模块8 单片机的系统扩展技术.ppt

1、1、单片机原理与接口技术，主编任元吉教学做1 1经验互动创新规划教材高职院校十二五规划2、模块8单片机系统扩展技术，单片机应用系统由硬件和软件组成，软件载体是硬件中的程序内存，本章介绍了程序和数据内存的扩展方法，3、项目8.1程序内存扩展，项目8.2数据内存扩展，项目8.3 I2C总线介绍、 项目8.4 AT24C1024操作路，关注串联，4，知识目标：广州城市建设学院电子系谢源成，自制手机：186 8843 9181 QQ: 79652257 Email: x _，1。 掌握程序存储器的扩展方法。掌握数据存储器的扩展方法。掌握串行EEPROM 5的扩展方法。技能目标：1 .扩展程序内存的能力

2、；2.能够扩展数据内存；3.能够扩展串行可编程只读存储器上课时间的建议；10.教学重点：扩展程序和数据存储器及串行可编程只读存储器；教学难点：串行接口设备的时序分析和软件编程；核心职业和技术基础课程；项目8.1。程序内存的扩展。广州城市建设学院电子系谢源成制作了一部手机：186 8843 9181 QQ: 79652257 email: x _。单片机应用系统由硬件和软件组成，软件的载体是硬件中的程序存储器。对于MCS-51系列8位微控制器，片上程序存储器的类型和容量如下表所示。MCS-51系列单片机片上程序存储器列表，表8.1单片机片上程序存储器列表，对于没有内部只读存储器的单片机或当程序较

3、长且片上只读存储器容量不足时，用户必须将程序存储器扩展到单片机之外。MCS-51单片机有16条地址线，即P0端口和P2端口，因此最大寻址范围为64 KB(0000HFFFFH)。这里需要注意的是，MCS-51单片机有一个与程序内存扩展相关的引脚EA。如果EA连接到高电平，片内存储器的地址范围是0000H0FFFH(4 KB)，片外程序存储器的地址范围是1000 h0fffh(60kb)。如果EA连接到低电平，则不使用片内程序存储器，片外程序存储器的地址范围为0000HFFFFH(64 KB)。扩展程序存储器的常用芯片是EPROM(可擦可编程只读存储器)，如2716(2K8)、2732(4K8)

4、、2764(8K8)、27128(16K8)、27256(32K8)、27512(64K8)。此外，还有5 V电可擦可编程只读存储器，如2816(2K8)、2864(8K8)等。如果程序总数不超过4 KB，一般选用内置只读存储器的单片机。8051的内部只读存储器只能由制造商固化一次，不适合小批量用户和程序调试，所以更多的用户选择8751和8951。如果程序超过4 KB，用户一般不选择8751和8951，而是直接选择8031，并使用外部扩展内存来存储程序。线选择方法所谓的线选择方法是直接使用系统的地址线作为存储芯片的芯片选择信号，所以只需要将所使用的地址线直接连接到存储芯片的芯片选择端。2.解码

5、方法所谓的解码方法使用地址解码器来解码系统的片外地址，并使用解码的输出作为存储器芯片的芯片选择信号。解码方法分为完全解码和部分解码。(1)完全解码。地址解码器使用所有的地址线，并且地址一个接一个地对应于存储单元，也就是说，一个存储单元仅占用一个唯一的地址。(2)部分解码。地址解码器仅使用部分地址线，并且地址不一一对应于存储单元，而是一个存储单元占据几个地址。一条地址线断开，一个单元占用2(21)个地址；两条地址线没有连接，一个单元占用4(22)个地址；如果3条地址线未连接，将占用8(23)个地址，依此类推。广州城市建设学院电子系谢源成手机：186 8843 9181 QQ: 79652257

6、Email: x _，8.1.1如何选择内存芯片，(1)选择芯片。在这个例子中，需要8031单片机，而且里面没有只读存储器区域，所以不管程序的长度如何，程序存储器都必须扩展(目前很少使用，但扩展方法是典型的、实用的)。在选择程序存储芯片时，我们必须首先满足程序容量，然后在价格合理时尽量选择大容量的芯片。通过这样做，使用更少的芯片，这导致简单的布线、大的芯片存储容量和大的程序调整余量。如果程序的总长度估计约为3 KB，最好扩展一个4 KB的EPROM 2732，而不是两个2716(2 KB)。在单片机应用系统的硬件设计中，要注意尽可能减少芯片数量，使电路结构简单，提高可靠性，这也是8951比80

