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1、第八章 MCS-51 单片机的系统扩展 本章主要介绍51系列单片机系统扩展问 题，在本章中要研究较多的硬件方面及硬软 结合方面的问题，本章与第一章关系密切， 在学习本章内容之前，要先明确51系列单片 机本身的系统资源，可先复习一下前面几章 的有关单片机硬件组成方面的内容。 本章将介绍以下具体内容： 系统扩展的含义、单片机的地址总线和 数据总线、常见系统扩展电路举例。 8.0 前言 1.系统扩展的含义 单片机中虽然已经集成了CPU、I/O口、 定时器、中断系统、存储器等计算机的基本 部件（即系统资源），但是对一些较复杂应 用系统来说有时感到以上资源中的一种或几 种不够用，这就需要在单片机芯片外加
2、相应 的芯片、电路，使得有关功能得以扩充，我 们称为系统扩展（即系统资源的扩充）。 2.系统扩展分类-单一功能的扩展 综合功能的扩展 3.系统扩展需要解决的问题- 单片机与相应芯片的接口电路连接（即 地址总线、数据总线、控制总线的连接）与 编程。 51系列单片机没有专用的对外地址总 线和数据总线，其P0口和P2口既是通用I/O 口，同时P0口还是分时复用的双向数据总 线和低8位地址总线（一般需要加一级锁存 器），而P2口则是高8位地址总线。 4.单片机的地址总线和数据总线 （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
3、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 ） 5.常见系统扩展电路 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 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。 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。 图中：/E 三态门控制端 G 低
4、电平锁存 三总线的概念: 地址总线 AB，P0口提供（A7 A0）； P2口提供（A15 A8），共16位。 数据总线 DB，P0口提供（D7 D0），共8位。 控制总线 CB，ALE 、 、 、 、 等。 .程序存储器的作用-存放程序代码或常 数表格 .扩展时所用芯片-一般用只读型存储器 芯片（可以是EPROM、E2PROM、 FLASH芯片等 ）。 .扩展电路连接 - 用EPROM 2764扩展程 序存储器。 .存储器地址分析-究竟单片机输出什么 地址值时，可以指向存储器中的某一单元。 8.1 存储器的扩展 8.1.1 程序存储器的扩展 2764-8K EPROM 2764引脚功能 A0A
5、12地址线 CE 选片 OE 读 D0D8数据线 VPP A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND Vcc PGM N.C A8 A9 A11 OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3 2764 .扩展时所用芯片1 编程脉冲输 入 PGM 编程电源 Vpp D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 G 74LS373 GND+5V E Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 .扩展时所用芯片2 373引脚功能 D0D7数据输入 E 输出允许 G 数据输出 Q0Q7 使能端 当E=0，G=1时， 输出Q=输入D(透明)； 当E=0，G
6、=0时， 输出Q端不变（锁存） 当E=0，输出高阻态 .扩展电路连接 图8-4 扩展电路 单片机 8031 P2.0 : . A8 . . . ALE PSEN 74LS 373 G 2764 A7 . . A0 O0 . . O7 P0.0 : P0.7 OE CE Q0 . . Q7 D0 . . D7 8031 2764 数据总线的连接： P0.0-P0.7（数据总线）-O0-O7 地址总线的连接： P0.0-P0.7（地址总线低8位）- A0-A7 P2.0-P2.4（地址总线高8位中的5位）- A8-A12 控制总线的连接： PSEN（程序存储器允许，即读指令） - OE ALE（地
7、址锁存允许）-接373的使能端G 经过锁存器373 A12 P2.4 一个机器周期 ALE PSEN P2 P0 地址A8A15 地址A8A15 A0A7A0A7 指令码指令码 图8-2 从外存取指令时序图 .存储器地址分析-究竟单片机输出什么地址值时， 可以指向存储器中的某一单元。 8031 P2.4 P2.0 P0.7P0.0 选中单元 (2764 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0（0000H）0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1（0001H）1 0 0 0 0 0 0
