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1、第6章 单片机的系统扩展 6.1 单片机系统扩展概述 6.2 程序存储器的扩展 6.3 数据存储器的扩展 6.4 I/O端口的扩展,6.1 单片机系统扩展概述 当单片机最小应用系统不能满足实际应用系统要求时，需要在单片机外部连接相应的外围芯片以满足应用系统的要求。MCS-51系列单片机具有很强的系统扩展能力，可以扩展64KB的程序存储器和64KB的数据存储器或输入输出口。 扩展的内容主要有总线、程序存储器、数据存储器、I/O口扩展等。 在51单片机扩展系统中，往往既需要扩展程序存储器，又需要扩展数据存储器，同时还需要扩展I/O接口，而且往往需要同时扩展多片。外部扩展I/O口占用外部存储器地址空
2、间，与外部存储器统一编址。,1. 单片机扩展系统地址空间编址方法 所谓编址，就是使用系统提供的地址线，通过适当地连接，使外部存储器的每一个单元，或扩展I/O接口的每一个端口都对应一个地址。编址方法分为两步：存储器（I/O接口）芯片编址和芯片内部存储单元编址。 （1）线选法 所谓线选法就是MCS-51单片机P2口未被扩展芯片地址线占用的地址总线直接与外接芯片的片选端相连，只要某位地址总线为低电平，与该地址总线相连的外接芯片就被选中。 线选法的特点是连接简单，不必专门设计逻辑电路，但是各个扩展芯片占有的空间地址不连续，因而地址空间利用率低。适用于扩展地址空间容量不太大的场合。,（2）译码法 译码法
3、就是MCS-51单片机P2口未被扩展芯片地址线占用的地址总线首先经译码器译码，译码输出信号线再与外接芯片的片选端相连，只要某位译码输出信号为低电平，与译码输出信号相连的外接芯片就被选中。 译码法的特点是在P2口未被扩展芯片地址线占用的地址总线数量相同的情况下，可以比线选法扩展更多的芯片，而且可以使各个扩展芯片占有的空间地址连续，因而适用于扩展芯片数量多、地址空间容量大的复杂系统。 2. 单片机系统扩展常用接口芯片 （1）常用输出接口芯片 扩展8位输出口常用的锁存器有74LS273、74LS377以及带三态门的8D锁存器74LS373等。 （2）常用输入接口芯片 输入口常用的三态门电路有74LS
4、244、74LS245和74LS373等。,3. 单片机扩展后的系统结构 CPU一般外部都有地址总线、数据总线和控制总线，而MCS-51系列单片机由于受管脚数量的限制，数据总线和地址总线复用P0口。在使用时，为了和外部电路正确连接，需要在单片机外部增设一片地址锁存器 （如 74LS373），构成与一般CPU类似的片外三总线。,MCS-51系列单片机扩展三总线,（1）地址总线（AB） MCS-51系列单片机地址总线宽为16位，所以可寻址范围为216=64KB。16位地址总线由P0口提供低8位A0A7，P2口提供高8位A8A15。 P2口具有输出锁存功能 。地址总线是单向的，只能由单片机向外发送
5、。 （2）数据总线（DB） 数据总线由P0口提供，其宽度为8位，用于单片机与外部存储器和I/O设备之间传送数据。P0口为三态双向口，可以进行两个方向的数据传送 。 （3）控制总线（CB） 控制总线是单片机发出的控制片外存储器和I/O口读/写操作的一组控制线 ，其中包括以下控制信号线：ALE、 、,6.2 程序存储器的扩展 6.2.1 常用的程序存储器 1. EPROM EPROM是紫外线擦除的可编程只读存储器，掉电后信息不会丢失。EPROM中的程序需要由专门的编程器写入，许多单片机开发装置具有EPROM写入功能。 (1) EPROM的型号和特性 常用的EPROM有2716、 2732、2764
6、、27128、 27256、27512等 。,常用EPROM的引脚,(2) EPROM的工作方式 EPROM的主要工作方式有编程方式、编程校验方式、读出方式、维持方式、编程禁止方式等。 2. EEPROM EPROM的缺点是无论擦除或写入都需要专用设备，即使写错一个字节，也必须全片擦掉后重写，从而给使用带来不便。EEPROM是电擦除可编程存储器，掉电后信息不会丢失 。 (1) EEPROM的型号与特性 常用的并行EEPROM有2816（2KB8）、2817（2KB8）、2864（8KB8）、28256（32KB8）、28010（128KB8）、28040（512KB8）等。 (2) EEPRO
7、M的工作方式 EEPROM的工作方式主要有读出、写入、维持三种 。,6.2.2 程序存储器的扩展 1. 访问外部程序存储器的操作时序 MCS-51的外部程序存储器读操作时序如图所示。,MCS-51访问外部程序存储器时序,2. 程序存储器扩展的一般方法 单片机扩展外部程序存储器（EPROM）的一般连接方法如图所示。,MCS-51单片机扩展程序存储器的一般连接方法,3. 扩展举例 外部存储器的扩展可通过线选方式或译码方式实现片选。 【例】扩展4KB EPROM 的8051系统。采用线选方式对 8051扩展一片2732EPROM的连线图。 图中锁存器采用74LS373，8051的 P2.0P2.3用
8、作2732的地址线， 其余P2.4P2.7中的任一根都可作 为2732的片选信号线，片选信号决 定了2732的4KB存储器在整个8051扩 展程序存储器64KB空间中的位置。 图中选用P2.7作为2732的片选信号 线，则2732 EPROM的地址范围为 0000H0FFFH。,扩展4KB EPROM的8051系统,6.3 数据存储器的扩展 6.3.1 常用的数据存储器 单片机外部数据存储器的扩展芯片大多采用SRAM，根据需要也可采用EEPROM或其他非易失随机存储器（NV-SRAM）芯片。 常用的SRAM有6116、6264、62256等，它们的引脚图如图所示。,常用SRAM引脚图,6.3.
