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1、单片机系统扩展在由单片机构成的实际测控系统中，最小应用系统往往不能满足要求，因此 在系统设计时首先要解决系统扩展问题。单片机的系统扩展主要有程序存储器 (ROM)扩展，数据存储器(RAM)扩展以及I/O 口的扩展。MCS-51单片机有很 强的扩展功能，外围扩展电路、扩展芯片和扩展方法都非常典型、规范。本章首 先通过实训初步了解扩展的方法及应用，然后详细讨论各种扩展的常见电路、芯 片以及使用方法。实训6片外RAM对信号灯的控制及可编程I/O 口的应用1. 实训目的(1) 掌握扩展片外RAM的方法及使用。(2) 熟悉8155可编程接口芯片的内部组成。(3) 掌握8155初始化的方法及I/O 口的使
2、用。(4) 了解8155内部定时器和RAM的编程使用。(5) 认识片外RAM及8155相关地址的确定。2. 实训设备和器件实训设备：单片机开发系统、微机。实训器件：实训电路板1套。3. 实训电路图下图为实训电路图，与附录1中的电路图连接完全相同。312345678U13井121514311918P11P01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07TNT1P20TNT08031P21P22T1P23T0P24P25EA/VPP26P27X1X2RESETRXDTXDRDALE/PWRPSEN39383736D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D
3、7Q7OEAY0BY1CY2Y3Y4E1Y5E2Y6E3Y774LS13825 、24、031WR 12 h 13 h 14、_15 h 16 k 17接8031P22 7接8031ALE2122232425262728/29 /30 /31 /32 /33 /34 /35 /B. B. R. B：R B. B. B.TMROUTTMRTNVCC图6.1实训6电路图4. 实训步骤与要求1）查阅附录实训电路板原理图及芯片手册，初步认识51单片机扩展片外RAM 所使用的芯片6264的管脚排列，以及与单片机的连接关系；初步分析8155与单 片机的连接及三个I/O 口与外部LED的关系。2）将电路板与
4、仿真器连接好。3）输入参考程序1，汇编并调试运行，观察P1 口发光二极管的亮灭状态。4）输入参考程序2,汇编并调试运行，观察电路板中LED（共阴极）的显示情 况。参考程序1：对片外RAM写入数据并输出，控制P1 口的亮灭状态。ORG 0000HMOV DPTR,#1000H；指向片外RAM的首地址据MOV A,#0FEH；设置第一个要送入的数MOV R1,#08H；设循环次数WRITE:MOVX DPTR,A；向RAM中写入数据INC DPTR；片外RAM地址加1CLR CYRL A；更新数据DJNZ R1,WRITE则顺序执行下一条指令；8次未送完，继续写入，否MOV R1,#08H；再次设
5、置循环次数START:MOV DPTR,#1000H；指向第一个数据单元1000HREAD:MOVX A,DPTR；读出数据到A累加器极管MOV P1,A；送P1 口点亮发光二LCALL DELAY；延时一段时间INC DPTR；更新地址口显示DJNZ R1,READ；连续读出8个数据，送P1SJMP START第个数据单元开始。；8个数据读完，继续从延时子程序参见第4章。参考程序2：对8155初始化，使I/O 口控制LED的显示情况。ORG 0000HMOV DPTR, #4400HMOV A, #03HMOVX DPTR,A为输出，C 口为输入。INC DPTRMOV A， #00HMOV
6、XDPTR， A所有8个LED。INC DPTRMOV A， #OFFHMOVXDPTR， A输出点亮8个LED。SJMP $指向8155命令寄存器；写入控制字。A 口、B 口；指向 8155A 口；向A 口写入00H，输出选中；指向 8155B 口；向B 口写入某个字型码，5. 实训总结和分析(1) 程序1的功能是，对片外RAM1000H1008H写入数据，然后再逐一读 出送P1 口控制发光二极管，使8个发光二极管依次点亮。片外RAM是当单片机 内部RAM不够用时进行扩展的，常用的芯片是静态RAM，例如实训电路板中所使 用的6264，片外RAM的地址线是由单片机的P0 口和P2 口提供的，其
7、具体连接 方法以及片外RAM地址的确定方法在6.2节介绍。实训中，对片外RAM的写操作 由MOVX DPTR，A完成，读操作由MOVX A，DPTR完成。(2) 程序2的功能是，对实训电路中扩展的8155芯片初始化，分别从8155 的A 口和B 口输出数据，使8个LED同时显示“8”。8155是可编程的I/O芯片， 当单片机提供的并行I/O 口 P0P3不够用户使用时，常常需要扩展I/O 口，8155 是扩展时使用较多的I/O芯片。在本书的实训电路中，用扩展的8155连接了 8 个LED数码管和16个按键。通过扩展8155可以提供3个并行I/O 口： A 口、B 口和C 口，3个I/O 口的工