7、31应用更广泛的原因之一。8.1.2在8031单片机上扩展4 KB EPROM程序存储器，图8.1在8031单片机上扩展2732程序存储器电路，(2)硬件电路图。74LS373 .74LS373是一个8D锁存器，具有三态缓冲输出。因为在芯片机器的三总线结构中，数据线和地址线的低8位共享P0端口，所以必须使用地址锁存器来区分地址信号和数据信号。74LS373的锁存控制端g直接与单片机的锁存控制信号ALE相连，并在ALE的下降沿锁存低位8位地址。EPROM 2732 .EPROM 2732的容量为4 K8位。4 K表示有41024(22210=212)个存储单元，8位表示每个单元中存储的数据宽度为

8、8位。前者确定地址线的位数是12位(A0A11)，后者确定数据线的位数是8位(O0O7)。目前，除串行存储器外，我们使用8位数据存储器。2732采用5伏单电源供电，最大静态工作电流为100毫安，保持电流为35毫安，最大读出时间为250纳秒。2732采用DIP24封装，引脚如图所示。(3)芯片描述。其中A0A11是地址线；O0O7是数据线；消费电子是芯片生产线的选择；运行经验/VPP是输出使能/编程高电压。除了12条地址线和8条数据线，CE是片上线路选择，低电平有效。也就是说，只有当CE为低时，才选择2732；否则，2732不起作用。运行经验/VPP是一个双功能引脚。当2732被用作程序存储器时

9、，它的功能是允许读出数据。当编程EPROM(也叫固化程序)时，此引脚用于高压输入，不同厂家的芯片编程电压不同。当我们将它用作程序存储器时，我们不必关心它的编程电压。图8.2电子顺磁共振2732的分布，(4)扩展总线的产生。通用处理器，如INTEL 8086/8088和Z80，具有独立的地址总线、数据总线和控制总线，而MCS-51系列单片机受引脚限制，因此为了将它们分开，必须在单片机外部增加地址锁存器，形成类似通用处理器的三总线结构。(5)连接描述：地址线。当微控制器扩展片外存储器时，地址由P0和P2端口提供。在图中，在2732的12条地址线(A0A11)中，低位8位A0A7通过锁存器74LS3

10、73与P0端口连接，高位4位A8A11直接与本身具有锁存器功能的P2端口的P2.0p2.3连接。请注意，锁存器的锁存使能端子G必须连接到微控制器的ALE引脚。数据线。2732的8位数据线直接与单片机的P0端口相连。因此，P0端口是时分复用的地址/数据线。控制线。当中央处理器执行存储在2732中的程序指令时，提取阶段是读取2732。请注意，中央处理器只能读取电子顺磁共振，但不能写入电子顺磁共振。中央处理器通过控制线控制2732的读取操作。2732控制线有以下连接：CE:直接接地。由于系统中只扩展了一个程序存储器芯片，2732的芯片选择端直接接地，表明2732一直被选中。如果同时扩展多个芯片，则需

11、要通过解码器完成芯片选择。运行经验：连接到8031的读选通信号端子。当访问片外程序存储器时，只要负脉冲出现在端子上，就可以从2732读出程序。(6)确定扩展程序存储器的地址范围。内存扩展的关键是找出扩展芯片的地址范围。8031最多可扩展64 KB。决定存储芯片地址范围的因素有两个：一是芯片选择端的连接方式，二是存储芯片地址线与单片机地址线的连接方式。确定地址范围时，必须确保芯片选择端子处于低电平。在本例中，2732的芯片选择端始终接地，因此第一个条件始终满足。此外，2732有12条地址线，与8031的低12位地址相连。编码结果如下：0000 h0 fffh 8031 p 2.7 p 2.6 p

12、 2.5 p 2.4 p 2.3 p 2.1 p 2.7 p 0.6 p 0.5 p 0.4 p 0.3 p 0.2 p 0.1 p 0.0 a 15 a 14 a 13 a 12 a 11 a 0 a9 A8 a7 a6 a5 a 4a 1 a 0 2732 a 11 a 10 a9 A8 a7 a6 a5 a 4。A3A2A 1 A 00000000000000000000000000000000000000000000001000000000000000000011 111111111，(EPROM的使用。存储器扩展电路是单片机应用系统的功能扩展部分。只有当应用系统的软件设计完成后，才能