9、2 数据存储器的扩展 1. 数据存储器扩展的一般方法 MCS-51单片机扩展外部数据存储器的一般连接方法如图所示。,MCS-51单片机扩展数据存储器的一般连接方法,2. 访问外部RAM的操作时序 MCS-51对外部数据存储器的访问指令有以下四条： MOVX A, Ri MOVX Ri, A MOVX A, DPTR MOVX DPTR, A MCS-51访问外部数据存储器的时序图。,MCS-51系列单片机的外部数据存储器读/写时序,3. 扩展举例 用2片6116为8051扩展4KB的RAM系统。 下图为8051扩展4KB的RAM系统连接图。图中采用P2.3作为6116(1)的片选信号线，其地址
10、范围为1000H17FFH；P2.4作为6116(2)的片选信号线，其地址范围为0800H0FFFH。,扩展4KB RAM的8051系统,6.4 I/O端口的扩展 6.4.1 简单并行I/O口的扩展 当应用系统需要扩展的I/O口数量较少而且功能单一 时，可采用锁存器、三态门等构成简单的I/O接口芯片。 1. 并行输出口的扩展 扩展8位输出口常用的锁存器有74LS273、74LS377以及带 三态门的8D锁存器74LS373等。 （1）使用74LS273对并行输出口的扩展 74LS273是带清除端的8D触发器，上升沿触发，具有锁存功能。 （2）使用74LS377对并行输出口的扩展 74LS377
11、是带有输出允许控制的8D触发器，上升沿触发 。 2. 并行输入口的扩展 扩展8位并行输入口常用的三态门电路有74LS244、74LS245 和74LS373等。,（1）使用74LS244对并行输入口的扩展 74LS244是一种三态输出的8位总线缓冲驱动器，无锁存功能 。 （2）使用74LS245对并行输入口的扩展 74LS245是三态输出的8位总线收发器/驱动器，无锁存功能。 6.4.2 8155可编程多功能接口的扩展 8155除了有3个可编程并行I/O端口外，还有256字节的RAM和一个计数器/定时器，特别适合于单片机系统在扩展 I/O口的同时，还需扩展少量RAM和计数器/定时器的场合。 1
12、. 8155的结构 它由下列三部分组成： 1）存储器： 容量为2568位的静态RAM。 2）I/O接口： 端口A（PA）：可编程8位I/O口PA0PA7。,端口B（PB）：可编程8位I/O口PB0PB7。 端口C（PC）：可编程6位I/O口PC0PC5。 3）计数器/定时器： 一个14位二进制减1可编程计数器/定时器。 2. 8155的引脚功能 AD0AD7：双向三态地址/数据总线，与单片机的地址/数据总线相连接。低8位地址在ALE信号的下降沿锁存到8155内部地址锁存器，该地址可作为存储器的8位地址，也可作为I/O口地址； ALE：地址锁存允许信号输入线。 读信号输入线，低电平有效。 写信号
13、输入线，低电平有效。 PA0PA7：8位并行I/O线，数据的输入或输出方向由命令字决定。,PB0PB7：8位并行I/O线，数据的输入或输出方向由命令字决定。 PC0PC5：6位并行I/O线，既可作为6位通用I/O口，工作在基本输入输出方式，又可作为PA口和PB口工作在选通方式下的控制信号，这由命令字决定。 TIMER IN（简写为TIN）：计数器/定时器的计数脉冲输入线。 TIMER OUT（简写为TOUT）：计数器/定时器的输出线，由计数器/定时器的寄存器决定输出信号的波形。RESET为复位信号输入线，高电平有效，脉冲典型宽度为600ns。在该信号作用下，8155将复位，命令字被清0，三个I
14、/O口被置为输入方式，计数器/定时器停止工作。 Vcc：5V电源； GND（Vss）：接地端。 其他引脚参看教材。,3. 8155的RAM和I/O口寻址 8155的I/O口、RAM和定时器/计数器在单片机应用系统中是按外部数据存储器统一编址的，为16位地址数据 。 4. 8155的命令字和状态字以及I/O口工作方式 (1) 8155的命令字和状态字 8155的PA口、PB口、PC口以及计数器/定时器都是可编程的。CPU通过将用户设定的命令字写入命令字寄存器实现对它们的工作方式选择，通过从状态字寄存器读出的状态字来判别它们的状态。命令字和状态字寄存器共用一个口地址，命令字寄存器只能写不能读，状态
15、字寄存器只能读不能写。,1) 8155命令字格式。8155命令字格式如图所示，其中D3、D2两位确定的ALT1ALT4为4种工作方式。 2) 8155状态字格式。8155状态字格式如图所示，各位都是为“1”时有效。,8155的命令字格式,8155的状态字格式,2) 选通输入/输出方式 当8155工作于ALT3方式时，PA口为选通输入/输出方式，PB口为基本输入/输出方式。这时PC口的低3位用作PA口选通方式的控制信号，其余3位用作输出。 5. 8155的计数器/定时器 8155有一个14位减法计数器，从TIN脚输入计数脉冲，当计数器减到零时，从TOUT脚输出一个信号，同时将状态 字中的TIMER置位（读出后清零），这样可实现计数或定时。 6. 8155与MCS-51系列单片机的连接方法 MCS-51单片机可以直接和8155连接而不需要任何外加逻辑电路，其连接方法如下图示。,8155与MCS-51系列单片机的连接,本章小结： 练习及思考题： 实训项目六： 予习： 谢谢大家！,本章结束 谢谢使用,
