单片机课件专题八系统扩展录像上课用

课程名称：计算机硬件技术基础本讲内容：

专题八MCS-51扩展系统HebeiUniversityofTechnology河北省级精品课课程内容：MCS-51单片机原理及应用一、ROM类作程序存储器的扩展二、RAM类作数据存储器的扩展三、程序和数据存储器混合扩展四、数据存储器与I/O口综合扩展五、选片方法1、线选法2、译码法六、掌握上述各类芯片的扩展思路方法本专题重点讲授内容及要求扩展思路方法（分析_解决）1、根据单片机的型号和应用系统的要求确定扩展存储器的类型、容量或I/O口的类型。包括芯片的类型、个数、容量、特点、要求。2、根据位扩展、字扩展，确定存储器芯片的个数。

例如：要扩展8KB的数据存储器，用2114，1K*4bit，几个芯片？用6116，2KB的用几个芯片？用6264，8KB的用几个芯片？

3、统筹地址，确定片选方法。4、存储器或I/O口如何与单片机的外部扩展三总线连接？7.1概述7.2外部程序存储器的扩展7.3外部数据存储器的扩展7.4外部数据存储器和外部程序存储器的综合扩展位扩展小结

作业第七章MCS-51单片机系统扩展7.1概述1_MCS-51单片机应用系统的分类2_MCS-51单片机系统扩展的必要性3_存储器可扩容量、分类、结构及三总线4_I/O口可扩容量、分类、结构及三总线5_MCS-51单片机外部扩展三总线6_地址锁存器7_存储器、I/O口与单片机的三总线的连接是关键8_地址译码器及地址译码技术（片选技术）单片机应用系统可以分为：1）单片机最小系统

单片机工作时应具备的最基本条件，因单片机型号不同，单片机最小系统也有差异。

8051、8751内部程序存储器4KB，不必外扩时，就构成了单片机最小系统；8031仅外扩程序存储器，也构成8031最小系统。2）单片机扩展系统

当单片机内部的资源不满足实际应用的需要时，要外扩存储器和I/O口，就构成单片机扩展系统。1_MCS-51单片机应用系统的分类8051、8751最小系统在组成单片机应用系统时:

首先遇到的问题就是存储器的扩展。单片机内部设置的存储器一般容量较小，满足不了实际需要，因此需要配置外部存储器，包括程序存储器和数据存储器。其次要解决的问题是I/O口的扩展。

当外围设备较多时，仅有的几个内部I/O接口就不够用，在大多数应用系统中，MCS-51单片机都需要扩展输入/输出接口芯片，有时还需要扩展定时器、串行口、数模转换器(D/A)和模数转换器(A/D)以满足实际需要。本专题重点讲述单片机扩展系统。2_MCS-51单片机系统扩展的必要性最大扩展容量：程序存储器：803164KB8051/875160KB数据存储器或I/O口：64KB应用中不一定最大容量扩展。3_存储器可扩容量、分类、结构及三总线E矩阵存储体E译码驱动器E读写电路E地址线E数据线

控制线

电源线译码驱动器矩阵存储体读写电路数据线地址线片选线读写控制线存储器或I/O口要与CPU相连，除了要有三总线外，还要有片选信号，CPU通过指令及指令中的地址，产生该地址所在芯片的片选信号，只有被选中的芯片，CPU才能对它进行读写操作。重要概念3_半导体存储器的结构及三总线存储容量=2地址线根数×数据线根数3_半导体存储器的结构及三总线思考：已知一个存储器芯片有12根地址线，8根数据线，该芯片的存储容量是多大？4K*8bit4KBByteCSChipSelectI/O口可扩容量：

