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1、第六章 单片机系统扩展技 术6-1 单片机系统扩展的基本概念6-26-2 程序存储器扩展技术6-36-3 数据存储扩展6-46-4 输入输入/ /输出口扩展输出口扩展6-1 单片机系统扩展的基本概念6-26-2 程序存储器扩展技术6-1 MCS-51单片机系统扩展的基本概 念 单片机在一块芯片上集成了计算机的主要硬件资源。 因此，在智能仪器仪表，小型检测及控制系统中，往往直接 采用单片机构成最小应用系统而不再扩展外围芯片。但是， 在许多情况下，例如构造一个机电测控系统时，考虑到传感 器接口，伺服控制接口以及人机对话接口等需要，最小应用 系统不能满足系统功能要求，必须在片外扩展相应的外围芯 片，
2、这就是单片机系统扩展。单片机系统扩展一般包括程序存储器(ROM或EPROM) 扩展、数据存储器(RAM) 扩展、输入/输出口(I/O) 扩展、定 时/计数器扩展、中断系统扩展等。6-1-1 MCS-51单片机最小应用系统 简单介绍两种类型芯片构成的最小应用系统。18051/8751最小应用系统8051/8751是片内有ROM/EPROM 的单片机，因此，用这种芯片构成的 最小应用系统结构简单，工作可靠。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。右图为用8031外接程序存储器构成的最小系统。6-1
3、-2 MCS-51单片机的外部扩展性能1. MCS-51单片机的片外总线结构单片机都是通过片外引脚进行系统扩展的。为了满足系统扩展的要求，MSC-51系列单片机片外引脚可以构成如图6-3所示的三总线结构, 即地址总线(AB),数据总线(DB)和控制总线(CB)。所有外部芯片都通过这三组总线进行扩展。 2MSC-51单片机的系统扩展能力为配置外围设备而扩展的I/O口与片外数据存储器统一编址，系统不再提供另外的地址线。当系统要大量配置外围设备以及要扩展较多的I/O口时，将占去大量的RAM地址。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，可采用换体法解决。如图所示。6-26-2
4、 程序存储器扩展技术程序存储器扩展技术6-2-1 EPROM：可擦除PROM用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储单元的PN结表面形成浮动栅，阻挡通路，实现信息写入。用紫外线照射可驱散浮动栅，原有信息全部擦除，便可再次改写。作为MCS-51单片机的外部程序存储器，其典型产品有2716（2K*8）、2732（4K*8）、2764（8K*8）27512（64K*8）等。给出了双列直插式封装的 EPROM芯片的管脚配置图 。图中Ai(i=0,1,2, ,15) 为地址线,O0O7 为数据线， 为片选线， 为数据输出选通线，Vpp为编程电源，Vcc为主电源，PGM为编程脉冲输入。介绍两种不同的程序
5、存储器扩展电路：EPROM、EEPROM。28引脚EPROM芯片管脚配置 2764A EPROM扩展电路2764A是一种8K8位EPROM，单一+5V供电，工作电流为 75mA，维持电流为35mA，读出最大时间为250ns，28脚双列直插封装 。其扩展电路示于图6-6。若要同时扩展两片2764A，只需将P2.5 经一 非门接至第二片2764A的片选端，其它引脚与第一片2764A同名引脚相 连即可。2764 EPROM扩展电路 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0A12 A11 A10A9 A8 EAP0.7D7Q7A7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P
6、0.0D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0ALEPSENOEO7 O6 O5 O4 O3 O2 O1 O080312764A74LS373+5VVccPGMVppGNDCE6-2-2 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。 常用的EEPROM芯片主要有Intel 2817A、2864A等。 1. 2817A EEPROM扩展 2817A存储容量为2K8位，
7、采用 单一+5V电源供电，最大工作电流为 150mA，维持电流55mA，读出时间 最大为250ns。由于片内设有编程可 需的高压脉冲产生电路，因而无需 外加编程脉冲即可工作。2817A为28 脚双列直插封装, 管脚配置如图6-8 。图中A0A10为地址线,O0O7 为 数据线， 为片选线， 为输出使能 ， 为写入使能，RDY/ 为状 态指示2817A管脚配置图6-9给出了2817A与8031单片机的硬件连接图。图中，采用了将外部数据存储器空间与程 序存储器空间合并的方法，即将信号 与信号 相“与”，其输出作为单一的公共存储 器读选通信号。这样，8031即可对2817A进行读写了。图中8031采
