态控制的 位通道,上一页,下一页,返回,7.1 MCS 51 单片机系统扩展概述,控制总线：扩展系统时常用的控制信号为： 地址锁存信号，用以实现对低 位地址的锁存。 片外程序存储器取址信号。 片外数据存储器读信号。 片外数据存储器写信号。 图 为单片机扩展成三总线结构的示意图。这样一来，扩展芯片与主机的连接方法同一般三总线结构的微型计算机就完全一样了。对于 系列单片机而言， 公司专门为它们配套生产了一些专用外围芯片，使用起来就更加方便。,上一页,下一页,返回,7.1 MCS 51 单片机系
5、统扩展概述,二、系统扩展的内容与方法 （）系统的扩展一般有以下几方面的内容。 外部程序存储器的扩展； 外部数据存储器的扩展； 输入输出接口的扩展； 管理功能器件的扩展（如定时器计数器、键盘显示器、中断优先编码器等）。,上一页,下一页,返回,7.1 MCS 51 单片机系统扩展概述,（）系统扩展的基本方法： 使用 中小规模集成电路进行扩展； 采用 微处理器外围芯片来扩展； 采用为 系列单片机设计的一些外围芯片，其中许多芯片可直接与 系列单片机连用； 采用与 外围芯片兼容的其他一些通用标准芯片。,上一页,下一页,返回,7.1 MCS 51 单片机系统扩展概述,7.1.2 常用扩展器件简介 在 单片
6、机系统的扩展中常用的扩展器件如表 所示。现将另外几种常用器件简介如下。 一、 锁存器 是一种带输出三态门的 锁存器，其结构示意图如图 所示。图 为 用作地址锁存器时的示意图。其中： 为 个输入端。 为 个输出端。 为数据打入端：当 为“”时，锁存器输出状态（ ）同输入状态（ ）；当 由“”变“”时，数据打入锁存器中,上一页,下一页,返回,7.1 MCS 51 单片机系统扩展概述,二、总线驱动器， 总线驱动器 和 经常用作三态数据缓冲器。 为单向三态数据缓冲器，而 为双向三态数据缓冲器。单向的内部有 个三态驱动器，分成两组，分别由控制端和控制；双向的有 个三态驱动器，每个方向 个。在控制端有效时
7、 （为低电平），由 端控制驱动方向： 为“”时方向从左到右（输出允许）， 为“”时方向从右到左（输入允许）。 和 的引脚图如图 5所示。,上一页,下一页,返回,7.1 MCS 51 单片机系统扩展概述, 口如外接总线驱动器，可用单向的，其连接图如图 （）所示。它的两个控制端和均接地，相当于 个三态门均打开，数据从 口到 端直通，也就是说。此处采用 纯粹是为了增加驱动能力而不加任何控制。 图 （）为 口外接 的连接图。 二、 译码器,上一页,下一页,返回,7.1 MCS 51 单片机系统扩展概述, 译码器 为一种常用的地址译码器芯片，其管脚图如图 所示。其中，、三个控制端，只有当 为“”且、均为
8、“”时，译码器才能进行译码输出。否则译码器的 个输出端全为高阻状态。具体使用时，、与既可直接接至 端或地，也可参与地址译码。但其译码关系必须为。需要时也可通过反相器使输入信号符合要求。,上一页,返回,7.2 单片机存储器的扩展,7.2.1 线选法与译码法 系列单片机具有 的程序存储器空间，其中、 型单片机含有 的片内程序存储器，而 型单片机则无片内程序存储器。当采用、 型单片机而程序超过 ，或采用 型单片机时，就需要进行程序存储器的扩展。 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 ，而片内的数据存储器空间只有 。如果片内的数据存储器不够用时，则需进行
9、数据存储器的扩展。存储器扩展的核心问题是存储器的编址问题。所谓编址就是给存储单元分配地址。,下一页,返回,7.2 单片机存储器的扩展,由于存储器通常由多片芯片组成，为此存储器的编址分为两个层次：即存储器芯片的选择和存储器芯片内部存储单元的选择。 存储器芯片的选择有两种方法：线选法和译码法。 线选法 所谓线选法，就是直接以系统的地址线作为存储器芯片的片选信号，为此只需把用到的地址线与存储器芯片的片选端直接相连即可。 译码法 所谓译码法就是使用地址译码器对系统的片外地址进行译码，以其译码输出作为存储器芯片的片选信。,上一页,下一页,返回,7.2 单片机存储器的扩展,译码法又分为两种：完全译码和部分
10、译码两种。 （）完全译码。 地址译码器使用了全部地址线，地址与存储单元一一对应，也就是 个存储单元只占用 个唯一的地址。 （）部分译码。 地址译码器仅使用了部分地址线，地址与存储单元不是一一对应，而是 个存储单元占用了几个地址。 根地址线不接，一个单元占用 （）个地址； 根地址线不接，一个单元占用 （ ）个地址； 根地址线不接，则占用 （ ）个地址，依此类推。,上一页,下一页,返回,7.2 单片机存储器的扩展,7.2.2 外部程序存储器的扩展 一、只读存储器简介 半导体存储器分为随机存取存储器（ ）和只读存储器（ ）两大类，前者主要用于存放数据，后者主要用于存放程序。 只读存储器是由 管阵列构
11、成的，以 管的接通或断开来存储二进制信息。按照程序要求确定 存储阵列中各 管状态的过程叫做 编程。根据编程方式的不同， 可分为以下 种。 . 掩膜 掩膜 简称为，其编程是由半导体制造厂家完成的，即在生产过程中进行编程。,上一页,下一页,返回,7.2 单片机存储器的扩展,. 可编程 （） 芯片出厂时并没有任何程序信息，其程序是由用户写入的，与掩膜 相比，有了一定的灵活性，批量也不一定很大。 . 可擦除 （ 或） 可擦除 芯片的内容由用户写入，并允许反复擦除重新写入。 芯片每个字节可改写万次以上，信息的保存期大于 年。这种芯片给计算机应用系统带来很大的方便，不仅可以修改参数，而且断电后能保存数据。
12、它的缺点是价格偏高。 二、单片 的扩展,上一页,下一页,返回,7.2 单片机存储器的扩展,单片 的引脚图如图 所示。 引脚简介： ： 根地址线引脚，共 容量。 ： 位数据线，因 数据只能读，因此为单向数据传送引脚。 ：片选线，低电平有效。 ：数据输出选通端，低电平有效。 ：编程电源输入端。 ：主电源。 有 种工作方式，见表 。,上一页,下一页,返回,7.2 单片机存储器的扩展,单片机与 的扩展原理图如图 所示 本身不带地址锁存器，扩展时需要加上地址锁存器，如。扩展的电路图如图 所示，注意控制引脚的连接。 由图 可确定 芯片的地址范围。方法是 从全 开始，然后从最低位开始依次加，最后变为全，相当于 个单元地址依次选通，称为字选。 . . . 地址范围 ,上一页,下一页,返回,7.2 单片机存储器的扩展, （首地址） （末地址 三、多片 的扩展 线选法 图 是采用线选法扩展 片 的连接图 各芯片的地址范围如下： 芯片片选字选地址范围,上一页,下一页,返回,7.2 单片机存储器的扩展, （首地址) （末地址） （首地址） （首地址） （首地址） （末地址,上一页,下一页,返回,7.2 单片机存