最大64KBI/O口分类：_可编程接口/不可编程接口_串行接口/并行接口_定时器/计数器_模/数、数/模转换器_其他4_I/O口可扩容量、分类、结构及三总线MCS-51系列单片机芯片均为40个引脚。5_MCS-51单片机外部扩展三总线4、I/O端口_P0、P1、P2、P3MCS-51单片机外部扩展三总线图2-19片外程序存储器读时序思考：P0口什么时间是数据总线？什么时间是地址总线的低8位？为什么P0口外加锁存器？请看读程序存储器的时序。低8位地址数据总线ORG0065HMOVA,#30H;74H30HSJMP$END0065H74H0066H30H再看看访问外部数据存储器或I/O口的时序图2-20片外RAM读时序通过分析时序图可以看出，无论读外部程序存储器还是读写外部数据存储器或I/O口，P0口都必须外加锁存器。低8位地址数据总线MOVDPTR,#2689HMOVXA,@DPTR26H89H6_地址锁存器由前所述，在进行存储器或I/O扩展时，P0口是分时复用的地址/数据总线，因此，必须外加地址锁存器将P0口地址信号锁存起来。常用的锁存器有：接ALE接地P0.0~P0.7A0~A77_存储器、I/O口与单片机的三总线的连接是关键1、控制线的连接程序存储器的读选通(OE)接单片机的PSEN数据存储器（或I/O口）的读选通(OE)接单片机的RD写允许(WE)接单片机的WR混合存储器的读选通(OE)接单片机的RD.PSEN2、数据线的连接存储器的字长为8位时，与单片机的数据总线P0口的D0~D7对位相连。(I/O的数据线与存储器的连接相同）3、地址线的连接

片内地址线与单片机的地址线一一对位相连。

片外地址线经过译码或线选与芯片的片选信号相连(CE)。重点难点当扩展两片或两片以上芯片时，各芯片的地址由两部分决定：片内地址和片选地址。重点2)地址译码法

（用译码器对片外地址线进行译码产生片选信号）线选法

（用片外单根地址线做片选信号）8_地址译码器及地址译码技术（片选技术）1.地址译码技术—片选技术存储器和I/O口都具有片选信号线，在单片机外部扩展存储器或I/O口时，用什么信号产生片选信号来选择不同的芯片呢？就需要地址译码技术，其核心就是片选技术。在扩展时，首先要确定所扩芯片的片内地址线和片外地址线，然后用片外地址线通过地址译码技术产生片选信号，最后，根据每个芯片预先统筹分配的地址段，将片选信号连到相应芯片的片选信号引脚。2.地址译码器常用74LS138思考：存储器容量与片内外地址线芯片容量片外地址线片内地址线2KBA15~A11(5根)A10~A0(11根)8KBA15~A13(3根)A12~A0(13根)32KBA15(1根)A14~A0(15根)64KB0A15~A0(16根)256BA15~A8(8根)A7~A0(8根)4BA15~A3(14根)A1~A0(2根)8051单片机地址总线有16根，A15~A0。思考：芯片容量、个数与片选方法先看看邮政编码：300401000620100830

01304位所在省直辖市自治区邮政投递区地方编码2位省、直辖市、自治区中央分配选本地邮政支局0000~9999类似于片内译码选省、直辖市、自治区00~99类似于片外译码——片选片内片外片外地址与片内地址和起来为某一个存储单元的地址思考：芯片容量、个数与片选方法例：若某系统要扩8个芯片，其中最大容量的芯片为8KB，片内地址最多需要13根，片外地址最少的仅剩3根地址线，如何产生片选信号(低电平有效）？1）线选法，片外3根地址线加3个反相器，可译出6个片选信号，不够8个芯片所需的8个片选信号。2）译码法，3根片外地址线可以译出8种不同的组合信号，正好每个芯片分配一个片选信号。线选法——对片外地址单线译码8KB存储器片外剩A15~A13(3根)1A15=1A15=0线选译码法——对片外地址全译码

扩展多个芯片时，每个芯片的地址范围都由两部分组成：1）片内地址决定2）片选决定例：27648KB片内13根，片外3根，可扩8个相同的芯片，其地址范围如表所示。片外—片选片内地址地址范围A15~A13A12~A0A15~A0十六进制表示00000000000000001111111111111000000000000000000011111111111110000H1FFFH00100000000000001111111111111001000000000000000111111111111112000H3FFFH010???011???……………………110??？11100000000000001111111111111111000000000000011111111111111110E000H0FFFFH1、地址译码技术——线选法举例例7-1

