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1、9/18/2020,1,9/18/2020,2,程序存储器扩展 数据存储器扩展 输入/输出口扩展 A/D和D/A接口,9/18/2020,3,学会利用现有的芯片扩展存储器 学会利用现有的芯片扩展输入/输出口 学会常用A/D和D/A芯片的接口,9/18/2020,4,问题的提出,在单片机应用系统的设计中,往往出现RAM, ROM或者I/O口不够的情况，怎么办？,ROM的扩展,RAM的扩展,并行I/O口的扩展,6.1 外部总线的扩展,对于复杂的场合，MCS-51系列单片机硬件资源不够使用时则需要进行系统扩展包括存储器扩展和输入/输出扩展。进行系统扩展时三总线结构如下图所示：,(1) 系统的扩展一般
2、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、中断优先级编码器等)。,一、 系统扩展的内容与方法,(2) 系统扩展的基本方法：,P0口具有分时传送低8位地址和8位数据信息的复用功能。 通过ALE信号与地址锁存器配合使用，从而使得地址信息和数据信息区分开。,一般来讲，所有与计算机扩展连接芯片的外部引脚线都可以归属为三总线结构。扩展连接的一般方法实际上是三总线对接。要保证单片机和扩展芯片协调一致地工作，即要共同满足其工作时序。,二. 驱动芯片,扩展芯片都通过三总线与单片机连结，而单片机三总线驱动能力
3、有限，须增加驱动器。,常用总线驱动器如下图所示：,单向驱动器74LS244,单向驱动器74LS244(DIP20),1、含有两组8个三态驱动器，,双向驱动器74LS245,DIR=0,双向驱动器74LS245(DIP20),单向驱动器74LS244作地址总线驱动器 双向驱动器74LS245作数据总线驱动器,使用：,6.2 程序存储器的扩展,一.程序存储器的扩展方法及时序,送地址,取出指令,6.2 程序存储器的扩展,一.程序存储器的扩展方法及时序,二.地址锁存器,1、引脚图如下图所示：,2、8D锁存器74LS373,74LS373结构示意图,74LS373用作地址锁存器,3、具体使用连接图如下图
4、所示：,1.EPROM芯片介绍,三. EPROM芯片接口,9/18/2020,32,不同型号EPROM芯片应用参数,9/18/2020,33,2. 具体应用,（1）使用单片EPROM扩展外部程序存储器,在8031单片机上扩展4KB EPROM？,引入:,思考:4KBEPROM芯片地址范围是多少?需要多注根地址线?,9/18/2020,34,在8031单片机上扩展4KB EPROM,D7 Q7 373 D0 Q0 G,9/18/2020,35,练一练:,提示:27128EPROM芯片地址范围为00003FFFH（16KB）。,注意,（2）使用多片EPROM扩展外部程序存储器,单片机用于“选片”的
5、高位地址线（即存储器芯片未用完的地址线）若一根连接一片存储器芯片的片选端，这样每一条高位地址线可选中两片存储器芯片，这种方法称之为线选法，其特点是译码电路简单、有地址重叠区。,利用两片2764扩展16KB程序存储器（线选法）如下图所示：,A、线选法,注意, . 可取0或取1，有地址重叠，这里取0；, . P2.5作为线选法中片选信号线，也可使用 P2.6或P2.7作为片选信号线。,单片机用于“选片”的高位地址线（即存储器芯片未用完的地址线）全部用译码器或门电路进行译码，再把译码器输出的信号和存储器芯片的片选信号端相连 ，称为全译码法,其特点是译码电路复杂，每片存储器芯片地址是唯一确定的，不存在
