单片机原理及应用陈高锋 项目7单片机的系统扩展课件

项目7单片机的系统扩展7.151单片机的系统扩展结构

单片机的系统扩展是以单片机为核心，通过芯片外部总线把一些相应功能的外围器件（ROM、RAM、I/O等）与单片机连接起来，其情形就是像各扩展部件“挂”在总线上一样，并且在单片机CPU的控制下，通过总线进行数据、地址和信号的传送。

项目7单片机的系统扩展7.1.1单片机的系统总线总线是计算机中传送信息的公共通道，根据传送信息的类型和功能，可以分为3组，既地址总线、数据总线、控制总线。通过这些总线实现外扩器件与单片机之间进行地址、数据及控制命令的传送。（1）地址总线AB地址总线是CPU用来传送地址信息的总线，所以信息的传送是单向的。所谓地址，就是存储器存储单元的编号，存储容量越大，要寻找某个存储单元所需的地址线条数就越多。（2）数据总线DB数据总线用来传送数据或指令代码，实现CPU与外部设备之间的数据交换，其数据的传送是双向的。数据总线的条数与计算机的字长相同，MCS-51单片机的字长是8位，所以数据总线的位数也是8位。（3）控制总线CB控制总线用于传送各类控制信号，可以协调单片机与其他外围芯片之间的工作，实现单片机与外部设备之间的信息交换。项目7单片机的系统扩展7.1.2单片机的总线构成项目7单片机的系统扩展（1）P0口作为数据总线和低8位的地址总线单片机的P0口具有双重功能，既可作为数据线使用，有可作为低8位地址线使用。（2）P2口作为高8位地址总线系统扩展时，P2口的8位地址线，再加上P0口的低8位地址线，就形成了完整的16位地址总线，使得单片机的最大寻址范围可达64KB。（3）控制信号

ALE−地址锁存信号，用来锁存P0口输出的低8位地址。

−外部程序存储器读选通信号，低电平有效。

−片内/片外程序存储器的选择端。

−外部数据存储器写选通信号。

−外部数据存储器读选通信号。对存储器来讲控制线无非是：芯片的选通控制、读写控制。单片机与外部器件数据交换要遵循两个重要原则：一是，地址唯一性，一个单元一个地址。二是，同一时刻，CPU只能访问一个地址，即只能与一个单元交换数据，与哪个器件交换数据，可由地址线控制各个器件的片选线来选择。不交换时，外部器件处于锁闭状态，对总线呈浮空状态。项目7单片机的系统扩展7.2存储器的扩展7.2.1程序存储器的扩展（1）常用程序存储器芯片常用的程序存储器芯片有ROM、EPROM（紫外线檫除型存储器）、E2PROM（电檫除可改写型存储器）以及近年来广发使用的FlashROM（快檫写型存储器）等多种类型。下面以2764为例介绍ROM的扩展方法。A0～A12：地址信号输入线，说明芯片的容量是213=8K；图7-42764的管脚配置图D0～D7：8位数据线；：片选信号线，低电平有效，当它为低电平时，能选中该芯片；：读选通信号线，当它为低电平时，芯片中的数据可以由O0～O7输出；：编程脉冲输入端，当对EPROM编程时，由此加入编程脉冲。Vpp：编程电源；Vcc：主电源。。

项目7单片机的系统扩展（2）程序存储器连接方法

1）地址线的连接实际应用中，扩展的存储器容量都大于256字节，所以除了P0口的8位地址线外，还需要P2口提供若干地址线。一般情况下，扩展的存储器有一片或几片存储芯片构成，芯片的选择决定了储存的地址。扩展一片芯片，芯片的片选端直接接地即可；扩展两片以上的存储器时，片选端应采用专门的片选信号来控制；两种方式，线选法和译码法。

①线选法：所谓线选法，就是将P2口多余的地址线中的某位与存储器或其他芯片的片选信号端相连。

②译码法：所谓译码法，就是使用地址译码器将P2口多余地址线译码输出，作为各芯片的片选信号。项目7单片机的系统扩展2）数据线的连接将单片机的P0口直接与程序存储器的8位数据线连接。3）控制线的连接：与程序存储器的读选通信号端直接相连；ALE：与地址锁存器的控制端相连；：当单片机为无程序存储器的8031或只使用外部扩展的程序存储器时，直接接地。项目7单片机的系统扩展【例7.1】在8031上扩展16KB芯片27128的程序存储器。1）硬件电路