某系统扩展一片6116(2KB)RAM的数据存储器，还扩并行I/O接口8255和8155，D/A转换器DAC0832，定时器/计数器8253各一片。解：要扩展最大容量2KB，5个芯片，最少剩5根片外地址线，可采用线选法。首先要进行地址分配，请见下面例7-1的地址分配表：表7-3外围器件地址选择线（A15～A0）片内地址单元数地址分配A15～

A12A11～

A8A7～

A4A3～

A0611611110×××××××××××2K0F000H～0F7FFH825511101111111111××40EFFCH～0EFFFH8155RAM11011110××××××××2560DE00H～0DEFFHI/O1101111111111×××60DFF8H～0DFFDH0832101111111111111110BFFFH825301111111111111××47FFCH～7FFFH图7－6线选法地址译码A11A12A13A14A8A15线选法CSChipSelectCEChipEnableMOVDPTR,#0F090HMOVA,#36HMOVX@DPTR,A1、地址译码技术——译码法举例外围器件地址选择线（A15～A0）A15～A12A11～A8A7～A4A3～A0片内地址单元数地址编码6264000

×××××××××××××8K0000H～1FFFH825500111111111111××43FFCH～3FFFH8155RAM01011110

××××××××2565E00H～5EFFHI/O0101111111111×××65FF8H～5FFDH0832011111111111111117FFFH825310011111111111××49FFCH～9FFFH例7-2某系统扩展如下表所示，因6264容量（8KB)较大，片外剩3根线，要译出5个芯片的片选信号，可以采用译码法，外加一个74LS138译码器。地址译码器_74LS138图7-474LS138引脚图译码法0000H~1FFFH2000H~3FFFH8000H~9FFFH6000H~7FFFH4000H~5FFFH图7－7地址译码法实例A14A15A13MOVDPTR,#0F90HMOVA,#36HMOVX@DPTR,A27.2.1外部程序存储器的扩展原理

7.2.2EPROM扩展电路

7.2外部程序存储器的扩展7.2.1外部程序存储器的扩展原理硬件电路如图7-8所示。MCS-51单片机访问外部程序存储器所使用的控制信号有：ALE：低8位地址锁存控制信号PSEN：外部程序存储器“读取”控制信号

P0MCS-51

ALE

P2

PSEN锁存器高八位地址低八位地址指令EPROM/EEPROM地址OE图7—8MCS-51单片机程序存储器的扩展8031外扩程序存储器，地址必须从0000H开始，因为，复位后PC指向0000H单元。7.2.2EPROM扩展电路1．常用EPROM芯片介绍

CEOEPGMVppD0~D7方式001+5V输出读1××+5V高阻维持010Vpp输入编程001Vpp输出编程校验1××Vpp高阻编程禁止只读方式编程写入EPROM2764——程序存储器2764工作方式真值表注：VPP为编程脉冲，可以为+5V,+12.5v,+21V,+25V等2、扩展电路实例线选法扩展一片EPROM

2732A4KB扩展两片EPROM

2725632KB扩展两片EPROM

27648KB注意：EPROM内已固化了程序.常通法扩展一片EPROM——2732A0000H~0FFFHbitbit扩展两片272560000H~7FFFH8000H~0FFFFH不存在重叠地址线选27648KB74LS3731885D7…D0Q7…Q0PSENALEP0P2P2.58031EAA0~A12D0~D7OECE2764IC1A0~A12D0~D7OECE2764IC20000H~1FFFH2000H~3FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GOE存在重叠地址思考：为什么存在重叠地址段？A15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0000000~00XX111111~1IC1IC2存储器000B010B100B110B0000H、4000H、8000H、0C000H1FFFH、5FFFH、9FFFH、0DFFFHXX1111111~10~000000001B011B101B111B2000H、6000H、0A000H、0E000H

