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1、第8章 单片机的系统扩展,8.1 相关知识链接,一、 概述 MCS-51单片机提供了完整的外部数据总线、地址总线和控制总线。很多接口电路做成了标准通用接口芯片，有其独立的总线。用户根据系统的需要，选择适当的接口芯片与单片机的总线对应接好，然后通过程序设定其工作方式，便能组成满足用户需求的单片机应用系统。 值得注意的是，MCS-51单片机的地址总线和数据总线是分时复用的，共同用一组I/O口，即P0口。在应用中，为了能正确分离出从P0口送出的地址信号和数据信号，需要在P0口外部加上地址锁存器，将P0口送出的地址信号锁存，这样就构成了一般的微处理器所具有的独立的数据、地址、控制三大总线，如图8-1所
2、示。在图8-1中，由8031单片机的P0口送出的低8位地址是在ALE锁存信号变高的同时出现的，并在ALE由高到低变化时将P0口的地址信号锁存到外部的地址锁存器中，直到下一次ALE变高，地址总线的数据才发生变化。,8.1 相关知识链接,1. 单片机的总线 所谓总线是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。按照功能通常把系统总线分成地址总线、数据总线、控制总线。 （1）地址总线 地址总线用于传送单片机的地址信号，以便进行存储单元和I/O口的选择。地址总线是单向传输，只能从单片机向外部端口发送。地址总线的数目决定了可以直接访问的存储单元的数目。若有n条地址总线，则具有2n个编码状态，对应2n个存储单元
3、地址编码，所能访问的最大地址空间为02n-1。MCS-51单片机共有16根地址总线，所能寻址的地址编码范围为065535，即通常所说的64KB。 （2）数据总线 数据总线用于单片机与存储器之间或单片机与I/O之间传送数据。数据总线的位数与单片机的数据处理长度一致。如MCS-51单片机是8位字长，故其数据总线的位数也是8位。数据总线是双向传输，可以从单片机到存储器、I/O口，也可以从存储器、I/O口传送到单片机内部。,8.1 相关知识链接,（3）控制总线 控制总线是单片机发出的以控制片外ROM、RAM和I/O口读写操作的一组控制线。 2. 扩展方法 （1）数据总线 由于MCS-51单片机没有提供
4、专门的数据总线，而是与P0口共用。P0口既可以用作低8位地址线，又可以用作系统的数据总线，地址和数据信号分时从P0口输出。在实际使用中，通常在P0口外接一个锁存器，用以在ALE信号下降沿到来时锁存住低8位地址信号，之后P0口输出数据，此时因为ALE无下降沿信号，P0口送出的数据信号不会送到锁存器的输出，故不会影响地址信号。数据线直接和外部端口的数据线相连即可。,8.1 相关知识链接,（2）地址总线 在MCS-51单片机中，除了P0口的低8位地址线，还有P2口的高8位地址线，它们共同组成16位地址线，以实现连续的64KB RAM的寻址。P2口具有锁存功能，输出的高8位地址信号在整个寻址过程中保持
5、不变。P2口有8根数据线，在实际中应根据实际情况，选择满足寻址空间所需的P2口的地址线条数。 （3）控制总线 在单片机系统扩展中，CPU除了提供数据信号、地址信号之外，还需要提供控制信号。MCS-51单片机除了提供专门的控制信号线，如：ALE、 、 等，还提供了P3口的第二功能控制线，具体如下： ALE锁存信号，用于进行P0口地址线和数据线的分离。 片外程序存储器“读选通”控制信号。 外部数据存储器的读选通控制信号。 -外部数据存储器的写选通控制信号。 程序存储器访问控制信号。当它为低电平时，对程序存储器的访问仅限于外部存储器；为高电平时，对程序存储器的访问从单片机的内部存储器开始，超过片内程