8、用查询方式对2817A的 写操作进行管理。2817A EEPROM扩展电路 6-3 数据存储器扩展 在单片机应用系统中, 作为数据存储器使用的有静态读 /写存储器RAM，动态读/写存储器RAM和EEPROM等。下面 着重介绍静态RAM和动态RAM的扩展。6-3-1 静态RAM扩展电路 常用的静态RAM芯片有6116，6264，62256等，其管脚配置 如图6-13所示 。常用静态RAM芯片管脚配置 6264静态RAM扩展 6264是8K8位静态随机存储器芯片，CMOS工艺制造，单一+5V 供电，额定功耗200MW，典型存取时间200ns，28脚双列直插式封装。 与6116相比，地址线增加两根，
9、为A0A12，且有两个片选端 和CE2 。表6-1给出了6264的操作方式。I/O0I/O7 (1113,1519)高阻高阻高阻DoutDinDin管脚 （20）CE2 （26）（22）（27）未选中（掉电）1XXX选中（掉电）X0XX输出禁止0111读0101写0110写0100方式6264静态RAM扩展电路6-3-2 动态RAM扩展电路 1. 2164A动态RAM扩展2164A是Intel公司生产的一种高性能64K1位动态RAM， 单+5V供电，存取时间200ns，16脚双列直插式封装。其逻辑符号及 管脚配置如图6-15所示。8051与8片2164A动态RAM位扩展连接便构成了具 有64K
10、B数据存储空间的单片机系统，其硬件电路如图所示 :8051和2164A总线的定时波 形（b）2164A 2. 2186集成动态RAM扩展 2186是片内具有8K8位动态RAM系统的集成RAM。单一 +5V供电，工作电流70mA，维持电流20mA，存取时间为250ns。28脚双列直插式封装，管脚与6264静态RAM完全兼容，其管脚配 置如图6-18所示。图6-19给出了8051/8751扩展2186集成动态RAM的硬件电路。 6-4 输入/输出口扩展技术 6-4-1 简单I/O口扩展1. 用并行I/O口扩展I/O口 当要扩展 多个输入/输出 口时，可采用 图6-4-2所示连 接方法。 右图给出了
11、一种 简单的输入、输出 口扩展电路。 LOOP： MOV DPTR，#07FFFH MOVX A，DPTR MOVX DPTR，ASJMP LOOP2.用串行口扩展I/O口 图6-22和图6-23分别给出了利用串行口扩展2个8位并行输入口 （使用74LS165）和扩展2个8位并行输出口（使用74LS165）的接口电路。 利用串行口扩展并行输入口 利用串行口扩展并行输出口 根据该扩展电路(图6-22)，以两个8位并行口读入20H组字节数 据，并把它们转存到内部RAM数据区（设首址为30H）的程序清 单如下： PIOIN： MOV R7，#20H ；读入字节组数MOV R0 #30H ；设置内部R
12、AM数据区首址SETB F0 ；设置读入字节奇偶标志，第1个8位 数为偶 RCV0： CLR P1.0 ；165置入数据 SETB P1.0 ；允许165串行移位 RCVI： MOV SCON，#00010000B ；串行口设定为方式0，允许接收并启动接收过程STP： JNB RI ，STP ；等待接收一个8位数 CLR RI ；清RI标志，以备下次接收MOV A，SBUF ；读入数据MOV R0,A ；数据送存INC R0 ；指向数据区下一个地址CPL F0 ；指向第奇数个8位数JNB F0 ，RCV1 ；如未读完奇数个8位数转 RCV1DJNZ R7，RCV0 ；20H组数未读完重新进行置
13、入 ；对数据进行处理6-4-2 可编程I/O口扩展 8155的结构和技术性能 在8155内部具有 ： 256字节的静态 RAM，存取时间为 400ns；有三个通用的输入/输 出口。其中A口和B口是 8位口，C口是6位口。C 口可做状态口，这时， A口和B口能在应答式的 输入/输出方式下工作；有一个14位的可编程 定时/计数器；内部有地址锁 存器及多路转换 的地址和数据总 线；单一+5V电源，40 脚双列直插式封装。8155的结构框图 2. 8155的RAM和I/O地址编码 表6-3 8155口地址分布AD7AD0 选中寄存器 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 X X X X X 0 0 0 命令/状态寄存 器 X X X X X 0 0 1 PA口 X X X X X 0 1 0 PB口 X X X X X 0 1 1 PC口 X X X X X 1 0 0 定时/计数器低8 位 X X X X X 1 0 1 定时/计数器高8 位3. 8155的工作方式与基本操作 8155可作为I/O口、片外256字节数据存储器及定时器 使用。（1）作片外256字节RAM使用。此时815
