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1、单片机原理及其应用扬州大学1单片机原理及其应用(Principle and Application of Single Chip Microcomputer)单片机原理及其应用扬州大学2第1章 概述 第2章 MCS-51单片机硬件结构 第3章 MCS-51寻址方式和指令系统 第4章 MCS-51汇编程序设计 第5章 中断系统 第6章 定时器/计数器及串行口 第7章 存储器扩展 第8章 接口电路扩展 第9章 应用举例单片机原理及其应用扬州大学3第7章MCS-51单片机系统扩展技术7.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念7.2 存储器地址空间分配7.3 程序存储器扩展技术7.4 数据存储器扩展
2、技术7.5 存储器混合扩展技术7.6 E2PROM的扩展技术7.7 输入/输出口扩展技术单片机原理及其应用扬州大学47.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念7.1.1 MCS-51单片机最小应用系统7.1.2 MCS-51单片机的外部扩展性能单片机原理及其应用扬州大学57.1.1 MCS-51单片机最小应用系统 18051/89C51最小应用系统由于集成度的限制，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）。 （3）应用系统开发具有特殊性。图7-1 8051/89C51 最小应用系统单片机原理
3、及其应用扬州大学628031最小应用系统8031片内无程序存储器，其最小应用系统应在片外扩展EPROM。图7-2为用8031外接程序存储器构成的最小系统。对于89C51等来讲，程序存储器一般不用扩展。数据存储器及I/O接口有时还是需要扩展的。图7-2 8031最小应用系统PSEN单片机原理及其应用扬州大学77.1.2 MCS-51单片机的外部扩展性能 1MCS-51单片机的片外总线结构MCS-51单片机片外引脚可以构成如图7-3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。图7-3 MCS-51系统扩展哈佛结构：程序存储器与数据存储器空间独立 冯诺伊曼结构（普林斯顿结构）：程序存
4、储器与数据存储器空间合用单片机原理及其应用扬州大学8图7-4 8031单片机总线构造2. 构造系统总线单片机原理及其应用扬州大学9（1）P0口作为低8位地址/数据总线（2）P2口作为高8位地址总线图7-5 地址总线扩展单片机原理及其应用扬州大学10（3）控制总线ALE: 低8位地址锁存信号/PSEN: 程序存储器读信号/EA: 内/外部程序存储器选择信号/RD: 外部数据存储器读信号/WR: 外部数据存储器写信号单片机原理及其应用扬州大学113MCS-51单片机的系统扩展能力* 当系统要大量配置外围设备(扩展较多的I/O口) 时，将占去很多的RAM地址。* 串行扩展技术：用并行3总线扩展是单片
5、机应用中的主要方法。但是，扩展时的连线多，器件占据电路板空间较大。串行接口器件体积小，连线少（34根），可以简化器件的连接。串行接口有三线的SPI, 双线的 I2C。* 当应用系统存储扩展容量或扩展I/O口地址超过单片机地址总线范围时，可用换体法解决。如图7-6 所示。单片机原理及其应用扬州大学12图7-6 用I/O线来控制片外存储器换体32kB32kB32kB32kBP2.7 P1.01Y01Y11Y21Y31A 1B1G单片机原理及其应用扬州大学137.2 存储器地址空间分配7.2.1 存储器读写控制EPROM: 只读，读引脚 /OE 通常接 /PSEN。RAM: 可读可写，读引脚 /OE
6、 接 /RD, 写引脚 /WE 接 /WR。7.2.2 存储器地址空间分配扩展多片存储器、I/O接口：区分各个存储器芯片和接口芯片是单片机扩展应用时要解决的问题。存储空间的分配，使一个存储单元对应一个地址, 把ROM、RAM、I/O分配在不同的地址范围。单片机原理及其应用扬州大学141）线选法扩展存储器线选法：直接用高位地址作为存储器（I/O芯片）的片选信号。把选中的地址线与存储器的片选端相连即可。 优点：电路简单、不用地址译码芯片。缺点：可寻址的器件数目受限、地址空间不连续、存储单元地址不唯一，只用于简单的系统。单个存储器芯片容量小于存储空间容量时，选存储单元分为选片和选片内单元两种选择。通
7、常用地址高位选片子(片选)，地址低位作片内单元选择。片选信号是对地址总线进行译码获得的。译码方法有: 线(性)选法和(地址)译码法两种形式。单片机原理及其应用扬州大学15某单片机系统需扩展8KB的EPROM(27322), 4KB的 RAM(61162)。地址连线见下图。图7-7 线选法举例2732有12根地址线，6116有11根地址线，连接低位地址。各片的片选端接分别接高四位地址。单片机原理及其应用扬州大学16地址范围确定P2.7 P2.0 2732(1): 0 1 1 1-0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (7000H) 0 1 1 1-1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
8、 1 1 (7FFFH)P2.6 P2.0 2732(2): 1 0 1 1-0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (B000H) 1 0 1 1-1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (BFFFH)P2.4 P2.0 6116(1): 1 1 1 0-0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (E000H) 1 1 1 0-0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (E7FFH)P2.4 P2.0 6116(1): 1 1 1 0-1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (E800H) 1 1 1 0-1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (
