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51单片机讲稿第八章xx1118 第8章MCS-51单片机系统功能的扩展内容提要:1.存储器扩展概述2.程序存储器的扩展技术3.数据存储器的扩展技术4.存储器综合扩展技术内容提要:1.存储器扩展概述2.程序存储器的扩展技术3.数据存储器的扩展技术4.存储器综合扩展技术第一节存储器扩展概述、 一、8051的最小系统和8031的最小系统结构图图8.1MCS51单片机最小化系统 二、单片机系统扩展的内容与方法1单片机的三总线结构图8.2MCS51单片机的三总线结构形式2系统扩展的内容与方法 (1)系统的扩展一般有以下几方面的内容外部程序存储器的扩展。 外部数据存储器的扩展。 输入系统的扩展一般有以下几方面的内容外部程序存储器的扩展。 外部数据存储器的扩展。 输入/输出接口的扩展。 管理功能器件的扩展输出接口的扩展。 管理功能器件的扩展(如定时器/计数器、键盘/显示器、中断优先级编码器等显示器、中断优先级编码器等)。 (2)系统扩展的基本方法一般来讲，所有与计算机扩展连接芯片的外部引脚线都可以归属为三总线结构。 扩展连接的一般方法实际上是三总线对接。 要保证单片机和扩展芯片协调一致地工作，即要共同满足其工作时序。 系统扩展的基本方法一般来讲，所有与计算机扩展连接芯片的外部引脚线都可以归属为三总线结构。 扩展连接的一般方法实际上是三总线对接。 要保证单片机和扩展芯片协调一致地工作，即要共同满足其工作时序。 第二节程序存储器(ROM)的扩展技术根据MCS-51单片机总线宽度(16位)，在片外可扩展的最大允许的程序存储器空间是，在片外可扩展的最大允许的程序存储器空间是64K，用作程序存储器的器件是EPROM和和EEPROM。 因为MCS-51单片机对片外程序存储器和数据存储器的操作使用不同的指令和控制信号，所以允许两者的地址空间重叠，故片外可扩展的程序存储器与数据存储器分别为单片机对片外程序存储器和数据存储器的操作使用不同的指令和控制信号，所以允许两者的地址空间重叠，故片外可扩展的程序存储器与数据存储器分别为64KB。 在介绍程序存储器及程序存储器的扩展之前先了解外部程序存储器的工作时序图。 在介绍程序存储器及程序存储器的扩展之前先了解外部程序存储器的工作时序图。 一一P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2S1S2S3S4S5S6S1一一一器一一一一一一一一ALETLHLLPSENTPLIVP2A15A8A15A8P0TAVIV指指A7A0指指A7A0指指 一、CPU的时序图P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6取指指取取(操操操操操ROM)执执取取(从从从RAM中中取数据)ALEPSENRDP2P0A15A8DPH orP2Out DataA15A8A7A0指指指指数据数数Ri或DPL A7A0指指TRLDVTAVDVS1S2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6ALEPSENWRP2P0A15A8DPH orP2Out DataA15A8A7A0指指指指数据数数Ri或DPL A7A0指指TWLWHTLLWL取指指取取(操操操操操ROM)执执取取(将数据将数从从RAM中)TOVWXTWHQX 二、地址锁存芯片及译码器结构图1.8D锁存器74LS373图8.474LS373结构示意图图8.574LS373用作地址锁存器2.3-8译码器74LS138图8.674LS138引脚图表4.274LS138的译码逻辑关系 三、程序存储器的扩展 1、一般方法程序存储器又可分为掩膜、一般方法程序存储器又可分为掩膜ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除、可擦除ROM(EPROM或EEPROM)；存储器芯片有多种。 即使是同一种类的存储器芯片，容量的不同，其引脚数目也不同。 尽管如此，存储器芯片与单片机扩展连接具有共同的规律。 不论何种存储器芯片，其引脚都呈三总线结构，与单片机连接都是三总线对接。 另外，电源线应接对应的电源线上。 ；存储器芯片有多种。 即使是同一种类的存储器芯片，容量的不同，其引脚数目也不同。 尽管如此，存储器芯片与单片机扩展连接具有共同的规律。 不论何种存储器芯片，其引脚都呈三总线结构，与单片机连接都是三总线对接。 另外，电源线应接对应的电源线上。 2、存储器芯片控制线的接法对于程序存储器，一般来说，具有读操作控制线、存储器芯片控制线的接法对于程序存储器，一般来说，具有读操作控制线(OE)，它与单片机的，它与单片机的PSEN信号线相连。 对于信号线相连。 