8、 0 0 0 0 0 1 0（0002H）2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1（0003H）3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0（0004H）4 . . . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1（1FFFH） 8K-1 可见，当单片机输出地址0000H1FFFH时，选中2764的08K-1号单元， 即按照上面电路扩展的4K存储器的地址范围是0000H1FFFH（共8K字节 ）。 .扩展时所用芯片 .程序存储器的作用 .扩展电路连接 .存储器地址分析 程序存储 器的扩展 8.1.2 数据存储器的扩展 .数据存储器的作用-存放数据，可改写 .扩展时
9、所用芯片-一般用静态读写型存储器 芯片SRAM，也可以用DRAM、FLASH芯片等 .扩展电路连接 - 用SRAM 6264扩展程序存储 器。 .存储器地址分析-究竟单片机输出什么地址 值时，可以指向存储器中的某一单元。 .扩展时所用芯片6264-8K SRAM 6264引脚功能 A0A12地址线 CE 选片 OE 读 D0D7数据线 N.C A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND Vcc WE CS A8 A9 A11 OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3 6264 写 WE .扩展电路连接 扩展电路 数据总线的连接： P0.0P0.7（
10、数据总线）-D0D7 地址总线的连接： P0.0P0.7（地址总线低8位）- A0A7 P2.0P2.4（地址总线高8位中的5位）- A8A12 控制总线的连接： RD（读外部数据） - OE WR（写外部数据）- WE ALE（地址锁存允许）-接373的使能端 G 经过373 A8 6264 WE 单片机 8031 P2.0 : . A8 . . ALE RD 74LS 373 G A7 . . A0 P0.0 : P0.7 OE CE Q0 . . Q7 D0 . . D7 A12 P2.4 WR 80316264 一个机器周期 ALE PSEN P2 P0 地址A8A15 A0A7 三态
11、 数据D0D7入 图8-6 读外部数据RAM时序图 RD 一个机器周期 ALE PSEN P2 P0 地址A8A15 A0A7 数据D0D7出 图8-7 写外部数据RAM时序图 WR 一个机器周期 ALE PSEN P2 P0 地址A8A15 A0A7 三态 数据D0D7入 RD 图8-8 读外部数据RAM时序图 单片机 8051 P2.0 P2.1 P2.2 A8 A9 A10 ALE RD 74LS 373 G 6264 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
12、.7 OE CE Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 WE WR P2.7 P2.3 P2.4 A11 A12 .存储储器地址分析-究竟单片机输出什么地址值时，可以 指向存储器中的某一单元 。 8051 P2.7 P2.4 P2.0 P0.7 P0.0 选中单元 (6264 CE A12 A11 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0) 0 X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0（0000H） 0 0 X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1（0001H） 1 0 X X 0 0 0
13、 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0（0002H） 2 0 X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1（0003H） 3 0 X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0（0004H） 4 . . . 0 X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1（1FFFH） 8K-1 可见，当单片机输出地址0000H1FFFH时，选中6264的08K-1号 单元，即按照上面电路扩展的4K存储器的地址范围是 0000H1FFFH（共8K字节）。 请注意，与扩展程序存储器相比较，有以下不同点： . 存储器芯片为可读可写的静态RAM芯片，有读写控 制引脚OE和W
14、E。 .单片机输出的对数据存储器的读写控制信号分别是 RD（而不再是读程序存储器时的PSEN）和WR。 .扩展时所用 芯片 .数据存储器的作用 .扩展电路连 接 .存储器地址 分析 数据存储 器的扩展 多片存储器芯片的扩展 1. 线选法寻址 图 8-9 用线选法实现片选 各芯片的地址范围如下: 2. 译码法寻址 译码法寻址就是利用地址译码器对系统的片外高位地址 进行译码, 以其译码输出作为存储器芯片的片选信号, 将地址 划分为连续的地址空间块, 避免了地址的间断。 译码法仍用低位地址线对每片内的存储单元进行寻址, 而高位地址线经过译码器译码后输出作为各芯片的片选信号 。常用的地址译码器是 3/8 译码器 74LS138。
