《单片机原理与应用 教学课件 PPT 作者 张东亮 第9章存储器扩展与接口技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理与应用 教学课件 PPT 作者 张东亮 第9章存储器扩展与接口技术（90页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第9章 存储器扩展与接口技术,9.1 并行总线扩展 9.2 单片机外部存储器扩展 9.3 并行I/O接口扩展 9.4 D/A转换接口 9.5 A/D转换接口 9.6 扩展接口用于键盘显示器,系统扩展是指片外存储器扩展和I/O接口扩展。接口技术包括并行I/O接口、D/A、A/D、显示、键盘接口。,8051系列单片机的特点是体积小，功能全，系统结构紧凑，硬件设计灵活。对于简单的应用，最小系统即能满足要求。,所谓最小系统是指在最少的外部电路条件下，形成一个可独立工作的单片机应用系统。一片89C51，或者一片8031外接一片 EPROM就构成了一个单片机最小系统。,在很多复杂的应用情况下，单片机内部的
2、RAM ，ROM 和 I/O接口数量有限，不够使用，这种情况下就需要进行系统扩展。,8051单片机的外部总线结构,9.1 并行总线扩展,18051单片机的片外总线结构,28051单片机的系统扩展能力,38051单片机的总线驱动能力及扩展方法,可以扩展64KB程序存储器与64KB数据存储器（包括I/O接口）。,8051单片机作为数据总线和低8位地址总线的P0口可驱动8个LSTTL电路，而P1、P2、P3只能驱动4个LSTTL电路。 地址总线可采用单向三态线驱动器(如74LS244)进行驱动能力的扩展。数据总线可采用双向三态线驱动器(如74LS245)进行扩展。,外部程序存储器读时序,从外部程序存
3、储器读取指令，必须有两个信号进行控制：ALE信号和/PSEN信号（外部ROM读选通脉冲）。,4外部存储器的操作时序,ALE信号为地址锁存使能信号(Address Latch Enable)，在一个机器周期里两次有效，其频率为1/6的振荡频率。其中的/PSEN信号为外部程序存储器使能信号(Program Store Enable)低电平有效，用于选通程序存储器EPROM输出使能端/OE。符号/表示低电平有效。 P0口用于提供低8位地址，P2用于提供高8位地址。低8位地址只持续到S2结束，故需要用ALE将其锁存。从P0口读入指令数据的时间与/PSEN有效时间有关。,一个机器周期里ALE两次有效，第
4、2次读指令操作对不同的指令会有不同的结果。例如，对于单周期单字节指令，第二次读入的指令将自动丢弃(如INC A指令),且PC不变。对单周期2字节指令，第二次读入的是第2字节指令 (如ADD A, #78H 指令)。对于2周期单字节指令，后3次读入的指令均无效(如INC DPTR指令)。,外部数据存储器RAM读写时序,在外部RAM读写时，ALE和/PSEN不总是周期信号。例如，使用MOVX指令时，就不总出现这两个信号。 对于外部RAM读写指令，第1个机器周期，读取外部ROM的指令，第1个机器周期S4状态后，送出16位RAM地址PCH和 PCL。第2个机器周期中，第一个ALE信号不再出现，而/RD
5、信号有效，以进行RAM的读操作（如MOVX A, DPTR指令），如果/RD换成/WR，则对RAM进行写操作（如MOVXDPTR, A指令）。,第一个机器周期是取指令周期，是从ROM中读取指令数据，第二个机器周期才开始读取外部数据存储器RAM中的内容。有三个信号进行控制：ALE信号、/PSEN信号（外部ROM读选通脉冲）和/RD信号（外部RAM读选通脉冲）。,9.2 单片机外部存储器扩展,9.2.1 存储器寻址,1. 线选法寻址 线选法是直接以系统的地址线作为多片芯片的片选信号，把选定的地址线和存储器芯片的片选端直接相连 。,2. 译码法寻址 译码法寻址是由译码器组成的译码电路对系统的高位地址
