第八章20130218上海大学单片机.ppt

第八章系统扩展 目录 8 1概述8 2程序存储器的扩展8 3数据存储器的扩展8 451单片机片选方法 8 1概述 89C51片内集成了基本功能部件 但片内存储器的容量 并行I O端口 定时器等内部资源有限 根据实际需要 可进行功能扩展 现有存储器常常不能满足实际需要 需扩展程序存储器和数据存储器 单片机主要用途是控制 需与多个外部I O设备连接 仅有4个并行I O口 但当外围设备较多时 需扩展输入 输出接口 51单片机主要通过三总线进行外部扩展 地址总线 AB 传送单片机输出的地址信号 宽度为16位 P0口经锁存器提供低8位地址 锁存信号是由CPU的ALE引脚提供的 P2口提供高8位地址 数据总线 DB 传送数据信号 由P0口提供 宽度为8位 控制总线 CB 是CPU输出的一组控制信号 8 1概述 8 1概述 三总线结构 8 1概述 其中 1 P0口作地址 数据总线低8位地址线 P0口是地址线和数据线分时复用 需要加一个8位锁存器 先把低8位地址送锁存器暂存 然后再由地址锁存器给系统提供低8位地址 然后把P0口空出来作为数据线使用 P0口的硬件电路设计已考虑了这种应用 P0口内部包含多路转接电路MUX以及地址 数据控制 2 P2口作高位地址线如果使用P2口的全部8位口线 再加上P0口提供的低8位地址 便可形成完整的16位地址总线 使单片机系统的寻址范围达到64KB 但实际应用系统中 高位地址线并不固定为8位 需要用几位就从P2口中引出几条口线 8 1概述 8 1概述 3 控制总线 ALE 地址锁存的选通信号 实现低8位地址的锁存 PSEN 扩展程序存储器的读信号 EA 内 外程序存储器的选择信号 RD和 WR 扩展数据存储器 或I O端口 的读 写信号 执行MOVX指令时 分别自动有效 P1口和P3口 根据系统扩展的需要 这俩端口的部分口线可作为数据或控制线使用 51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题 1 选择合适的存储器芯片只读存储器 ROM 用于固化程序和常数 分掩膜ROM 可编程PROM 紫外线可擦除EPROM和电可擦除E2PROM 若小批量生产或开发产品 可用EPROM和E2PROM 若大批量成熟产品 可用PROM或掩膜ROM 随机存取存储器 RAM 用来存取实时数据 变量和运算结果 分静态RAM SRAM 和动态RAM DRAM 若需RAM容量较小或较高存取速度 采用SRAM 若需RAM容量较大或要求低功耗 采用DRAM 8 1概述 8 1概述 2 工作速度匹配外部存储器的最大存取时间必须小于访问时间 3 选择合适的存储容量根据应用系统需要来确定芯片类型 若所选存储器本身存储容量越大 则所用芯片数量就越少 所需的地址译码电路就越简单 8 1概述 4 合理分配存储器地址空间存储器的地址空间的分配既要根据实际系统需要统筹安排 又要满足存储器本身的存储容量 否则会造成存储器硬件资源的浪费 5 合理选择地址译码方式可根据实际应用系统的具体情况选择线选法 全地址译码法 部分地址译码法等 8 2程序存储器的扩展 1 程序存储器的分类2 典型程序存储器的扩展方法3 典型程序存储器芯片和扩展电路 8 2程序存储器的扩展 1 程序存储器的分类 注 EEPROM Flash兼有程序存储器和数据存储器的特点 2 典型程序存储器的扩展方法 a 扩展一片EPROM 8 2程序存储器的扩展 b 扩展两片RPROM图8 8典型程序存储器的扩展方法 8 2程序存储器的扩展 0 1 8 2程序存储器的扩展 74LS373和8282都是带有三态门的8D锁存器 图8 9地址锁存器74LS373和8282 图8 1074LS373和8282的原理结构图 8 2程序存储器的扩展 8 2程序存储器的扩展 74LS273 带清除端的8D锁存器 只有清除端CLEAR为高电平时 才有锁存功能 11脚CLK为锁存控制端 上升沿锁存 图8 9地址锁存器74LS273 图8 11单片机P0口与地址锁存器的连接方法注 273在ALE下降沿进行锁存 故加一个反相器 8 2程序存储器的扩展 3 典型程序存储器芯片和扩展电路1 