3FFFH、7FFFH、0BFFFH、0FFFFH

地址空间——地址段不惟一

外部数据存储器的扩展原理

7.3.2静态RAM扩展

7.3外部数据存储器的扩展外部数据存储器的扩展方法原理

P0口为RAM的复用地址/数据总线，P2口的三根线用于对RAM进行页面寻址。在对外部RAM读/写期间，CPU产生/RD/WR信号。P1P0ALE8031P2P3RDWR锁存器数据

地址RAM(2K×8)WEOE7．3．2静态RAM扩展扩展两片RAM62648KB线选法扩展两片RAM6264译码法6264引脚图和工作方式线选62648KB+5V74LS3731885RDALEP0P2P2.58031EAA0~A12D0~D7OECE16264IC1A0~A12D0~D7OECE16264IC20000H~1FFFH2000H~3FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0WEWEWRCE2CE2+5VD7…D0Q7…Q0GOE地址空间——地址段不惟一A15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0000000~00XX111111~1IC1IC2存储器000B010B100B110B0000H、4000H、8000H、0C000H1FFFH、5FFFH、9FFFH、0DFFFHXX1111111~10~000000001B011B101B111B2000H、6000H、0A000H、0E000H

3FFFH、7FFFH、0BFFFH、0FFFFH

片外剩2根线，每片有4段地址段全译码片内13根片外3根62648KB2000H~3FFFH74LS373885D7…D0Q7…Q0RDALEP0P2P2.58031EA0000H~1FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GA0~A12D0~D7OECE16264IC2WEA0~A12D0~D7OECE16264IC1WEWRCBAG2AG2BG1Y7…Y1Y0+5VP2.6P2.774LS138CE2+5VCE2+5VOE数据存储器3——8译码器的其它输出端代表的地址是什么？全译码——各芯片地址惟一P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0000000~0000111111~1IC1IC2000BY0—CE0000H1FFFH001111111~10~000000001BY1—CE2000H3FFFHA15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0存储器CBA线选法选址电路连接简单地址空间利用率低

地址空间重叠严重译码法选址

采用译码器电路部分译码仍有重叠的地址空间全译码地址空间利用率高，地址惟一.线选法与译码法比较1、存储器综合扩展原理

2、EPROM与静态RAM扩展

7.4外部数据存储器和程序存储器的综合扩展程序、数据存储空间的综合扩展※存储结构：哈佛结构，物理上两部分空间独立通过/RD和/PSEN区别程序、数据存储读操作※混合方法OERDPSEN&两个要点：1、OE=RD.PSENWEWR2、混合存储器即可执行MOVX又可执行MOVC指令，即可读可写要用RAM类芯片或EEPROM类或FLASHROM。P1P08031ALE

PSENP2P3RDWR锁存器数据

地址RAM(2K×8)WEOE&外部综合存储器的扩展焦点：片选信号的产生程序存储器内已固化了程序EPROM与SRAM扩展

扩展一片EPROM2764和一片RAM6264

扩展一片EPROM2764和二片RAM6264

扩展一片EPROM2732和一片RAM6116全译码2764与626474LS373885D7…D0Q7…Q0RDALEP0P2P2.58031EA0000H~1FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GWRCBAG2AG2BGY7…Y1Y0P2.6P2.774LS1380000H~1FFFHPSENA0~A12D0~D7OECE16264WECE2A0~A12D0~D7OECE2764+5V+5VOE同容量数据存储器程序存储器全译码2764与626474LS373885D7…D0Q7…Q0RDALEP0P2P2.58031EA0000H~1FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GWRCBAG2AG2BGY7…Y1Y0P2.6P2.774LS1382000H~3FFFHPSEN+5VOEA0~A12D0~D7OECE16264IC1WECE2+5VA0~A12D0~D7OECE2764A0~A12D0~D7OECE16264IC2WECE2+5V&数据存储器混合存储器程序存储器/CE/OE-VPPD0~D7方式00输出读1×高阻维持0VPP输入编程00输出编程校验1VPP