6、进行译码。译码电路将地址空间划分为若干块，其输出作为存储器芯片的片选信号分别选通各芯片，这样既充分利用了存储空间，又避免了空间分散。,74LS138引脚图,注：/E1, /E2, E3也用/G2A, /G2B, G1表示。,74LS138译码器,E3,138译码器真值表,74139译码器,139译码器真值表,常用的EPROM有2716, 2732,2764,27128, 27256等芯片。,9.2.2 程序存储器的扩展,1. 程序存储器扩展芯片,EPROM芯片2764,存储容量为8KB8 28个引脚： 13根地址线A12A0 8根数据线D7D0 片选信号CE* 编程PGM* 输出允许OE* 编
7、程电压VPP,2764工作方式选择表,2764 EPROM主要有以下几种工作方式： 1）读出方式。 2）备用或维持方式。 3）编程方式。 4）编程禁止。 5）编程校验。,1D8D: 8位数据输入线 1Q8Q: 8位数据输出线。 G:数据输入锁存选通信号(Enable) /OC: 数据输出允许信号(Output Control),锁存器74LS373（带有三态门的8D锁存器）,2. 外部程序存储器的一般连接方式,例9-1 8051单片机扩展8KB EPROM 2764,D7 Q7 373 锁存器 D0 Q0 G,3. 典型的EPROM扩展电路,用EPROM 2764扩展 8KB程序存储器。单片机
8、的P0口可以作为8位数据总线与2764的数据总线相连。外部程序存储器选通信号/PSEN与2764的/OE (输出使能)相连。 2764需要13根地址线，高5位由P2口的P2.0P2.4提供，低8位地址线由P0口经地址锁存器74LS373提供。因为P0口分时提供8位数据D0D7和8位地址A0A7。 74LS373是有输出三态门的8D锁存器。当G（使能端）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。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。,电可擦除只读存储器EEPROM又称E2PROM, 既可像EPROM那样长期非
9、易失地保存信息，又可像RAM那样随时用电改写，近年来出现了快擦写FLASH ROM，它门被广泛用作单片机的程序存储器和数据存储器。 常用的EEPROM有2816， 2817和2864等，它们有如下共同特点： *单+5V供电，电可擦除可改写。 *擦写使用次数为1万次，信息保存时间为10年。 *读出时间为ns级，写入时间为ms级。RAM写入为ns级 *芯片引脚信号与相应的RAM和EPROM芯片兼容。,4程序存储器E2PROM的扩展,2864 EPROM主要有以下几种工作方式： 1）读方式。 2）备用方式。 3）写方式。 4）片擦除方式。,E2PROM 2864存储器扩展电路图,常用的RAM有611
10、6，6264，62256等芯片。,9.2.3 数据存储器的扩展,6264的操作方式表,SRAM芯片6264,存储容量为8KB8 28个引脚： 13根地址线A12A0 8根数据线D7D0 片选CS1*、CS2 读写OE* 、WE*,扩展一片6264 RAM数据存储器连接图,1扩展8 KB RAM,译码法扩展16KB RAM和16KB EPROM,2. 综合扩展实例,注：注意各芯片的地址分配。如IC0:0000H1FFFH。,9.2.4 程序和数据存储器空间的合并,在单片机系统开发时，由于程序存放在EPROM中，修改调试不便，若在程序存储空间安放RAM，则可方便地一面调试程序，一面读写修改。为此，
11、在硬件结构上，只要将信号/RD、/PSEN相“与”后将其输出连到RAM的读选通端/OE，就能使程序空间和数据空间合并，此时存储器为冯诺依曼结构。,9.3.1 简单 I/O口的扩展,例9-5 利用中规模集成电路作为简单I/O口的扩展。输入口用74LS244, 接8个开关（或按键）。每根线通过上拉电阻接到+5V电源。输出口用74LS273, 通过反相器接8个LED指示灯。要求指示灯指示开关的状态。,9.3 并行I/O接口扩展,程序如下,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030H MAIN： MOV DPTR, #0FEFFH ；指向I/O口地址, P2.0=0 MOVX A，DPT
