单片机编程4

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1、单片机原理及应用 课程讲义 第四章： MCS-51单片机的系统扩展 ,本章内容,4.1 系统扩展的基本概念 4.2 程序存储器的扩展 4.3 数据存储器的扩展 4.4 定时器/计数器的扩展 4.5 输入/输出口的扩展 4. 6 外部中断源的扩展 4.7 综合功能扩展,4.1 系统扩展的基本概念,最小系统回顾 系统扩展的相关概念 MCS-51单片机的片外总线结构,最小系统回顾,18051/8751最小应用系统（如图4.1.1所示）。由于集成度的限制，这种最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点是： （1）全部I/O口线均可供用户使用。 （2）内部存储器容量有限（只有4KB地址空间）。

2、（3）应用系统开发具有特殊性。,图4.1.1 8051/8751最小应用系统,28031最小应用系统 8031是片内无程序存储器的单片机芯片，因此，其最小应用系统应在片外扩展EPROM。图4.1.2为用8031外接程序存储器构成的最小系统。,图4.1.2 8031最小应用系统,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）。 需要解决的问题是单片机与相应芯片的接口

3、电路连接（即地址总线、数据总线、控制总线的连接）与编程。,系统扩展的主要内容： 1. 外部总线的扩展 2. 外部存储器的扩展 3. 输入、输出接口的扩展 4. 管理功能部件（如定时/计数器、键盘/显示器等）的扩展 5. A/D和D/A的接口技术,MCS-51单片机的片外总线结构,MCS-51系列单片机片外引脚可以构成如图所示的三总线结构，所有外部芯片都通过这三组总线进行扩展。,4.2 程序存储器扩展技术,4.2.1设计步骤及片选方法 4.2.2 EPROM扩展电路 4.2.3 EEPROM扩展电路,4.2.1 设计步骤及片选方法,根据需要，选择适当的存储器芯片 合理分配存储器的地址空间 根据系

4、统总线的负载能力，选择接入总线驱动器 校验存储器的读取速度,存储器芯片的选择有两种方法: 线选法和译码法。 1. 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。 2. 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号。,译码法又分为完全译码和部分译码两种。 (1) 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1个存储单元只占用1个唯一的地址。 (2) 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1个

5、存储单元占用了几个地址。 1根地址线不接， 一个单元占用2(21)个地址； 2根地址线不接， 一个单元占用4(22)个地址； 3根地址线不接， 则占用8(23)个地址， 依此类推。,在设计地址译码器电路时， 如果采用地址译码关系图的话， 将会带来很大的方便。 所谓地址译码关系图， 就是一种用简单的符号来表示全部地址译码关系的示意图。 例如： A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0,从地址译码关系图上可以看出以下几点： 属完全译码还是部分译码； 片内译码线和片外译码线各有多少根； 所占用的全部地址范围为多少。 例如在上面的关系图中， 有1个“”(A15不接)

6、， 表示为部分译码， 每个单元占用2个地址。 片内译码线有11根(A100), 片外译码线有4根。 其所占用的地址范围如下：,当A15为0时， 所占用地址为00100000000000000010011111111111， 即2000H27FFH。 当A15为1时， 所占用地址为10100000000000001010011111111111, 即A000HA7FFH。 共占用了两组地址， 这两组地址在使用中同样有效。 应该指出的是, 随着半导体存储器的不断发展, 大容量、 高性能、 低价格的存储器不断推出, 这就使得存储器的扩展变得更加方便, 译码电路也越来越简单了。,4.2.2 EPROM

7、扩展电路,扩展原理 访问外部程序存储器的时序 程序存储器扩展使用的典型芯片 2764 2716、2732 2764A 27128A 27256A 27512A,扩展原理,图 4.2.1 MCS - 51 单片机程序存储器的扩展原理,访问外部程序存储器时序 操作时序如图4.2.2所示，其操作过程如下。 （1）在S1P2时刻产生ALE信号。 （2）由P0、P2口送出16位地址，由于P0口送出的低8位地址只保持到S2P2，所以要利用ALE的下降沿信号将P0口送出的低8位地址信号锁存到地址锁存器中。而P2口送出的高8位地址在整个读指令的过程中都有效，因此不需要对其进行锁存。从S2P2起，ALE信号失效

8、。 （3）从S3P1开始，开始有效，对外部程序存储器进行读操作，将选中的单元中的指令代码从P0口读入，S4P2时刻，失效。 （4）从S4P2后开始第二次读入，过程与第一次相似。,图4.2.2 MCS-51系列单片机访问外部程序存储器的时序图,程序存储器扩展使用的典型芯片,以2764作为程序存储器扩展的典型芯片为例进行说明 1 2764的引线 2764是一块8K8bit的EPROM芯片，其管脚图如图4.2.3所示 A12A013位地址信号输入线，说明芯片的容量为8K213个单元。 D7D0 8位数据，表明芯片的每个存贮单元存放一个字节（8位二进制数）。 为输入信号。当它有效低电平时，能选中该芯片