6、地址重叠,利用两片2764扩展16KB程序存储器（全译码法）如下图所示：,B、全译码法,单片机用于“选片”的高位地址线（即存储器芯片未用完的地址线）某几根用译码器或门电路进行译码，再把译码器输出的信号和存储器芯片的片选信号端相连 ，称为局部译码法 ,其特点是译码电路较为复杂，每片存储器芯片地址区间不唯一，有地址重叠。,关于部分译码法例题见后一节内容。,C、局部译码法（部分译码法）,四.E2PROM芯片接口,1. E2PROM芯片介绍,2. 具体应用,使用单片E2PROM扩展外部程序存储器,6.3 外部数据存储器的扩展,一.外部数据存储器的扩展方法及时序,二.静态RAM芯片接口,1. 静态RAM
7、芯片介绍,2. 具体应用,（1）使用单片静态RAM扩展外部数据存储器(线选法),（2）多片静态RAM扩展外部数据存储器（局部译码法）,注意,1. 可取0或取1，这里取0，A15未参加译码；,2. 随着单片RAM容量增多，多片RAM扩展很少 使用,三.兼有EPROM和RAM存储器的接口,四.数据存储器的掉电保护,1.简单的掉电保护电路,2.实用的掉电保护电路,6.4 并行输入输出口的扩展,MCS-51系列单片机，若输入/输出端口不够使用，则须扩展。 当单片机扩展I/O接口较多时，便于单片机管理，象对存储单元一样，对多个I/O接口进行统一编号，这种对I/O接口的编号称之为I/O端口编址。,I/O端
8、口地址和存储器统一编址方式,这种编址方式适用于不带IO/M引脚的CPU系统中.把所有的I/O接口都当作存储单元对待.对某一外部设备输入输出操作,就象对存储器中某一个存储单元操作一样,所有访问存储单元指令均适用于对I/O端口的操作,指令系统不含专用的I/O指令.,二.用TTL芯片扩展I/O接口,1.用74LS377扩展8位并行输出口,2.用74LS244扩展8位并行输入口,3.用74LS373扩展8位并行输入口,4.兼有74LS377、74LS373、74LS244芯片的I/O接口,MOV DPTR，#73FFH ;指向1#74LS377 MOVX A，20H ;片内RAM20H单元内容A MO
9、VX DPTR，A ;A内容送1#74LS377输出 MOV DPTR，#53FFH ;指向2#74LS377 MOV A，21H ;片内RAM21H单元内容A MOVX DPTR，A ;A内容送2#74LS377输出 MOV DPTR，#33FFH ;指向74LS244 MOVX A ，DPTR ;74LS244输入A MOV 22H ，A ;A内容存片内RAM22H单元 在INT0中断服务子程序中执行 MOV DPTR，#13FFH ;指向74LS373 MOVX A ，DPTR ;74LS373输入A MOV 23H ，A ;A内容存片内RAM23H单元,三.用可编程芯片扩展并行I/O接
10、口,Intel公司常用的外围芯片都可以直接与MCS-51系列单片机进行接口 。常用外围芯片如下表所示：,利用Intel-8255A和Intel-8155A进行并行I/O接口的扩展已被广泛使用，下面对Intel-8255A和Intel-8155A加以详细讨论。,（一）.用Intel-8255A扩展I/O接口,1. 8255A芯片介绍,.8255A具有功能:, . 8255A内部结构,8255A内部结构,8255A包括四大部分：数据总线缓冲器、读写控制部件、A组和B组控制部件、端口A、B、C。,(1) 并行输入 / 输出端口A、B、C,端口A：包含一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁
11、存器，输入输出数据均受到锁存。,端口B和C: 都包含一个8位数据输入缓冲器和一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，输出数据能锁存，输入数据不锁存。 端口C:可分成两个4位端口，分别定义为输入或输出端口，还可定义为控制、状态端口，配合端口A和端口B工作。,(2) A组和B组控制部件,A组，B组的控制寄存器，接收来自数据总线的控制字，并根据控制字确定各端口的工作状态和工作方式。,(3) 数据总线缓冲器,(4)读/写控制部件,接收来自CPU地址总线信号和控制信号，并发出命令到两个控制组 (A组和B组)。,RESET：复位信号。RESET有效时，清 8255A 所有控制寄存器内容，并将各端口置成输入方式。