项目7单片机的系统扩展2）连线说明①地址线。27128容量是16KB=214，共计14条地址线（A0～A13），低8位A0～A7通过锁存器74LS373与P0口相连，高6位A8～A13直接与P2口的P2.0～P2.5连接。②数据线。27128的数据线（O0～O7）直接与P0口的8位数据线连接。③控制线。单片机的控制线ALE与74LS373的使能端G端连接，直接接地。27128的控制线有以下两条：与单片机的外部程序存储器的读选通信号端直接相连；由于系统中只扩展了一片程序存储器芯片，所以直接接地。3）扩展ROM地址范围芯片地址编码如下：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14A13A12A11A10A09A08A07A06A05A04A03A02A01A00××00000000000000××11111111111111其中，“×”表示与27128无关的引脚，可为0，也可为1，通常取0。即整个存储器的地址范围是0000H～3FFFH。项目7单片机的系统扩展【例7.2】在8031上采用两片2764扩展16KB的程序存储器。1）硬件电路

项目7单片机的系统扩展2）连线说明①地址线。2764容量是8KB=213，共计13条地址线（A0～A12），两片芯片的低8位74LS373与P0口相连，高6位与P2口的P2.0～P2.4连接。②数据线。两片2764的的数据线直接与P0口的8位数据线连接。③控制线。单片机的控制线与上例一样。2764的控制线有以下两条：两片2764的读选通信号端与单片机的外部程序存储器的读选通信号端相连；采用线选法。当P2.5为低电平时选中2764（1），当P2.5为高电平时，经一反相器后选中2764（2）。3）扩展ROM地址范围本例中，芯片2764（1）地址编码如下：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14A13A12A11A10A09A08A07A06A05A04A03A02A01A00××00000000000000××01111111111111其中，“×”取0，即整个存储器的地址范围是0000H～1FFFH。芯片2764（2）地址编码如下：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14A13A12A11A10A09A08A07A06A05A04A03A02A01A00××10000000000000××11111111111111其中，“×”取0，即整个存储器的地址范围是2000H～3FFFH。项目7单片机的系统扩展7.2.1数据存储器的扩展在单片机应用系统中,作为数据存储器使用的有静态读/写存储器RAM，动态读/写存储器RAM和EEPROM等，而静态RAM扩展电路简单，使用方便，因而应用广泛。其典型芯片有6116（2K×8）、6264（8K×8）、62256（32K×8）等。

A0～A10：12根地址信号线，说明芯片的容量是211=2K；O0～O7：8位数据线；片选信号线，低电平有效，当它为低电平时，能选中该芯片；读选通信号线，当它为低电平时，芯片中的数据可以由O0～O7输出；写选通信号端，当它为低电平时，可以由O0～O7输入数据到芯片中。项目7单片机的系统扩展（2）数据存储器连接方法数据存储器的扩展地址与程序存储器一样，都是0000H～FFFFH，系统扩展时，两者的地址总线和数据总线可并联使用。数据存储器扩展时其地址线和数据线的连接方法与程序存储器的连接方法相同，控制线和则分别与单片机的和连接。【例7.4】在8031上采用两片6116扩展4KB的数据存储器。1）硬件电路

项目7单片机的系统扩展2）连线说明①地址线。6116容量是2KB=211，两片芯片的低8位A0～A7通过锁存器74LS373与P0口相连，高3位A8～A12直接与P2口的P2.0～P2.2连接。②数据线。两片6116的的数据线直接与P0口的8位数据线连接。③控制线。两片6116的读选通信号端与单片机的外部ROM的读选通端相连；两片6116的写选通信号端与单片机的外部ROM的写选通端相连；两片6116的采用线选法分别由P2.3和P2.4控制。3）扩展RAM地址范围本例中，芯片6116（a）地址编码如下：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14A13A12A11A10A09A08A07A06A05A04A03A02A01A00×××1000000000000×××1011111111111其中，“×”可以取0或1，取0，其地址范围是1000H～17FFH。芯片6116（b）地址编码如下：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14A13A12A11A10A09A08A07A06A05A04A03A02A01A00×××0100000000000×××0111111111111其中，“×”取0，即整个存储器的地址范围是0800H～0FFFH。项目7单片机的系统扩展7.3I/O口的扩展通常I/O口的扩展有三种方式：并行I/O口扩展、可编程的并行I/O芯片扩展、串行口的I/O口扩展，本节主要介绍前两种扩展方式。简单的并行I/O口扩展通常是采用普通的TTL电路和CMOS门电路实现，如八线缓冲驱动器74LS244（三态输出）、八总线发送/接收器74LS245、74LS373等。这些芯片一般通过数据总线P0口扩展，具有电路简单、成本低、配置灵活等优点。