8、作方式(例如是输入还是输出)是由用户的编程来确 定的，这个过程称作对8155的初始化。初始化编程是通过8155的命令寄存器写 入控制字来实现的，例如参考程序2中的前3条指令。控制字的规定、8155和 单片机的接口方法以及8155相关地址的确定在6.3.4节介绍。(3) 分析参考程序2，我们注意到，对扩展I/O 口芯片8155的写操作也是 MOVX DPTR，A，与片外RAM的使用方法相同，读操作也是一样，因此这就要求 片外RAM和扩展I/O 口的地址不能冲突，在扩展连接时，二者要统一考虑，统一 编址。(4) 请读者学习本章知识后，思考以下问题：实训中扩展的6264的地址范 围是什么？为什么81
9、55命令寄存器、A 口、B 口的地址是程序2中所使用的4400H、 4401H、 4402H?(5) 在实际应用中，不仅要扩展RAM和I/O 口，当单片机内部用于存放程 序、表格的程序存储器容量不够时，也需要扩展。对这三者的扩展方法、常用芯 片和使用方法是本章重点讨论的内容。6.1程序存储器扩展在进行单片机应用系统设计时，首先考虑的就是存储器的扩展，包括程序存 储器和数据存储器。其次是I/O 口的扩展，用来连接一定的输入设备和输出设备。 在本书附录的参考实训电路板原理图中，除了实训6中我们初步认识和使用的 RAM和I/O 口 8155芯片，读者会注意到还扩展了两片存储器芯片2764和2864，
10、 这是在程序存储器扩展中要介绍的内容。单片机的程序存储器空间和数据存储器空间是相互独立的。程序存储器的寻 址空间是64K字节(0000HFFFFH)。6.1.1单片机程序存储器概述单片机应用系统由硬件和软件组成，软件的载体就是硬件中的程序存储器。 对于MCS-51系列8位单片机，片内程序存储器的类型及容量如表6.1所示。表6.1 MCS-51系列单片机片内程序存储器一览表单片机型号片内程序存储 器类型容量(字节)8031无8051ROM4K8751EPROM4K8951Flash4K对于没有内部ROM的单片机或者程序较长、片内ROM容量不够时，用户必须 在单片机外部扩展程序存储器。MCS-51
11、单片机片外有16条地址线，即P0 口和 P2 口，因此最大寻址范围为64K字节(0000HFFFFH)。这里要注意的是，MCS-51单片机有一个管脚EA跟程序存储器的扩展有关。如果EA接高电平，那么片内存储器地址范围是0000H0FFFH (4K字节)，片外程序存储器地址范围是1000HFFFFH (60K字节)。如果EA接低电平，不使用 片内程序存储器，片外程序存储器地址范围为0000HFFFFH (64K字节)。8031单片机没有片内程序存储器，因此EA管脚总是接低电平。扩展程序存储器常用芯片有EPROM (Erasable Programmable Read OnlyMemory)型(紫
12、外线可擦除型)，如2716 (2KX8)、2732 (4KX8)、2764 (8K X8)、27128 (16KX8)、27256 (32KX8)、27512 (64KX8)等，另外还有+5V 电可擦除 EEPROM，如 2816 (2KX8)、2864 (8KX8)等等。如果程序总量不超过4KB, 一般选用具有内部ROM的单片机。8051内部ROM 只能由厂家将程序一次性固化，不适合小批量用户和程序调试时使用。因此选用 8751、8951的用户较多。如果程序超过4K字节，一般不会选用8751、8951,直接选用8031，利用外 部扩展存储器来存放程序。6.1.2 EPROM程序存储器扩展实例
13、紫外线擦除电可编程只读存储器EPROM是国内用得较多的程序存储器。 EPROM芯片上均有一个玻璃窗口，在紫外线照射下，存储器中的各位信息均变1， 即处于擦除状态。擦除干净的EPROM可以通过编程器将应用程序固化到芯片中。例6.1 在8031单片机上扩展4KEPROM程序存储器1. 选择芯片本例要求选用8031单片机，内部无ROM区，无论程序长短都必须扩展程序 存储器(目前较少这样使用，但扩展方法比较典型、实用)。在选择程序存储器芯片时，首先必须满足程序容量，其次在价格合理情况下 尽量选用容量大的芯片。芯片少，接线简单，芯片存储容量大，程序调整余量大。 如估计程序总长3KB左右，最好扩展一片4K
14、B的EPROM 2732,而不选用2片2716 (2KB)。在单片机应用系统硬件设计中应注意，尽量减少芯片使用个数，使得电路结 构简单，提高可靠性，这也是8951比8031使用更加广泛的原因之一。2. 硬件电路图8031单片机扩展一片2732程序存储器电路如图6.2所示。GND2412 1 8GND21e22?EA P2.3P2.2P2. 1P2.024232221Vcc GND ce8031P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0ALEPSEN3233343 53 637383L3029A7A6A5A4A3A2A1A02732 4K X 8O7O6O5O4O3O2O1O0OE/Vpp162W3 124