对于EPROM芯片还有编程脉冲输入线(PRG)、编程状态线(READY/BUSY)。 PRG应与单片机在编程方式下的编程脉冲输出线相接；应与单片机在编程方式下的编程脉冲输出线相接；READY/BUSY在单片机查询输入/输出方式下，与一根I/O口线相接；在单片机中断工作方式下，与一个外部中断信号输入线相接。 口线相接；在单片机中断工作方式下，与一个外部中断信号输入线相接。 3、存储器芯片的数据线接法数据线的数目由芯片的字长决定。 、存储器芯片的数据线接法数据线的数目由芯片的字长决定。 1位字长的芯片数据线有一根；位字长的芯片数据线有一根；4位字长的芯片数据线有4根；8位字长的芯片数据线有8根；存储器芯片的数据线与单片机的数据总线根；存储器芯片的数据线与单片机的数据总线(P0.0P0.7)按由低位到高位的顺序顺次相接。 按由低位到高位的顺序顺次相接。 4、存储器芯片的地址线接法地址线的数目由芯片的容量决定。 容量、存储器芯片的地址线接法地址线的数目由芯片的容量决定。 容量(Q)与地址线数目(N)满足关系式Q=2N。 存储器芯片的地址线与单片机的地址总线(A0A15)按由低位到高位的顺序顺次相接。 一般来说，存储器芯片的地址线数目总是少于单片机地址总线的数目，如此相接后，单片机的高位地址线总有剩余。 剩余地址线一般作为译码线，译码输出与存储器芯片的片选信号线相接。 存储器芯片有一根或几根片选信号线。 对存储器芯片访问时，片选信号必须有效，即选中存储器芯片。 片选信号线与单片机系统的译码输出相接后，就决定了存储器芯片的地址范围。 因此，单片机的剩余高位地址线的译码及译码输出与存储器芯片的片选信号线的连接，是存储器扩展连接的关键问题。 按由低位到高位的顺序顺次相接。 一般来说，存储器芯片的地址线数目总是少于单片机地址总线的数目，如此相接后，单片机的高位地址线总有剩余。 剩余地址线一般作为译码线，译码输出与存储器芯片的片选信号线相接。 存储器芯片有一根或几根片选信号线。 对存储器芯片访问时，片选信号必须有效，即选中存储器芯片。 片选信号线与单片机系统的译码输出相接后，就决定了存储器芯片的地址范围。 因此，单片机的剩余高位地址线的译码及译码输出与存储器芯片的片选信号线的连接，是存储器扩展连接的关键问题。 (1)部分译码所谓部分译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后，剩余的高位地址线仅用一部分参加译码。 参加译码的地址线对于选中某一存储器芯片有一个确定的状态，而与不参加译码的地址线无关。 也可以说，只要参加译码的地址线处于对某一存储器芯片的选中状态，不参加译码的地址线的任意状态都可以选中该芯片。 正因如此，部分译码使存储器芯片的地址空间有重叠，造成系统存储器空间的浪费。 部分译码所谓部分译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后，剩余的高位地址线仅用一部分参加译码。 参加译码的地址线对于选中某一存储器芯片有一个确定的状态，而与不参加译码的地址线无关。 也可以说，只要参加译码的地址线处于对某一存储器芯片的选中状态，不参加译码的地址线的任意状态都可以选中该芯片。 正因如此，部分译码使存储器芯片的地址空间有重叠，造成系统存储器空间的浪费。 图8.9地址译码关系图图图8.9中与存储器芯片连接的低11位地址线的地址变化范围为全位地址线的地址变化范围为全0全1。 参加译码的4根地址线的状态是唯一确定的。 不参加译码的根地址线的状态是唯一确定的。 不参加译码的A15位地址线有两种状态都可以选中该存储器芯片。 当位地址线有两种状态都可以选中该存储器芯片。 当A15=0时，占用的地址是00100000000000000010011111111111，即2000H2FFFH。 当。 当A15=1时，占用的地址是10100000000000001010011111111111，即A000HAFFFH。 同理，若有。 同理，若有N条高位地址线不参加译码，则有2N个重叠的地址范围。 重叠的地址范围中真正能存储信息的只有一个，其余仅是占据，因而会造成浪费。 这是部分译码的缺点。 它的优点是译码电路简单。 个重叠的地址范围。 重叠的地址范围中真正能存储信息的只有一个，其余仅是占据，因而会造成浪费。 这是部分译码的缺点。 它的优点是译码电路简单。 (2)全译码所谓全译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后，剩余的高位地址线全部参加译码。 这种译码方法存储器芯片的地址空间是唯一确定的，但译码电路相对复杂。 这两种译码方法在单片机扩展系统中都有应用。 在扩展存储器全译码所谓全译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后，剩余的高位地址线全部参加译码。 