6、序存储器地址时自动转向外部存储器。,8.1 相关知识链接,3. 存储器的介绍 存储器是组成计算机系统的重要部分，用来存放程序和数据。按照存储器的内部结构划分，可以分为随机存储器和只读存储器。按使用属性分，可将半导体存储器分为RAM和ROM。 （1）随机存储器 根据RAM的结构和功能，RAM又分为两种类型：静态随机存储器(SRAM）和动态随机存储器(DRAM）。SRAM依靠双稳态触发器的两个稳定状态保存信息。每个双稳态电路存储一位二进制代码0或1，一块存储芯片上包含许多个这样的双稳态电路。双稳态电路是有源器件，需要电源才能工作，只要电源正常，就能长期稳定的保存信息，所以称为静态存储器。如果断电，
7、信息将会丢失，属于易失性存储器。而DRAM存储电路以电容为基础，靠芯片内部电容电荷的有无来表示信息，为防止由于电容漏电所引起的信息丢失，就需要在一定的时间间隔内对电容进行充电，这种充电的过程称为DRAM的刷新。,8.1 相关知识链接,静态随机存储器(SRAM）: 读写速度快，生产成本高，多用于容量较小的高速缓冲存储器。 动态随机存储器(DRAM）：读写速度较慢，集成度高，生产成本低，多用于容量较大的主存储器。 （2）只读存储器 只读存储器是一种只能读出而不能写入和修改信息的存储器，其存储的信息是在制作该存储器时就被写入的。在计算机工作过程中，ROM中的信息只能被读出，而不能写入新的内容。计算机
8、断电后，ROM中的信息不会丢失，即在重新加电后，其中保存的信息仍然是断电前的信息，仍然可以被读出。ROM通常用来存放一些固定的程序、数据和系统软件等，如检测程序等。只读存储器除了ROM外，还有PROM、EPROM、EEPROM等类型。PROM是可编程只读存储器，它在制造时不写入数据和程序，而是由用户根据需要用专用设备自行写入，一旦写入就不能再次修改。EPROM是可擦除可编程只读存储器。与PROM相比，EPROM是可以用专用设备反复多次擦除和写入内容的只读存储器。但EPROM中的内容的擦除方法是用紫外线照射。 EEPROM是电可擦除可编程只读存储器，在擦除与编程方面更加方便。不论哪种ROM，其中
9、存储的信息不受断电的影响，具有永久保存的特点。,8.1 相关知识链接,8.2 程序存储器扩展,一、典型的只读存储器芯片Intel 2764 Intel 2764是一种+5v的8KB存储器芯片。其中，27是系列号，64与它的存储容量有关。这个系列的产品与存储容量的对应关系如表所示，此处只对Intel 2764进行介绍。,1. 引脚功能 2764是28引脚的EPROM,存储容量为8KB，其引脚如图所示。 2764的第26脚为NC，表示不用。 A0A12是13根地址线。 D0D7是8根数据线，也有标为O0O7的。 是输出允许信号，由用户控制。高电平时，使数据线处于高阻态；低电平时，数据线处于读出状态
10、。 是片选信号，用于控制本芯片是否工作。高电平时，本芯片不工作；低电平时，选中本片工作。 是编程脉冲输入线。用于控制本芯片处于正常工作状态还是编程状态。高电平时，本芯片处于正常工作状态。若给它一个50ms的负脉冲，则它与Vpp引脚上的21V高压配合使芯片处于编程状态。,8.2 程序存储器扩展,2. 工作方式 2764共有五种工作方式，下表列出了2764的工作状态和相应引脚线上电平的关系。,8.2 程序存储器扩展,二、单片机与2764的连线 1. 8031的引脚P0.0P0.7不经过锁存器与2764的数据线D0D7相连，完成数据线扩展。 2. 8031的引脚P0.0P0.7经过锁存器与2764的
11、地址线A0A7相连，P2.0P2.4直接与2764的地址线A8A12相连，完成地址线扩展。 3. 8031的程序存储器访问控制端 与2764的输出允许端 相连完成控制线的扩展。 4. 8031的引脚P2.6经非门与2764片选端 相连，进行片选控制。这种接法称为线选法。 5. 8031没有片内程序存储器，对程序的访问完全在片外进行，因此将其 端接地。 扩展后的逻辑结构如下图所示。,8.2 程序存储器扩展,8.2 程序存储器扩展,三、确定存储器的地址范围 根据图8-3的电路接法，P2.5、P2.7与寻址无关，均设为“1”。P2.6经非门与片选端相连，当它为“1”时，可使得片选端有效。这种利用一根
