单片机原理及应用李肃义chapter6

1、教教学学目目的的和和要要求求教学目的和要求教学目的和要求 本章主要介绍本章主要介绍mcs-51mcs-51单片机系统存储器单片机系统存储器（rom, ram rom, ram ）扩展。）扩展。重点掌握重点掌握epromeprom、e e2 2promprom及及ramram与与mcs-51mcs-51系列系列单片机接口电路的设计。单片机接口电路的设计。内内容容提提要要 内容提要内容提要v 单片机扩展及系统结构单片机扩展及系统结构 v 程序存储器程序存储器epromeprom的扩展的扩展 v 外部数据存储器的扩展外部数据存储器的扩展 v e e2 2promprom扩展电路扩展电路 单单片片机机

2、扩扩展展及及系系统统结结构构单单片片机机扩扩展展及及系系统统结结构构 单片机单片机扩展扩展通常采用通常采用总线总线结构形式结构形式, ,整个扩展系统以单片机为核心，通过总线把整个扩展系统以单片机为核心，通过总线把各扩展部件连接起来。各扩展部件连接起来。扩展内容包括扩展内容包括romrom、ramram和和i/oi/o接口等。接口等。总线，就是连接系统中各扩展部件的总线，就是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。按其功能通常把系统总线一组公共信号线。按其功能通常把系统总线分为三组：即地址总线、数据总线和控制总分为三组：即地址总线、数据总线和控制总线。线。单单片片机机扩扩展展及及系系统统结结构构1

3、. 1. 地址总线（地址总线（address busaddress bus） 用于传送地址信号，进行存储单元和用于传送地址信号，进行存储单元和i/oi/o端口的选择。端口的选择。 地址总线的数目决定着可直接访问的存地址总线的数目决定着可直接访问的存储单元的数目。储单元的数目。 1616根地址线：根地址线：p0p0口低口低8 8位，位，p2p2口高口高8 8位。位。 p0p0口采用分时复用技术对地址和数据进口采用分时复用技术对地址和数据进行分离。行分离。 增加一个增加一个8 8位锁存器，由地址锁位锁存器，由地址锁存器提供低存器提供低8 8位地址，然后再把位地址，然后再把p0p0口作为数据线使用。

4、口作为数据线使用。单单片片机机扩扩展展及及系系统统结结构构2.2.数据总线（数据总线（data busdata bus）数据总线在单片机与存储器之间或单片数据总线在单片机与存储器之间或单片机与机与i/oi/o端口之间传送数据。端口之间传送数据。总线的位数与单片机处理数据的字长一总线的位数与单片机处理数据的字长一致。致。5151单片机是单片机是8 8位字长，所以数据总位字长，所以数据总线的位数也是线的位数也是8 8位。位。在系统扩展时，数据总线由在系统扩展时，数据总线由p0p0口构造。口构造。单单片片机机扩扩展展及及系系统统结结构构3.3.控制总线（控制总线（control buscontrol

5、 bus）控制总线是一组控制信号线。控制总线是一组控制信号线。包括地址锁存信号包括地址锁存信号aleale、程序存储器的、程序存储器的读选通信号读选通信号psenpsen、以及读、以及读rdrd和写和写wrwr信号信号等。等。程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展 v外部程序存储器的扩展原理及时序外部程序存储器的扩展原理及时序程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展 外部程序存储器的操作时序外部程序存储器的操作时序 程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展(b) (b) 执行执行movxmovx指令时指令时数据数据外部程序存储

6、器的操作时序外部程序存储器的操作时序程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展常用地址锁存器常用地址锁存器 5151单片机中的单片机中的1616位地址，高位地址，高8 8位由位由p2p2口输出，口输出，低低8 8位由位由p0p0口输出口输出。而。而p0p0口同时又是数据输入口同时又是数据输入/ /输出口，输出口，因此在进行程序存储器扩展时，必须利用地址锁存因此在进行程序存储器扩展时，必须利用地址锁存器将地址信号锁存起来。器将地址信号锁存起来。74ls37374ls373的功能表的功能表 oe oe g g功功 能能 0 0 1 1直通（直通（outi=diouti=di）

7、0 00 0保持（保持（outiouti保持不变）保持不变） 1 1 输输 出出 高高 阻阻 程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展 几种地址锁存器的管脚配置与几种地址锁存器的管脚配置与80318031的连接方法图的连接方法图: : 程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展常用地址译码器常用地址译码器l在用多片存储器芯片构成外部存储器时，在用多片存储器芯片构成外部存储器时，除了低除了低8 8位地址需要锁存之外，还要由位地址需要锁存之外，还要由高高8 8位地址产生片选信号。位地址产生片选信号。 l产生片选信号有产生片选信号有线选法线选法和和译码法译码