这种译码方法存储器芯片的地址空间是唯一确定的，但译码电路相对复杂。 这两种译码方法在单片机扩展系统中都有应用。 在扩展存储器(包括I/O口)容量不大的情况下，选择部分译码，译码电路简单，可降低成本。 容量不大的情况下，选择部分译码，译码电路简单，可降低成本。 5扩展存储器所需芯片数目的确定若所选存储器芯片字长与单片机字长一致，则只需扩展容量。 所需芯片数目按下式确定扩展存储器所需芯片数目的确定若所选存储器芯片字长与单片机字长一致，则只需扩展容量。 所需芯片数目按下式确定存储器芯片容量系统扩展容量芯片数目=若所选存储器芯片字长与单片机字长不一致，则不仅需扩展容量，还需字扩展。 所需芯片数目按下式确定若所选存储器芯片字长与单片机字长不一致，则不仅需扩展容量，还需字扩展。 所需芯片数目按下式确定存储器芯片字长系统字长存储器芯片容量系统扩展容量芯片数目=6程序存储器扩展举例1)不用片外译码器的单片程序存储器的扩展例不用片外译码器的单片程序存储器的扩展例1试用EPROM2764构成8031的最小系统。 2764是8K8位程序存储器，芯片的地址引脚线有13条，顺次和单片机的地址线条，顺次和单片机的地址线A0A12相接。 由于不采用地址译码器，所以高相接。 由于不采用地址译码器，所以高3位地址线A 13、A 14、A15不接，故有23=8个重叠的8KB地址空间。 因只用一片地址空间。 因只用一片2764，其片选信号CE可直接接地(常有效)。 其连接电路如图。 其连接电路如图8.11所示。 图8.112764与8031的扩展连接图图图8.11所示连接电路的8个重叠的地址范围为00000000000000000001111111111111，即0000H1FFFH；00100000000000000011111111111111，即2000H3FFFH；01000000000000000101111111111111，即4000H5FFFH；01100000000000000111111111111111，即6000H7FFFH；10000000000000001001111111111111，即8000H9FFFH；10100000000000001011111111111111，即A000HBFFFH；11000000000000001101111111111111，即C000HDFFFH；11100000000000001111111111111111，即E000HFFFFH。 2)采用线选法的多片程序存储器的扩展例采用线选法的多片程序存储器的扩展例2使用两片2764扩展16KB的程序存储器，采用线选法选中芯片。 扩展连接图如图的程序存储器，采用线选法选中芯片。 扩展连接图如图8.12所示。 以P2.7作为片选，当P2.7=0时，选中2764 (1)；当P2.7=1时，选中2764 (2)。 因两根线(A 13、A14)未用，故两个芯片各有22=4个重叠的地址空间。 它们分别为图图8.12用两片2764EPROM的扩展连接图左片000000000000000000001111111111111，即0000H1FFFH；001000000000000000011111111111111，即2000H3FFFH；010000000000000000101111111111111，即4000H5FFFH；011000000000000000111111111111111，即6000H7FFFH；右片；右片100000000000000001001111111111111，即8000H9FFFH；101000000000000001011111111111111，即A000HBFFFH；110000000000000001101111111111111，即C000HDFFFH；111000000000000001111111111111111，即E000HFFFFH。 3)采用地址译码器的多片程序存储器的扩展例采用地址译码器的多片程序存储器的扩展例3要求用2764芯片扩展8031的片外程序存储器，分配的地址范围为的片外程序存储器，分配的地址范围为0000H3FFFH。 本例要求的地址空间是唯一确定的，所以要采用全译码方法。 由分配的地址范围知扩展的容量为。 本例要求的地址空间是唯一确定的，所以要采用全译码方法。 由分配的地址范围知扩展的容量为3FFFH-0000H+1=4000H=4KB，2764为8K8位，故需要两片。 第1片的地址范围应为0000H1FFFH；第2片的地址范围应为2000H3FFFH。 由地址范围确定译码器的连接。 为此画出译码关系图如下。 由地址范围确定译码器的连接。 为此画出译码关系图如下图8.13全译码、两片2764EPROM的扩展连接图第四节数据存储器的扩展1数据存储器芯片118217316415514613712