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1、单片机存储器扩展,5.1 单片机系统扩展及结构,单片机扩展的必要性1. 扩展了单片机系统的资源(主要是存储器扩展和I/O扩展) 2. 驱动更多种类的外部设备 1）信号形式不同 2）信号电平不同3）速度差异大,单片机系统总线及总线构成,所谓总线，就是连接计算机CPU与各部件的一组公共信号线。MCS-51使用的是并行总线结构，按功能分为三组：地址总线，数据总线和控制总线。,1数据总线DB（Data Bus） 2地址总线AB（Address Bus） 3控制总线CB（Control Bus）,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
2、（D7 D0），共8位。 控制总线 CB，ALE 、 、 、 、 等。,8031单片机总线引脚结构,单片机总线构造,1.数据总线的构造MCS-51单片机的数据总线是由P0口提供的，由P0口引出8位线即可作为数据总线。 2.地址总线的构造 MCS-51单片机地址总线为16根，其中高8位P2口提供，低8位由P0提供。,注意：P0口线地址 / 数据分时复用，需用地址锁存器74LS373锁存地址。,A10 A8,A7 A0,D7 D0,CB,3.MCS-51单片机控制总线构造1）RD、WR为读、写信号： 用于片外扩展数据存贮器及I/0端口的读写选通信号，当执行外部数据存贮器操作MOVX指令时，这两个信
3、号分别自动生成。WR、RD分别与扩展数据存贮器及I/0端口的WR、RD相接。2）EA为片外ROM选通信号：用于选择片内或片外程序存贮器，当EA0时，访问片外程序存贮器。3）PSEN为外部ROM读选通信号：用于片外扩展程序存贮器的读选通信号，执行片外程序存贮器查表指令MOVC时，该信号自动生成。PSEN与扩展程序存贮器相接。4）ALE为地址锁存允许：用于选通地址锁存器，通常在P0口输出地址期间，用下降沿触发锁存器锁存低8位地址，即ALE必须与地址锁存器的触发端相连,对存储器来讲控制线无非是：芯片的选通控制、读写控制。单片机与外部器件数据交换要遵循两个重要原则：一是，地址唯一性，一个单元一个地址。
4、二是，同一时刻，CPU只能访问一个地址，即只能与一个单元交换数据。不交换时，外部器件处于锁闭状态，对总线呈浮空状态。,读 / 写：CPU向外部设备发出的读/写控制命令。EPROM：/OE /PSENSRAM： /WE /WR/OE /RD,选通：CPU与器件交换数据或信息，需先发出选通信号/CE或/CS，以便选中芯片。,扩展芯片,MCS-51单片机扩展芯片可以分为3类：外部程序存贮器ROM芯片、外部数据存贮器RAM芯片以及接口芯片。连接外部设备的扩展芯片称接口芯片，接口芯片上的接口称外接口（相对于并行口、中断等内部接口而言）。每个外部接口可有多个端口，例如数据口、状态口、控制命令口等。许多接口
5、芯片同内部中断接口一样可通过写入控制字实现工作方式等的功能控制，使用灵活、扩大了应用范围，这些芯片称可编程接口芯片。,5.2 MCS-51存储器编址技术 两个层次： 存储器芯片的选择*编址方法：1)线选法直接以系统的地址位作为芯片的片选信号2)译码法使用译码器对系统的高位地址进行译码，以其译码输出作为存储芯片的片选信号。常用译码芯片：74LS139(双2-4译码器)74LS138(3-8译码器) 2. 芯片内部存储单元的编址由芯片内的译码电路完成,MCS-51存储器的地址编码 SRAM6116：“16” 2K8b = 2KB 21210 = 211 即6116有11根地址线。 地址空间： A1
6、0 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 最低地址： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 最高地址： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 07FFH MCS-51单片机寻址范围：64KB 26210 = 216即16位地址线 地址空间： A15A14A13A12A11A10A9A8A7A0 单片机 A10A9A8A7A0 6116,上式中：“”表示0或1。 即单片机地址空间中包含有32个2KB。某片6116占据的是哪2KB不能确定地址浮动。,只有限定A15A11的取值才能确定6116在系统中的地址范围。如，P2.6 = 0 ，选中6116的/CS线
7、。设P2.7 P2.5 P2.4 P2.3假定全为1则: 6116地址范围是B800H BFFFH。同理， P2.7 P2.5 P2.4 P2.3假定全为0则: 6116地址范围是 0000H 07FFH；再设P2.7选中6116 （设P26 P25 P24 P23全为1）则：地址范围是7800H 7FFFH,23 = 8,8KB,可见：存储器芯片在系统中地址分布由两个因素决定：一是，芯片本身的地址线（与容量有关）二是，芯片选通信号的获得方式。 扩展存储器时，总是让单片机低位地址与存储器芯片地址线相接；而让单片机剩余的高位地址线（在P2口）常作为片选信号线。 这种方法对SRAM、EPROM、扩