9、EFFFH)6116(2): (D000HD7FFH) (D800HDFFFH)单片机原理及其应用扬州大学172）译码法扩展存储器 用译码器对高位地址进行译码，分配存储空间。译码器输出作为芯片的片选信号。它能有效利用存储空间，适用于大容量多芯片存储器扩展。常用译码器芯片：74LS138(3-8译码器）单片机原理及其应用扬州大学18扩展8片8KB的RAM6264, 只需将64KB分成8个8KB空间。图中可见所有的地址线都参与了地址译码，称 为全地址译码。各个存储单元有惟一的地址。图7-8 64KB地址空间分配单片机原理及其应用扬州大学19如何把64KB划分成每块4KB的空间？ 4832KB, 需
10、15根地址参加译码。12根用于片 内单元译码，3根用于片选译码。P2.7未参与译码， 但它决定了选择前32KB还是后32KB。可能造成空间重 叠。 下图用P2.7控制138，选择了前32KB空间。图7-9 32KB地址空间分配单片机原理及其应用扬州大学207.2.2 外部地址锁存器1.74LS373 74LS373是三态8D锁存器。/OE: 输出允许 G: 输入锁存选通锁存2. 74LS573 功能与74LS373一 样，引脚排列不同。图7-10 373引脚与结构图7-11 573引脚单片机原理及其应用扬州大学217.3 程序存储器扩展技术7.3.1 程序存储器简介7.3.2 程序存储器操作时
11、序7.3.3 EPROM扩展电路单片机原理及其应用扬州大学227.3.1 程序存储器简介1. 程序存储器的类型 程序存储器一般在工作时是只读的（ROM) (1) 掩模ROM (2) PROM 仅用于批量生产。仅一次可编程。 (3) EPROM 可多次编程，紫外线擦除。 (4) E2PROM 可多次编程, 电擦除。写入速度慢。 (5) Flash ROM 可多次编程, 电擦除。写入速度快。可替代 E2PROM。很多单片机已将Flash ROM做在片内。单片机原理及其应用扬州大学232. 常用EPROM芯片 27系列Vcc: 工作电压Vpp: 编程电压 Im: 最大静态电流Is: 维持电流 TRM
12、 : 最大读取时间单片机原理及其应用扬州大学24/CE: 片选/OE: 输出允许 读出：/CE=0 ，未选中： /CE=1， /OEX 图7-12 常用EPROM芯片引脚图单片机原理及其应用扬州大学25图7-13 外部程序存储器操作时序7.3.2 程序存储器操作时序/PSEN接EPROM的/OE端。 每机器周期，ALE出现两次，下降沿锁存PCL。 /PSEN变低时，读入指令。单片机原理及其应用扬州大学26图7-14 外部程序存储器操作时序 /PSEN接EPROM的/OE端。 第一个机器周期S2时, ALE下降沿锁存PCL。S3时，读入指 令。S5时 ALE下降沿锁存低数据地址。第二个机器周期总
13、线 给数据存储器用。 执行一次MOVX指令将丢失一次ALE脉冲。单片机原理及其应用扬州大学27GOE7.3.3 EPROM扩展电路 12764A EPROM扩展电路地址范围：0 0000 0000 0000H1 1111 1111 1111H=0000H1FFFH图7-15 2764 EPROM扩展电路单片机原理及其应用扬州大学28227128 EPROM扩展电路地址范围：00 0000 0000 0000H11 1111 1111 1111H=0000H3FFFH图7-16 27128 EPROM扩展电路单片机原理及其应用扬州大学29地址分配：27128(1) : 0000H3FFFH 27
14、128(2) : 4000H7FFFH 27128(3) : 8000HBFFFH 27128(4) : C000HFFFFH3四片27128 EPROM扩展电路(1)(2)(3)(4)图7-17 多片EPROM扩展电路单片机原理及其应用扬州大学307.4 数据存储器扩展7.4.1 常用静态RAM芯片7.4.2 数据存储器操作时序7.4.3 静态RAM扩展电路单片机原理及其应用扬州大学31常用的静态RAM芯片有6116(2k8)，6264(8k8)， 62128 (16k8)，62256(32k*8)等。7.4.1 常用静态RAM芯片/CE: 片选 /OE: 读选通 /WE: 写允许 CS:
15、6264片选图7-18 常用RAM引脚图单片机原理及其应用扬州大学327.4.2 数据存储器操作时序1. ALE高电平期间，地址变为有效。下降沿锁存低8位地址。2. 在第一周期S6 状态,P0浮空。3. 在第二周期S1 状态起，/RD有效。存储器指定地址单元送出数据，进入P0。S2状态CPU读入数据。4. S3状态末 /RD 变无效。S4S2S5S6S1S3第一机器周期第二机器周期图7-19 片外RAM操作时序单片机原理及其应用扬州大学331. ALE高电平期间，地址变为有效。下降沿锁存低8位地址。2. 在第一周期S6 状态,P0浮空。3. 在第二周期S1 状态起，/WR有效。CPU输出数据到
16、P0，在地址译码和/WR作用下，P0上数据进入相应的存储单元。4. S3状态末 /WR 变无效。图7-20 片外RAM操作时序单片机原理及其应用扬州大学347.4.3 静态RAM扩展电路 1单片6264静态RAM扩展地址范围：00 0000 0000 0000H01 1111 1111 1111H 0000H1FFFH, 2000H3FFFH 图7-21 6264扩展图单片机原理及其应用扬州大学35IC1地址：1100 0000 0000 00001101 1111 1111 1111 (C000HDFFFH) IC2地址：1010 0000 0000 00001011 1111 1111 1111 (A000HBFFFH) IC3地址：0110 0000 0000 00000111 1