13、通过特定的编程工具(一般称为编程器或EPROM固化器)将程序固化成2732，然后将2732插入用户板的插座(插座必须焊接扩展程序存储器)。上电复位时，电脑=0000小时，自动从2732的0000小时单元获取指令，然后开始执行指令。如果程序需要反复调试，可以用紫外线擦除器擦除2732的内容，然后固化修改后的程序进行调试。要从EPROM中读取程序中定义的表，需要使用表查找指令：MOVC A、DPTR A、MOVC A、PC A、8.2.1微控制器RAM概述RAM用于存储各种数据，MCS-51系列8位微控制器内部有128 B的RAM存储器，而中央处理器内部有丰富的RAM操作指令。然而，当用单片机进行

14、实时数据采集或处理大量数据时，仅仅依靠芯片上的随机存储器是远远不够的。这时，我们可以利用单片机的扩展功能来扩展外部数据存储器。项目8.2数据存储器的扩展。常用的外部数据存储器包括静态随机存取存储器和动态随机存取存储器。前者读/写速度快，一般为8位宽，易于扩展，且大部分与同等容量的EPROM引脚兼容，有利于印刷电路板的设计，使用方便；缺点是集成度低、成本高、功耗高。后者集成度高、成本低、功耗相对较低；缺点是需要增加刷新电路，并且增加了额外的成本。MCS-51单片机扩展片外数据存储器的地址线也由P0端口和P2端口提供，因此最大寻址范围为64 KB(0000HFFFFH)。通常，静态随机存取存储器用

15、于只需要小于64 KB数据存储器的小型系统，而动态随机存取存储器通常用于需要大于64 KB数据存储器的大型系统。8.2.2示例分析1在应用系统中仅扩展一个内存在单片机应用系统中扩展2 KB静态内存。(1)芯片选择。单片机扩展数据存储器中常用的静态随机存储器芯片有6116(2K8位)、6264(8K8位)、62256(32K8位)等。根据课题容量的要求，我们选择了SRAM 6116。它是一种采用互补金属氧化物半导体技术的静态随机存取存储器，采用5 V单电源供电，输入输出电平与TTL兼容，具有低功耗工作模式。当中央处理器不选择芯片(CE=1)时，芯片处于低功耗状态，可将功耗降低80%以上。图8.3

16、静态随机存储器芯片6116的引脚分布，有11条(A0A10)地址线；八条双向数据线；对于芯片线选择，低电平有效；这是写权限行，低级别有效；是读使能线，低电平有效。6116的运行模式如下表所示。表8.2静态随机存储器芯片6116的工作模式，(2)硬件电路。微控制器和6116之间的硬件连接如图8-5所示，图8.4微控制器和6116之间的硬件连接，(3)连接描述。6116与微控制器的连接如下：地址线：A0A10连接到微控制器地址总线A0A10，即P0.0P0.7、P2.0、P2.1、P2.2共11条。数据线：I/O0I/O7连接到单片机的数据线，即P0.0P0.7控制线：CE芯片的选择端连接到单片机

17、的P2.7，即最高位A15单片机地址总线；运行经验读许可线与单片机的读数据存储控制线RD相连；写允许线WE与微控制器的写数据存储器控制线WE相连。(4)片外随机存取存储器地址范围的确定和使用。根据图中的连接线，芯片选择端子直接与地址线P2.7相连，这种扩展方法称为线选择方法。显然，只有P2.7=0才能选择切片6116。因此，其地址范围确定如下：8031 p 2.7 p 2.6 p 2.4 p 2.3 p 2.1 p 2.0 p 0.6 p 0.5 p 0.4 p 0.3 p 0.1 p 0.0 a 15 a 14 a 13 a12 a11 A0 a9 a6 a5a 4a 1a 0 6116 A

18、0 a9 a5a 3a 1a 0 000。0000000000000000000000000001 00000000010 00000000011 011111111111，其中 表示与6116无关的pin，可以是0或1。同时扩展外部内存和外部输入/输出我们知道外部内存和外部输入/输出端口使用相同的读/写指令，并且它们被统一寻址，所以当同时扩展两者时，我们必须考虑地址的合理分配。地址分配通常通过解码的方法来实现。下面是一个例子。该示例扩展了8 KB内存，地址范围是2000H3FFFH，这是唯一的。其余地址用作外部输入/输出扩展地址。(1)芯片选择。静态随机存取存储器芯片6264。6264是一款8K8位静态随机存取存储器，采用互补金属氧化物半导体技术制造，采用5伏单电源供电，额定功耗为200毫瓦，典型读取时间为200纳秒。封装为DIP28，引脚如图6.13所示。其中，A0A12为13条地址线；I/O0I/O7为8条数据线，双向；对于芯片线选择1，低电平有效；CE2是芯片线选择2，