单片机 第9章

1、第第九九章章 单单片片机机的的系系统统扩扩展展 本章内容本章内容Single Chip Microcomputer 9-1 单片机最小应用系统单片机最小应用系统 9- 9-3 程序存储器的扩展程序存储器的扩展概述概述 9-4 数据存储器的扩展数据存储器的扩展概述51系列单片机在一个芯片上集成了许多硬件资源，系列单片机在一个芯片上集成了许多硬件资源，它们能够完成复杂的软件工作和较为简单的硬件操它们能够完成复杂的软件工作和较为简单的硬件操作。作。v在做一些智能仪器、仪表，小型检测和控制时，往在做一些智能仪器、仪表，小型检测和控制时，往往利用单片机的最小系统就能满足要求。但在大多往利用单片机的最小系

2、统就能满足要求。但在大多数情况下，在构造一个工业控制系统时，最小系统数情况下，在构造一个工业控制系统时，最小系统一般不能满足系统的需求，这时，就必须在单片机一般不能满足系统的需求，这时，就必须在单片机外部扩展相应的芯片，以满足系统的要求，这就是外部扩展相应的芯片，以满足系统的要求，这就是系统扩展。系统扩展。v 单片机的系统扩展包括单片机的系统扩展包括ROM扩展、扩展、RAM扩展、扩展、I/O扩展、定时扩展、定时/计数器扩展、中断扩展及其它特殊功能计数器扩展、中断扩展及其它特殊功能的扩展。的扩展。问题的提出在单片机应用在单片机应用系统的设计中系统的设计中, ,往往出现往往出现RAM, RAM,

3、ROMROM或者或者I/OI/O口口不够的情况，不够的情况，怎么办？怎么办？ROMROM的扩展的扩展 RAMRAM的扩展的扩展并行并行I/OI/O口的扩展口的扩展 9-1 MCS-519-1 MCS-51单片机最小应用系统单片机最小应用系统原则上，一个单片机应用系统除必原则上，一个单片机应用系统除必须具有单片机外，只要有振荡电路、复须具有单片机外，只要有振荡电路、复位电路和位电路和ROM就能工作了，当然，它就能工作了，当然，它们都不能没有电源提供。这就是单片机们都不能没有电源提供。这就是单片机的最小应用系统。的最小应用系统。一、一、8051/8751/89C51/89C2051 最小应最小应用

4、系统用系统特点特点v1、有大量、有大量I/O线，在不线，在不需外部需外部ROM的系统中，的系统中，EA端应接端应接VCC。v2、内部、内部RAM和和ROM大大小有限，但在数据量小小有限，但在数据量小的小系统中基本够用。的小系统中基本够用。v3、应用系统开发具有、应用系统开发具有特殊性。程序量较小，特殊性。程序量较小，外部电路简单。我们推外部电路简单。我们推荐使用荐使用89C51或或89C2051。晶振晶振复位复位电路电路个并口个并口？二、二、80318031最小应用系统最小应用系统由于由于8031内部内部无无ROM，因此，因此，由由8031组成的组成的最小应用系统最小应用系统必须在片外扩必须在

5、片外扩展展ROM与与8051构成的构成的最小系统相比，最小系统相比，除均需要振荡除均需要振荡电路和复位电电路和复位电路外，其路外，其EA端端必须接地。必须接地。宽度为宽度为16位，其高位，其高8位地址总位地址总线由线由P2口提供，低口提供，低8位地址总位地址总线由线由P0口经地址锁存器锁存后口经地址锁存器锁存后提供。提供。用作地址总线后的用作地址总线后的P2口口不能再用作不能再用作I/O口使用口使用数据线由数据线由P0口提供，其宽度口提供，其宽度为为8位，它为三态双向口，是位，它为三态双向口，是使用最为频繁的通道。单片使用最为频繁的通道。单片机与外部交换的数据、指令机与外部交换的数据、指令等大

6、都经等大都经P0口传送口传送1 1、地址范围、地址范围0000H0FFFFH，共，共64KBytes。2 2、空间重叠、空间重叠 外部外部RAM和外部和外部ROM地址空间重叠，但因其地址空间重叠，但因其选通信号、访问指令不同，因而不会造成访选通信号、访问指令不同，因而不会造成访问混乱。问混乱。3 3、扩展、扩展I/OI/O与外部与外部RAMRAM统一编址统一编址单片机不再另外提供信号作扩展单片机不再另外提供信号作扩展I/O用，而是用，而是同外部同外部RAM统一编址，因而会占用部分统一编址，因而会占用部分RAM地址空间。地址空间。9-3 程序存储器的扩展程序存储器的扩展在在51系列单片机中，系列

7、单片机中，ROM的寻址范的寻址范围为围为64KBytes，在片内无，在片内无ROM或或ROM空间不够的情况下，我们需要空间不够的情况下，我们需要在片外扩展在片外扩展ROM，以满足系统的需，以满足系统的需求。求。9-3 程序存储器的扩展程序存储器的扩展我们还是本着三总线的扩展方法来讲解其扩展方法：我们还是本着三总线的扩展方法来讲解其扩展方法：低低8位地址则位地址则由由P0口经地口经地址锁存器后址锁存器后提供提供片选则由片选则由P2口剩余口剩余部分经译码部分经译码后提供。后提供。高高8位地位地址由址由P2口口直接提供。直接提供。1、地址总线、地址总线2 2、数据总线、数据总线数据总线数据总线直接由