项目7单片机的系统扩展7.3.1简单并行I/O口扩展74LS273是一种带清除功能的8D触发器，1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作数据锁存器，地址锁存器；和74LS373有相似功能，这里不再详细说明。【例7.5】采用74LS244扩展输入、74LS273作为扩展输出的简单并行I/O口扩展。1）硬件电路

项目7单片机的系统扩展2）连线说明采用74LS244作为扩展的输入接口，用于输入8个开关的信息；74LS273作为扩展的输出接口，输出控制8个LED；74LS244的数据输出端（Q0～Q7）和74LS273的数据输入端（D0～D7）均与单片机的P0口连接输入控制信号是P2.7与相“或”后形成。当二者同时为0时，或门的输出为0，74LS244的控制端有效，选通74LS244，外部的信息输入到数据总线P0上；无按键闭合，输入全为1，若按下某按键，对应的口线输入为0。输出控制信号是P2.7与相“或”后形成。当二者同时为0时，或门的输出为0，74LS273的控制端有效，选通74LS273，P0上的数据锁存到74LS273的输出端，其输出电平控制发光二极管，某位为低电平时，对应的LED发光。3）I/0地址的确定由以上的输入/输出过程可以看出，输入/输出都是在P2.7为0时有效，所以二者的口地址都是7FFFH（此地址不是惟一，只要保证P2.7为0即可）。4）程序实现编程实现每当接通任一开关时，对应的LED发光，程序如下：LOOP：MOVDPTR，#7FFFH;数据指针指向扩展I/O口地址

MOVXA，@DPTR;从74LS244输入开关状态

MOVX@DPTR，A;向74LS273输出数据，驱动LEDSJMPLOOP;循环检测项目7单片机的系统扩展7.3.2可编程并行I/O口的扩展

并行I/O口的扩展，除了简单扩展方式外，还可以用并行I/O口的可编程芯片进行扩展。这种方式通常是采用软件编程的方式来改变和确定I/O口的工作方式及功能的大规模集成电路芯片。常用的有Intel公司的8155、8255等，它们可以与单片机直接连接，使用十分方便。我们以8155为例介绍芯片的结构、功能及与单片机的接口。项目7单片机的系统扩展1）8155内部结构①A、B、C三个端口，A、B是8位I/O口，数据传送方向由命令寄存器决定，C端口为6位I/O口，通过命令寄存器的编程来选择。②控制逻辑部件中有一个控制命令寄存器和一个状态寄存器，8155的工作方式由CPU写入控制命令寄存器中控制字来确定。③8155中设置有一个14位的定时/计数器，可用作定时或对外部脉冲计数。④RAM容量为256×8位，由一个静态随机存取存储器和一个地址锁存器组成。项目7单片机的系统扩展2）引脚及其功能特点AD0～AD7：地址/数据线，低8位地址和数据复用线。8155内部具有地址锁存器，在ALE的下降沿可锁存MCS-51单片机的地址数据，不需外加373之类的锁存器，AD0～AD7直接接P0口，接收地址编码和数据；PA0～PA7：A口输入/输出线；PB0～PB7：B口输入/输出线；PC0～PC5：C口输入/输出线；是6位I/O口，即可作通用数据I/O口，又可作控制口；ALE：地址锁存信号，锁存P0口的地址编码；

I/O口或RAM选择信号；0：选择RAM；1：选择I/O及命令状态寄存器和定时/计数器；片选信号，低电平有效；读、写信号选通线，低电平有效，控制8155的读、写操作。可直接与单片机的、连接；TIMERIN：8155内部定时/计数器的时钟脉冲信号输入，一个脉冲使8155的14位定时器的当前值减1；TIMEROUT：8155内部定时/计数器的时钟脉冲信号输出，可向外界输出脉冲或者方波信号；RESET：芯片复位信号线。项目7单片机的系统扩展8155内部共有256个RAM单元，I/O口除了A口、B口、C口外，还有命令/状态寄存器、定时器高8位和低8位等，要对RAM单元和I/O端口的进行访问必须有相应的编码地址，为此8155芯片采用8位地址AD0～AD7对片内RAM和I/O端口分别进行编址。