EPROM 8 2程序存储器的扩展 图8 12扩展2KB的程序存储器 8 2程序存储器的扩展 33 37 38 39 34 35 36 21 32 23 22 1 2 4 5 6 3 8 7 2 6 9 12 15 16 19 5 5 2 1 3 4 8 7 6 9 10 11 12 14 15 13 16 21 22 19 20 30 29 2732 89C51 A11 A9 A10 O4 O3 O2 O0 O1 O7 O6 O5 ALE STB 8282 24 23 A8 11 图8 13扩展4KB的程序存储器 8 2程序存储器的扩展 8 2程序存储器的扩展 2 EEPROM 图8 15扩展2817A并行EEPROM 8 2程序存储器的扩展 采用查询方式对2817A写操作进行管理 例如 将地址在7000H 77FFH范围内2817A的存储单元全部改写成0EEH 通过查询RDY BUSY信号电平判断写入操作是否完成 ORG0100HSTART MOVDPL 00HMOVDPH 70HLOOP MOVA 0EEHMOVX DPTR AWAIT JNBP1 0 WAIT BUSY为低时 表示在写入 INCDPTRMOVA DPHCJNEA 78H LOOPRET 8 2程序存储器的扩展 图8 16扩展2864A并行EEPROM 作RAM用 8 2程序存储器的扩展 5V 在设计程序存储器扩展电路时应注意几点 根据应用系统容量要求来选择程序存储器芯片的容量 根据程序存储器的最大读取时间 电源容差 工作温度等主要参数选择程序存储器的型号 选择的地址锁存器不同 电路连接就不同 目前常用的几种地址锁存器 其引脚均不兼容 通用程序存储器芯片引脚有一定的兼容性 在电路设计时应充分考虑其兼容的特点 8031使用外扩存储器 EA必须接地 8 2程序存储器的扩展 1 数据存储器的分类2 典型数据存储器的扩展方法3 典型数据存储器芯片和扩展电路 8 3数据存储器的扩展 8 3数据存储器的扩展 1 数据存储器的分类与动态RAM相比 静态RAM扩展电路较简单 无须考虑为保持数据而设置刷新电路 但静态RAM通过有源电路保持存储数据 因此要消耗较多的功率 价格较高 由于单片机是面向控制 实际需要扩展的数据存储器容量不大 因此 一般采用静态RAM较方便 如6116 2K 8位 6264 8K 8位 如有特殊需要 可采用62256 32K 8位 628128 128K 8位 等 由P2口提供高8位地址 P0口分时提供低8位地址和8位双向数据总线 读 写由 RD P3 7 和 WR P3 6 信号控制 8 3数据存储器的扩展 2 典型数据存储器的扩展方法 图8 17扩展外部RAM的电路结构框图 8 3数据存储器的扩展 数据存储器访问方式 MOVXA RiMOVXA DPTRMOVX Ri AMOVX DPTR AMOVCA A DPTR访问是程序存储器 8 3数据存储器的扩展 3 典型数据存储器芯片和扩展电路 8 3数据存储器的扩展 图8 19扩展6116静态RAM 图8 21扩展6264静态RAM 5V 8 451单片机片选方法简介 1 线选法2 译码法 8 451单片机片选方法简介 1 线选法 图8 22线选法扩展16K字节RAM和16K字节EPROM电路图 4000H 5FFFH 2000H 3FFFH 4000H 5FFFH 2000H 3FFFH 8 451单片机片选方法简介 2 译码法译码法是由译码器组成译码电路 将地址空间划分若干块 其输出端分别选通一片存储器芯片 常用译码器有74LS138和74LS139 既充分利用存储空间 又避免空间分散的缺点 1 完全译码 地址译码器使用全部地址线 地址与存储单元一一对应 2 部分译码 地址译码器仅使用部分地址线 分配的地址与存储单元不是一一对应 部分译码会浪费存储空间 对于要求存储容量较大的系统 一般不采用 但因单片机实际所需存储容量不大 可采用部分译码器可简化译码电路 8 451单片机片选方法简介 图8 2574LS139译码器扩展存储器 010 001 000 地址分配 IC0 0000000000000000B 000111111111111