8、直接由P0口提供口提供3、控制总线、控制总线 二、外部二、外部EPROM扩展电路扩展电路1、使用单片的使用单片的EPROM扩展电路扩展电路EPROM扩展实例-在8031单片机上扩展4KB EPROM.D7 Q7 373D0 Q0 G控制线控制线A11A8A7A0 2732O7O0OE CEP2.3P2.0P0.7 8031 P0.0ALEPSEN12根地址线根地址线8根数据线根数据线2、使用多片的、使用多片的EPROM扩展电路扩展电路15 14 13 12 11 109876543210地址地址110*C000HDFFFH101*A000HBFFFH011*6000H7FFFHP2.515 1

9、4 13 12 11 109876543210地址地址000*0000H1FFFH001*2000H3FFFH010*4000H5FFFH注注 意意v利用线选法时，电路简单，但地址线利用线选法时，电路简单，但地址线利用率较低，造成地址空间浪费。利用率较低，造成地址空间浪费。v利用地址译码法时，地址空间完全利利用地址译码法时，地址空间完全利用，但电路比较复杂。用，但电路比较复杂。在集成电路技术比较发达的今天，这种在集成电路技术比较发达的今天，这种方法已不多用，可用方法已不多用，可用1至至2片即可达到最片即可达到最大扩展容量。如：大扩展容量。如：程序存储器的扩展 扩展总线数据总线，P0口地址总线，

10、高8位P2口、低8位P0口 74LS373 ROM芯片及其扩展方法常用ROM芯片特性芯片型号27C6427C12827C25627C512容量8 KB16 KB32 KB64 KB引脚数28282828读出时间/ns1201209090最大工作电流/mA20202025最大维持电流/mA0.10.10.10.03注：应注意优先选用注：应注意优先选用CMOSCMOS器件，其读出时间短，耗电少。器件，其读出时间短，耗电少。常用常用ROMROM芯片引脚芯片引脚 扩展电路扩展电路 9-4 数据存储器的扩展数据存储器的扩展v51单片机的片内单片机的片内RAM为为128Bytes或或256Bytes，一般

11、情况下都能满足应用系统的，一般情况下都能满足应用系统的需求，但当数据量较大时，就需要在片外扩需求，但当数据量较大时，就需要在片外扩展展RAM，其最大容量可达，其最大容量可达64KBytes。由于。由于片外扩展片外扩展I/O与外部与外部RAM采用统一编址，因而采用统一编址，因而外部外部RAM的实际容量有时不能达到的实际容量有时不能达到64KBytes。一、一、数据存储器扩展的方法数据存储器扩展的方法数据存储器的扩展方法与程序数据存储器的扩展方法与程序存储器的扩展方法基本相同。存储器的扩展方法基本相同。我们还是本着三总线的扩展方我们还是本着三总线的扩展方法来讲解法来讲解RAMRAM的扩展方法：的扩

12、展方法：数据存储器扩展数据存储器扩展1.1.低低8 8位地址则由位地址则由P0P0口经地口经地址锁存器后提供，其余部址锁存器后提供，其余部分地址由分地址由P2P2口直接提供。口直接提供。片选则由片选则由P2P2口口剩余部分经译剩余部分经译码后提供码后提供2.数据总线数据总线直接由直接由P0口提供。口提供。3.控制总线的连接控制总线的连接3.控制总线的连接控制总线的连接ALE(地址锁存允许地址锁存允许) LE (地址锁存允许地址锁存允许) /RD (片外读取信号片外读取信号) /OE(输出允许信号输出允许信号)/WR (片外写信号片外写信号) /WE(写选通允许信号写选通允许信号)二、外部二、外

13、部RAM访问方法访问方法1、低、低8位地址总线寻址的外部位地址总线寻址的外部RAM区区MOVXA,RiMOVXRi,A2、16位地址总线寻址的外部位地址总线寻址的外部RAM区区MOVXA,DPTRMOVXDPTR,A三、常用数据存储器的扩展电路三、常用数据存储器的扩展电路1、常用静态、常用静态RAM的引脚图的引脚图2、扩展单片、扩展单片6116数据存储器举例数据存储器举例2、扩展单片、扩展单片6264数据存储器举例数据存储器举例数据存储器扩展方法常用RAM芯片特性芯片型号62646212862256容量8 KB16KB32 KB典型工作电流/mA4088典型维持电流/mA20.50.5最大存取

14、时间/ns200200200常用常用RAMRAM芯片引脚芯片引脚 扩展电路扩展电路 v5151系列单片机有系列单片机有3232个个I/OI/O口，且大多数情况下口，且大多数情况下不能完全提供给用户，因此在需要大量不能完全提供给用户，因此在需要大量I/OI/O口口时，我们必须对其进行扩展。时，我们必须对其进行扩展。v从功能上看，单片机的从功能上看，单片机的I/OI/O口有两种类型：基口有两种类型：基本本I/OI/O和可编程和可编程I/OI/O。基本。基本I/OI/O结构简单但功能单结构简单但功能单一，仅适用于简单的数据输入和输出；可编一，仅适用于简单的数据输入和输出；可编程程I/OI/O功能丰富

15、但成本较高，使用较灵活。功能丰富但成本较高，使用较灵活。vI/O口的扩展原则为口的扩展原则为“输入三态、输出锁存输入三态、输出锁存”，因此，因此利用利用TTL或或MOS电路可进行简单电路可进行简单I/O口的扩展。口的扩展。如：用8位三态缓冲器74LS244可扩展输入口； 用8D锁存器74LS273、74LS373、74LS377 等可组成输出口。v利用片选信号对外部利用片选信号对外部I/O进行编址，对其进行编址，对其访问就象访访问就象访问外部问外部RAMRAM一样。使用一样。使用MOVX指令。指令。v/RD及及/WR信号参加片选。信号参加片选。其其I/O口地址为口地址为0FEFFH，即保证，即保证P