12、, . 8255A的引脚,8255A采用40线双列直插封装，引脚图如图所示。,8255A引脚定义,* PA7PA0：A端口数据信号引脚,* PB7PB0：B端口数据信号引脚,* PC7PC0：C端口数据信号引脚,* D7D0： 8255A的8位数据线,* A1A0： 端口选择信号,当A1A0=00时 选择端口A,当A1A0=01时 选择端口B,当A1A0=10时 选择端口C,当A1A0=11时 选择控制端口,8255A的读写操作控制,8255A共有两个控制字：即工作方式控制字和对C口置位/复位控制字。,(1)工作方式控制字： 控制字和各位的含义如图所示。,.控制命令字（控制字）,8255A工作
13、方式控制字格式,(2) 端口C的置位/复位控制字,控制字的格式如图所示。,8255A 置位/复位控制字格式,关于控制字要说明几点：,(1) 设置方式控制字时，A口、B口作为整体设置，而C口要分成上、下两部分分别设置。三个端口的工作方式由一个控制字规定。,(2) C口按位置位/复位控制字不是送到C口地址，而是送到控制寄存器地址；且一个控制字只能使C口一位置位或复位。,(3) 方式控制字和按位置位/复位控制字均写入同一个控制寄存器地址，二者通过最高位D7来区别。D7=1为方式控制字，D7=0为按位置位/复位控制字。,（1） 方式0 基本输入/输出方式,方式0是一种基本输入输出工作方式，它的24条I
14、/O线全部都用作传送数据，不设置应答信号线，常用于无条件传送，输出有锁存，输入只有缓冲能力而无锁存功能。, . 工作方式,方式0中，端口C被分成两个4位端口，它们可被定义为输入或输出端口，CPU与3个端口之间交换数据，可直接由CPU执行IN和OUT指令来完成。,(2) 工作方式1选通式输入/输出方式, 方式1选通输入,方式1操作使端口A或端口B作为锁存输入设备工作。端口C也可按方式1操作使用但不是对数据，而是对控制信号，或当端口A或端口B为选通输入端口时的握手信号。,下图示出8255A方式1选通输入时的内部结构图。,（a）端口A方式1输入,（b）端口B方式1输入,方式1输入端口状态,IBF：输
15、入缓冲器满信号，向外设输 出，高电平有效。,INTE：中断允许信号，它是通过端口PC4 (端口A)或PC2(端口B)的位来编程 的内部位。, 方式1选通输出,方式1输出端口状态,（a）端口A方式1输出,（b）端口B方式1输出,INTR：中断请求信号。高电平有效。,INTE：中断允许信号。,(3) 工作方式2双向选通输入/输出方式,方式2只允许A组采用，此时端口A变为双向，允许数据在同一组8条线上发送和接收。,下图示出方式2操作内部结构图。,端口A工作在方式2的端口状态,IBFA：输入缓冲器满信号，向外设输出，高电平有效。,INTE：中断允许信号 (INTE1和INTE2)。高电平有效。,INT
16、RA：中断请求信号，高电平有效。,8255A中端口A工作方式2时，允许端口B工作于方式0或方式1，完成输入/输出功能。4种组合状态及其工作方式控制字格式如下表。,方式2的组合状态与控制字格式,2. 8255A的工作方式初始化（初始化）,3. 8255A中PC口置位/复位操作,4. 8255A与8031接口及应用,MOV DPTR，#0F7FFH;指向控制命令寄存器端口 MOV A，#82H ;工作方式控制字A MOVX DPTR，A ;控制字控制命令寄存器端口 ;以上三条指令完成为8255A工作方式初始化 MOV DPTR，#0F7FCH ;指向PA口 MOV A， R0 ;R0A MOVX DPTR，A ;APA口输出 INC DPTR ;指向B口 MOVX A，DPTR ;PB口A MOV B，A ;AB INC DPTR ;指向PC口 MOV A，R1 ;R1A