8、展I / O芯片、外设同样适用。 P2.5 = 0时，选中2764；“64” 8K8b = 23210 = 213A15 A14 A13 A12 A11 A0,若取P2.7 P2.6均为1； 则2764在本系统内地址范围：C000H DFFFH,可以。此时6116：D800H DFFFH2764：C000H DB00H,若6116与2764都用A13 （P2.5）选中可否,6116与2764在0800H DFFFH范围内地址重叠，这是不是违反交换原则呢？,不会！因为，6116是SRAM，2764是EPROM。除地址和选通信号外，还有读/写控制信号起作用。,RAM /WE /WR /OE /RD
9、 ROM /OE /PSEN,可用来区分 二器件,小结：1）CPU与外设数据交换的原则是什么？2）决定存储器芯片在系统中地址范围的两个因素是什么？,5.3 MCS-51程序存储器扩展,MCS-51单片机8031子系列无片内ROM，故必须扩展片外程序存贮器才能应用，而其它子系列单片机有片内ROM，可不必扩展片外ROM即可工作。但对于需要大容量ROM的系统都必须扩展片外ROM。扩展ROM单元芯片与片内ROM共用一个存贮空间，统一编址。通过查表指令MOVC A，A+DPTRMOVC A，A+PC可以实现对ROM单元的读操作。,一、扩展总线,74LS373是有输出三态门的电平允许8D锁存器。当G（使能
10、端）为高电平时，锁存器的数据输出端Q的状态与数据输入端D相同（透明的）。当G端从高电平返回到低电平时（下降沿后），输入端的数据就被锁存在锁存器中，数据输入端D的变化不再影响Q端输出。,二、片外ROM操作时序 进行ROM的扩展，其扩展方法较为简单容易，这是由单片机的优良扩展性能决定的。单片机的地址总线为16位，扩展的片外ROM的最大容量为64KB，地址为0000HFFFFH。扩展的片外RAM的最大容量也为64KB，地址为0000HFFFFH。,由于80C51采用不同的控制信号和指令 ，尽管ROM与RAM的地址是重叠的，也不会发生混乱。 80C51对片内和片外ROM的访问使用相同的指令，两者的选择
11、是由硬件实现的。 芯片选择现在多采用线选法，地址译码法用的渐少。ROM与RAM共享数据总线和地址总线。,访问片外ROM的时序 ：,80C51系列单片机的CPU在访问片外ROM的一个机器周期内，信号ALE出现两次（正脉冲），ROM选通信号也两次有效，这说明在一个机器周期内，CPU两次访问片外ROM，也即在一个机器周期内可以处理两个字节的指令代码，所以在80C51系列单片机指令系统中有很多单周期双字节指令。,三、ROM芯片及扩展方法 1、EPROM存储器及扩展 常用的芯片有2732、2764、27128、27256、27512等 。,程序存贮器芯片2716结构 2716的结构逻辑图如图所示。ROM
12、芯片内部集成了输出缓冲器，地址译码器。2716有2K字节容量，共有11位地址线。,2716信号引脚说明如下：A0A10为11位地址线O0O7 为8位数据线CE/PGM为双重功能控制线0E 为输出允许信号VPP为电源线Vcc为主电源线，接+5V电源GND为地线,2716,程序存贮器芯片工作方式EPROM有下以几种工作方式，由OE、CE/PGM及VPP各信号状态组合确定。,（1）读出方式 CPU从EPROM中读取代码，为单片机应用系统的工作方式。此时CE、OE均为低电平，VPP5V（2）维持方式 即未选中状态，此时CE为高电平，数据输出为高阻状态，功耗下降75，处于低功率维持状态（3）编程方式 把
13、程序代码固化到EPROM中。VPP端加+25V高压，OE高电平。每当CE/PGM端出现脉冲时，写入一个存贮单元信息。（4）编程校验方式 即检查编程写入的信息是否正确，通常紧跟编程之后。VPP+25V，CE及OE为低电平。（5）编程禁止方式2716不但可单片编程，也允许多片同时编程，好把同样信息并行写入多片2716中。多片编程时，若要写入各片的数据不尽相同，可使某片或某几片芯片处于编程状态或编程禁止状态，当CE/PGM信号加低电平时，该芯片处于编程禁止状态，不写入数据。,程序存贮器的扩展,ALE,P,2.2,P,2.0,PSEN,V,SS,8,8,3,8,8,8,8,OE,D,7,D,0,G,G
14、ND,O,7,O,0,V,CC,74LS373,+5V,V,CC,A,7,A,0,V,SS,A,10,A,8,O,7,O,0,OE,CE,2716,P,2.3,EA,2多片程序存贮器的扩展 1）各ROM芯片的数据线并行连接。2）各芯片的地址线并行连接。2764芯片内有8KB ROM单元，共有13根地址线。3）各芯片的控制信号PSEN并行连接。4）各芯片的片选信号CE是不同的，需要分别产生。,P,2.5,P,0,ALE,8031,P P,2 4 2.0,74LS373,G,A,70,CE,O,70,A,128,A ,12 8,O,70,A,70,2764,2764,OE,OE,CE,PSEN,EA,P,2.5,P,0,ALE,8031,PP,2.4 2.0,74LS373,G,A,70,CE,O,70,A,128,A ,12 8,