8、法两种。两种。 程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展线选法线选法 线选法是用某几根多余的高位地址线作线选法是用某几根多余的高位地址线作为存储器的片选信号，来实现外扩存储器的为存储器的片选信号，来实现外扩存储器的目的。目的。 优点：电路简单；优点：电路简单； 缺点：不同的高位地址线控制不同芯片，缺点：不同的高位地址线控制不同芯片，导致地址空间不连续，适用于外扩芯片数目导致地址空间不连续，适用于外扩芯片数目较少、不太复杂的系统。较少、不太复杂的系统。程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展译码法译码法 译码法是由译码器组成译码电路，译码译码法是由译码

9、器组成译码电路，译码电路将地址空间划分为若干块，其输出分别电路将地址空间划分为若干块，其输出分别选通各存储器芯片。选通各存储器芯片。 充分利用了存储空间，克服了空间分散充分利用了存储空间，克服了空间分散的缺点。的缺点。 若全部地址都参加译码，称为全译码；若全部地址都参加译码，称为全译码；若部分地址参加译码，称为部分译码，这时若部分地址参加译码，称为部分译码，这时存在部分地址重叠的情况。存在部分地址重叠的情况。程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展 常用的地址译码器是常用的地址译码器是3-83-8线译码器线译码器74ls13874ls138和双和双2-2-4 4线译码器线

10、译码器74ls13974ls139。程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展 典型典型epromeprom扩展电路扩展电路 1 1常用的常用的epromeprom芯片芯片紫外线擦除可编程只读存储器紫外线擦除可编程只读存储器epromeprom可作为可作为5151单单片机的外部程序存储器。片机的外部程序存储器。芯片上有一个玻璃窗口，在紫外光下照射芯片上有一个玻璃窗口，在紫外光下照射1010分分钟左右，各位信息均变为钟左右，各位信息均变为1 1，此时，可以通过编程器将，此时，可以通过编程器将工作程序固化到这些芯片中

11、。工作程序固化到这些芯片中。典型产品：典型产品：intelintel公司的公司的2716(2kb2716(2kb8bit)8bit)、2732(4kb2732(4kb8bit)8bit)、2764(8kb2764(8kb8bit)8bit)、27128(16kb27128(16kb8bit)8bit)、27256(32kb27256(32kb8bit)8bit)和和27512(64kb27512(64kb8bit)8bit)等。等。程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展 a an n为地址线；为地址线；o on n为数据输出线；为数据输出线；cece是片选线，是片选线，

12、oe/voe/vpppp是数据输出选通编程电源线，是数据输出选通编程电源线，pgmpgm是编程脉是编程脉冲输入端。冲输入端。vpp vccvpp vcca12 pgma12 pgma7 nca7 nca6 a8a6 a8a5 a9a5 a9a4 a11 a4 a11 a3 oea3 oea2 a10a2 a10a1 cea1 cea0 d7a0 d7d0 d6d0 d6d1 d5d1 d5d2 d4d2 d4gnd d3gnd d32764vpp vccvpp vcca12 pgma12 pgma7 a13a7 a13a6 a8a6 a8a5 a9a5 a9a4 a11 a4 a11 a3 o

13、ea3 oea2 a10a2 a10a1 cea1 cea0 d7a0 d7d0 d6d0 d6d1 d5d1 d5d2 d4d2 d4gnd d3gnd d327128vpp vccvpp vcca12 a14a12 a14a7 a13a7 a13a6 a8a6 a8a5 a9a5 a9a4 a11 a4 a11 a3 oea3 oea2 a10a2 a10a1 cea1 cea0 d7a0 d7d0 d6d0 d6d1 d5d1 d5d2 d4d2 d4gnd d3gnd d327256程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展 2. 2.使用单片使用单片epromep

14、rom的扩展电路的扩展电路 在程序存储器扩展电路设计中，由于所选中的在程序存储器扩展电路设计中，由于所选中的epromeprom芯片及地址锁存器不同，电路的连接方式也有所芯片及地址锁存器不同，电路的连接方式也有所不同。不同。 27128(16kb27128(16kb8bit)8bit)程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展3.3.扩展多片扩展多片epromeprom的扩展电路的扩展电路多片多片epromeprom的扩展除片选线的扩展除片选线cece外，其它均与单片外，其它均与单片扩展电路相同。扩展电路相同。2712827128扩展扩展64k64k字节字节epromepr