12、R ；从244读入数据，检测开关 MOVX DPTR，A ；向273输出数据，驱动LED LCALL DELAY SJMP MAIN DELAY: MOV R7, #010H ；延时 DEL0: MOV R6, #0FFH DEL1: DJNZ R6, DEL1 DJNZ R7, DEL0 RET END,扩展I/O接口常用的可编程并行I/O接口芯片有8255、8155等。8255A是Intel公司生产的具有3个8位并行I/O口，3种工作方式，可通过编程改变其功能，因而使用灵活方便，通用性强。 8155有256字节RAM, 一个定时器，3个并行I/O口。,9.3.2 可编程并行I/O口8255
13、的扩展,1. 8255的内部结构,（1）端口A、B、C,功能和结构上有些差异。 A口：输出锁存和缓冲；输入锁存 B口：输出锁存和缓冲；输入缓冲 C口：输出锁存；数据输入缓冲 C口可在软件的控制下，分为两个4位端口，作为A口、B口选通方式操作时的状态控制信号。,(2)A组和B组控制电路,A组：A口和C口的上半部（PC74）； B组：B口和C口的下半部（PC30）； 可根据“命令字”对C口按位“置1”或“清0”。,(4)读/写控制逻辑电路,该电路接收CPU发来的控制信号、RESET、地址信号A1、A0等。对端口进行读写。,(3)数据总线缓冲器,三态双向，作为8255A与单片机数据线之间接口，传送数
14、据、指令、控制命令及外部状态信息。,2. 8255的引脚,8255引脚功能 D7D0：三态双向数据线，与单片机数据总线连接 /CS：片选信号线，低电平有效，表示本芯片被选中 /RD：读出信号线，控制8255A中数据的读出 /WR：写入信号线，控制向8255A数据的写入 Vcc，GND：+5V电源与地 PA7PA0：A口输入/输出线 PB7PB0：B口输入/输出线 PC7PC0：C口输入/输出线 A1、A0：地址线，用来选择8255A内部的4个端口: A口、B口、C口、控制口 RESET: 复位信号，高电平有效。复位后，控制寄存器清零，A、B、C三个端口皆置为输入方式且锁存器全清零。,8255A
15、端口工作状态选择,1) 方式0：基本输入输出。即无须联络信号的I/O方式。A口、B口、C口的高4位或第4位可以分别设置成输入或输出。,3. 8255的工作方式: 3种，通过写入方式字选择,2) 方式1：选通输入输出。只有A口和B口可以工作在方式1，C口的一些位用于联络信号，其余的引脚用于基本I/O,即只能工作于方式0。,3) 方式2：双向传送（仅A口有）。这时，A口既可以输入也可以输出。C口的5条信号线用于A口的双向I/O传送。,8255 C口口线功能,INTRB,IBFA,INTRA,IBFB,/STB (Strobe): 选通信号 IBF (Input Buffer Full):输入缓冲器
16、满 INTR (Interrupt Request): 中断请求 /OBF (Output Buffer Full ) ):输出缓冲器满 /ACK (Acknowledge)：应答,方式控制字,4. 8255控制字,例如，写入工作方式控制字95H可将8255A编程为：A口方式0输入，B口方式1输出，C口的上半部分(PC74)输出，C口的下半部分（PC30）输入。,再例如，假设8255A的控制字寄存器地址为FF7FH，则令A口和C口的高4位工作在方式0输出， B口和C口的低4位 工作于方式0输入，初始化程序：,MOV DPTR，#0FF7FH ；控制字寄存器地址送DPTR MOV A，#83H ；方式控制字83H送A MOVX DPTR，A ；83H送控制字寄存器,C口位控字,8255的C口具有位控功能。,8255作为I/O的应用电路图,5. 8255与 8051单片机的接口方法,例9-6，8255与8051单片机的连接。,