3）8155的RAM和I/O口地址编码IO/MA7A6A5A4A3A2A1A0选中的寄存器1×××××000命令/状态寄存器1×××××001PA口1×××××010PB口1×××××011PC口1×××××100定时计数器的低8位1×××××101定时计数器的高8位0××××××××RAM低8位地址（00H～FFH）项目7单片机的系统扩展8155的PA口和PB口有基本输入/输出和选通输入/输出两种工作方式，前者以无条件的方式进行数据的输入和输出，后者数据的输入和输出受到某些联络信号的控制。PC口有ALT1～ALT4四种工作方式。

4）8255各I/O端口的工作方式

命令口位ALT1（方式1）ALT2（方式2）ALT3（方式3）ALT4（方式4）PC0输入线输出线A-INTRA-INTRPC1输入线输出线A-BFA-BFPC2输入线输出线A-STBA-STBPC3输入线输出线输出线B-INTRPC4输入线输出线输出线B-BFPC5输入线输出线输出线B-STBA口基本I/O口基本I/O口选通I/O口选通I/O口B口基本I/O口基本I/O口基本I/O口选通I/O口项目7单片机的系统扩展①命令字的格式及定义

项目7单片机的系统扩展②状态字的格式及定义D7D6D5D4D3D2D1D0—TIMERINTE-BBF-BINTR-BINTE-ABF-AINTR-AINTR-A：A口中断请求标志位。1—请求，0—未请求。BF-A：A口缓冲器满标志位（输入时），A口缓冲器空标志位（输出时）1—满，0—空。INTE-A：A口中断允许标志位。1—允许，0—禁止。INTR-B：B口中断请求标志位。1—请求，0—未请求。BF-B：B口的缓冲器满/空标志位（输入/输出）。1—满，0—空INTE-B：B口中断允许标志位。1—允许，0—禁止。TIMER：定时/计数器中断标志位。当达到最终计数值时，该位锁定于高电平，并由读命令/状态寄存器操作或开始新的计数过程操作复位至低电平。

项目7单片机的系统扩展6）定时/计数器

8155片内的定时/计数器是一个14位的减法计数器，它对TIN端的时钟脉冲进行计数，并在达到最后计数值（TC）值时给出一个方波或脉冲，如图7-17所示。编址为XXXXX100B和XXXXX101B的2个寄存器为计数长度寄存器，计数初值由程序预置，每次预置一个字节，该寄存器的0—13位规定了下一次计数的长度，14、15位规定了定时/计数器的输出方式，该寄存器的定义如表下所示。M2M1T13T12T11T10T9T8T7T6T5T4T3T2T1T0输出方式计数长度高6位计数长度低8位当8155的时钟脉冲信号输入到引脚TIMERIN输入到外接脉冲时实现计数功能，输入系统时钟实现定时功能。每输入一个脉冲，计数器减1，当减到0时，TIMEROUT引脚根据M1、M0的设置输出波形M2M100011011

单个方波连续方波（即计数满后自动加载计数初值并计数）单个脉冲连续脉冲（计数满后自动加载计数初值并计数）开始计数停止计数项目7单片机的系统扩展7）MCS-51单片机和8155的连接AD0～AD7：直接与单片机的P0口连接，作为地址/数据线使用；ALE：与单片机的ALE连接；片选信号，用线选法与单片机高8位地址线（P2口）任一位连接；与单片机另外一根未用的高8位地址线连接；直接与单片机的、连接；从硬件连接图中可看出，连接的关键接线是和。决定本芯片是否被选中；而则决定是对IO端口操作还是对内部RAM操作。项目7单片机的系统扩展解：分析题意得1）对8155进行操作，需选通芯片，所以=0，即P2.7=0；2）对8155片内RAM操作，=0，即P2.0=0；那么，访问8155片内RAM的地址范围是7E00H～7EFFH（设无用位为1）。3）汇编语言程序如下：MOVA,#66H;立即数送AMOVDPTR,#7F20H;指向8155片内RAM的20H单元MOVX@DPTR,A;写入数据到8155片内RAM的20H单元【例7.6】电路如图所示，编程将立即