12、地址线与存储器的片选端相连的方法称为线选法。 根据图中的接线分析，此片2764的地址范围是0E000H0FFFFH。地址范围的分析参见表8-3。 表8-3 2764的地址范围分析 表中第一行代表单片机的地址线。 表中第二行代表2764的引脚与单片机对应引脚相连，N代表无关。 表中第三行代表2764工作时单片机应该输出电平，对应最小地址0E000H。 表中第四行代表2764工作时单片机应该输出电平，对应最大地址0FFFFH。 其余在最小地址和最大地址之间的地址（0E000H0FFFFH），变化的只是A0A12地址线的数值。 在确定芯片的地址范围时，对未使用的P2口线可以任意设置，这就出现了多个地
13、址对应同一个存储单元的情况，称为地址重复。,8.2 程序存储器扩展,四、程序举例 【例题8-1】 按照图8-3的接法，外部扩展一片EPROM 2764，检验查表指令的运行。读取2764中从地址1000H单元开始的30个字节的数据，存放入片内RAM中，从地址40H开始存放，然后转入片外2764中地址1000H处执行程序。2764中程序的功能是，在P1口输出0F不断变化的数据，用数码管显示这个数据。 程序如下： ORG 0000H MOV R7，#30 ;转移30个字节的数据 MOV R0，#40H MOV A,#00H MOV DPTR, #1000H LP: MOVC A,A+DPTR MOV
14、 R0，A INC R0 INC DPTR MOV A,#00H DJNZ R7，LP,8.2 程序存储器扩展,下面程序的功能是：在P1口输出0F不断变化的数据 LJMP 1000H END ORG 1000H MOV R2，#00H MOV A, R2 STAR: MOV P1，A INC R2 MOV A, R2 ANL A, #0FH SJMP STAR END,8.2 程序存储器扩展,8.3 数据存储器扩展,一、典型的随机存取存储器芯片Intel 6264 Intel 6264是一种静态RAM芯片。其中，62是系列号，64与它的存储容量有关，是说明其中有64K位的存储容量，8K字节。这
15、个系列的产品有62128,16K字节；62256，32K字节。此处重点介绍Intel 6264芯片。 1. 引脚功能 6264、62128、62256都是28引脚的静态RAM，其引脚如图所示。,6264的存储容量为8KB，有13根地址线A0A12。62128的存储容量为16KB，是6264的2倍，比6264多1根地址线， 62128的第26脚为A13。62256的存储容量为32KB，是6264的4倍，比6264多2根地址线，62256的第26脚为A13、第1脚为A14。 D0D7是6264的8根数据线。 是输出允许信号，控制从6264中读出的数据是否送到数据线上，低电平有效。 是写选通信号，控
16、制6264是否处于写状态，低电平有效。 CS1和 是片选信号，用于控制本芯片是否工作。CS1为高电平、 为低电平时，选中本片工作；否则本片不工作。,8.3 数据存储器扩展,2. 工作方式 6264有五种工作方式，表8-4列出了6264的工作状态和相应引脚线上电平的关系。,8.3 数据存储器扩展,二、数据存储器扩展 下面以8051单片机扩展1片6264为例，说明单片数据存储器扩展。如图8-5所示。 1. 逻辑连线 （1）8051的引脚P0.0P0.7不经过锁存器与6264的数据线D0D7相连，完成数据线扩展。 （2）8051的引脚P0.0P0.7经过锁存器与6264的地址线A0A7相连，P2.0P2.4直接与6264的地址线A8A12相连，完成地址线扩展。 （3）8051数据存储器访问控制端 与6264的输出允许控制端 相连，数据存储器写访问控制端 与6264的写选通信号端 相连完成控制线的扩展。 （4）片选信号，直接连接固定电平。,8.3 数据存储器扩展,2.地址范围 P2.5与P2.7与