9、，故又称为选片信号。 为输出允许信号。当 为低电平时，芯片中的数据可由D7D0输出。 为编程脉冲输入端。当对EPROM编程时，由此加入编程脉冲。读时 为高电平。,图4.2.3 EPROM2764管脚图,2 2764的连接使用 图为系统扩展一片EPROM的最小系统。 图4.2.4单片ROM扩展连线图,例1: 要求用2764芯片扩展 8031 的片外程序存储器空间, 分配的地址范围为 0000H3FFFH。 解：本例采用完全译码的方法, 即所有地址线全部连接, 每个单元只占用唯一的1个地址。 确定片数:,字片数为 字片数=,(末地址-首地址)+1,芯片字数,=,(3FFFH-0000H) +1,2

10、000H,=,4000H,2000H,=2(片), 分配地址范围: 第1组(1片)所占用的地址范围为: 0000H 0001 FFFH 第2组(1片)所占用的地址范围为: 0010 000H 0011 FFFH,位片数为,位片数=,单元位数,芯片位数,=,总片数=字片数位片数=21=2(片), 画出地址译码关系图: 第1组,P2.7P2.6P2.5P2.4 P2.0 P0.7 P0.0 (A15)(A14)(A13)(A12) (A8)(A7) (A0),第2组,上面打部分为片内译码, 对于2764来说有13位, 其地址变化范围为从全0变到全1, 其余部分为片外译码。 设计外译码电路: 本例只

11、介绍采用译码器芯片的设计方法, 现采用3-8译码器74LS138。 片外译码只有3根线(P2.7, P2.6, P2.5)， 分别接至译码器的C、 B、 A输入端。,图614 74LS138译码器连接图, 画出存储器扩展连接图: 该连接图如图615所示。 图中3-8译码器74LS138只用了两个译码输出端, 如果需要的话, 还可利用其余6个译码输出端。,图615 采用地址译码器扩展程序存储器的连接图,其他 EPROM扩展芯片,图 4.2.5 2716的引脚图,2716容量： 2K*8位,图 4.2.6 2716与8031的连接图,图4.2.7 28引脚EPROM芯片管脚配置,其他EPROM芯片

12、的扩展电路,图4.2.8 2764 EPROM扩展电路,12764A EPROM扩展电路,227128A EPROM扩展电路,图4.2.9 27128A EPROM扩展电路,4.2.3 EEPROM扩展电路,EEPROM是一种电擦除可编程只读存储器，其主要特点是能在计算机系统中进行在线修改，并能在断电的情况下保持修改的结果。因而在智能化仪器仪表、控制装置等领域得到普遍采用。 EEPROM的主要产品有高压编程的2816、2817，低压编程的2817A、2816A和2864A、28512以及1M位以上的28010、28040等等。,另：2816A和2817A均属于5V电擦除可编程只读存储器，其容量

13、都是2K8位。2816A与2817A 的不同之处在于：2816A的写入时间为915ms，完全由软件延时控制，与硬件电路无关；2817A 利用硬件引脚来检测写操作是否完成。,图4.2.3 2817A管脚配置,12817A EEPROM扩展,图4.2.4 2817A EEPROM扩展电路,22864A EEPROM 扩展,图4.2.6 2864A管脚配置,图4.2.7 2864A EEPROM扩展电路,4.3 数据存储器扩展,常用的静态RAM芯片有6116，6264，62256等，其管脚配置如图4.3.1所示。时序如图4.3.0所示。动态RAM芯片有2164A、 2186集成动态RAM等。 162

14、64静态RAM扩展 图4.3.2为6264静态RAM扩展电路。 262256静态RAM扩展 62256是32K8位静态随机存储器芯片，CMOS工艺制作，单一+5V供电。28脚双列直插式封装。,访问外部数据存储器时序 下面以读时序为例进行介绍，其相应的操作时序如图5.4所示。 图4.3.0 MCS-51系列单片机访问外部数据存储器的时序图,外部RAM写时序为：,图4.3.1 常用静态RAM芯片管脚配置,图4.3.2 6264静态RAM扩展电路,3. 数据存储器扩展举例 数据存储器的扩展与程序存储器的扩展相类似, 不同之处主要在于控制信号的接法不一样, 不用 信号, 而用 和 信号, 且直接与数据

15、存储器的 端和 端相连即可。 下图为外扩1片6264的连接图。 采用线选法， 将片选信号 与P2.7相连， 片选信号CE2与P2.6相连。 其地址译码关系为：,A15A14A13A12A11A10 A0,所占用的地址为： 第1组 4000H5FFFH (A13=0) 第2组 6000H7FFFH (A13=1),4 全地址范围的存储器最大扩展系统 现以8031为例， 说明全地址范围的存储器最大扩展系统的构成方法， 如下图所示。 8031的片外程序存储器和数据存储器的地址各为64 K。 若采用EPROM2764和RAM6264芯片， 则各需8片才能构成全部有效地址。 芯片的选择采用38译码器74

16、LS138， 片外地址线只有3根(A15、A14、A13)， 分别接至74LS138的C、 B、 A端， 其8路译码输出分别接至8个2764和8个6264的片选端 。,图： 单片机外存储器最大扩展电路,4.4 定时器/计数器的扩展,需求：现有资源有限 方法：外接8253、8254芯片 本质：把8253作为8031的几个外部数据存储单元。,8253 的基本性能参数,1、一片8253内部有3个16位的计数器（相互独立） 2、每个计数器的内部结构相同，可通过编程手段设置为6种不同的工作方式来进行定时/计数 3、每个计数器再开始工作前必须预制时间常数（时间初始） （注：时间常数也可在计数过程中更改）,8253 定时器/计数器的内部结构,8253的引