15、om程序存储器程序存储器, ,片选信号由译码选通法产生。片选信号由译码选通法产生。程程序序存存储储器器e ep pr ro om m的的扩扩展展 扩展多片程序存储器时，也可采用线选法产生片选信号。扩展多片程序存储器时，也可采用线选法产生片选信号。 外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展5151内部仅有内部仅有128128字节的数据字节的数据存储器供用户使用。实际应存储器供用户使用。实际应用时往往需要用时往往需要外扩数据存储外扩数据存储器器。动态动态ramram（需要刷新电路）、（需要刷新电路）、静态静态ramram、集成动态随机存储、集成动态随机存储器器iramiram。外外部部数数据据存存

16、储储器器的的扩扩展展 外部数据存储器的操作时序外部数据存储器的操作时序 mcs-51mcs-51单片机设置了专门指令单片机设置了专门指令movxmovx来访问外部数来访问外部数据存储器，共有据存储器，共有4 4条寄存器间接寻址指令。条寄存器间接寻址指令。 外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展 常用的静态常用的静态ramram芯片芯片最常用的静态最常用的静态ramram芯片有芯片有61166116（2kb2kb8 8）、）、62646264（8kb8kb8 8）、）、6212862128（16kb16kb8 8）、）、6225662256（32kb32

17、kb8 8）等多种，它）等多种，它们都用单一们都用单一+5v+5v供电，双列直插封装，供电，双列直插封装，61166116为为2424引脚封装，引脚封装，62646264、6212862128、6225662256为为2828引脚封装。引脚封装。这些这些sramsram的引脚功能描述如下：的引脚功能描述如下：anan：地址输入线地址输入线; ;对对61166116，n=10;n=10;对对6264,n=12;6264,n=12;其他的类推。其他的类推。dndn：双向数据线；双向数据线；cece：是片选输入线，低电平有效；是片选输入线，低电平有效；wewe：写允许信号输入线，低电平有效；写允许信

18、号输入线，低电平有效；oeoe：读选通信号输入线，低电平有效；读选通信号输入线，低电平有效；v vcccc：工作电源工作电源+5v+5v。gndgnd：电源地。电源地。外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展 静态静态ramram通常有读出、写入和未选中三种工作方式。通常有读出、写入和未选中三种工作方式。 sramsram的工作方式选择表的工作方式选择表外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展v64kb64kb字节以内字节以内sramsram的扩展的扩展: :地址地址: p2p2口提供高口提供高8 8位地址，位地址，p0p0口低口低8 8位地址位地址数据

19、数据: p0p0口口8 8位双向数据总线。位双向数据总线。控制控制: 读和写由读和写由rdrd和和wrwr信号控制，片选端信号控制，片选端（cece）由地址译码器的译码输出控制。）由地址译码器的译码输出控制。外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展62646264（8kb8kb8 8）外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展三片三片6264对应的存储空间表对应的存储空间表p2.7 p2.6 p2.5p2.7 p2.6 p2.5 选中芯片选中芯片 地址范围地址范围 存储空间存储空间 1 1 0 1 1 0 ic1ic1 c000hc000hdfffhdfffh 8kb8kb 1 0 1 1 0

20、1 ic2ic2 a000ha000hbfffhbfffh 8kb8kb 0 1 1 0 1 1 ic3ic3 6000h6000h7fffh7fffh 8kb8kb 外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展各各6212862128地址分配表地址分配表138138译码器输入译码器输入 p2.7 p2.6 p2.7 p2.6 138138译码器译码器有效输出有效输出 选中芯片选中芯片地址范围地址范围 存储容量存储容量0 00 0 y y0 0 ic1ic1 0000h0000h3fffh3fffh 16kb16kb 0 10 1 y y1 1 ic2ic2

21、 4000h4000h7fffh7fffh 16kb16kb 1 01 0 y y2 2 ic3ic3 8000h8000hbfffhbfffh 16kb16kb 1 11 1 y y3 3 ic4ic4 c000hc000hffffhffffh 16kb16kb 外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展超过超过64k64k字节字节sramsram的扩展的扩展可用增加地址线的办法来扩大可用增加地址线的办法来扩大ramram空间。空间。增加地址线的方法有以下两种：一种是增加地址线的方法有以下两种：一种是利用利用p1p1口增加地址线，另一种是利用扩展口增加地址线，另一种是利用扩展i/oi/o口的方法增加地址线。口的方法增加地址线。外外部部数数据据存存储储器器的的扩扩展展v 扩展既可读又可写的程序存储器扩展既可读又可写的程序存储器问题：问题：rom不能写，不能写，ram不能运行。程序存