MCS-51单片机的系统扩展.ppt

1、第6章 MCS-51单片机的系统扩展,6.1 概述 6.2 MCS-51的外部扩展性能 6.3 程序存储器的扩展 6.4 数据存储器的扩展 6.5 MCS-51片选方法简介 6.6 并行I/O接口的扩展,6.1 概述,一、单片机扩展的目的和必要性,1.扩展单片机系统的资源 单片机内部的ROMRAM容量定时器I/O接口和中断源等资源往往有限，在实际应用中通常不够用，因此需要对单片机的资源扩展。 2.驱动更多种类的外部设备 在工业测控系统中，需要多种接口。 如：传感器、伺服控制、人机交流必须通过系统扩展来满足要求. 1）信号形式不同 2）信号电平不同 3）速度差异大,概述,二、单片机扩展的内容和结

2、构,1. 单片机系统的扩展内容 存储器扩展 I/O口的扩展（芯片接口） 2.单片机系统的扩展结构 并行总线结构 并行扩展法，利用单片机三总线(AB,DB,CB)的系统扩展 特点：速度快，相对成本高，在高速应用中占主导地位,概述,二、单片机扩展的内容和结构,串行总线结构（I2C/SPI) 串行扩展法，利用I2C双总线和SPI三总线的系统扩展 特点：器件小、占空小、可靠性高、成本低，但速度低,6-2 MCS-51单片机的外部扩展性能,一、8051片外三总线结构,扩展关键 合理编排地址 正确连接控制线（根据芯片的真值表）,归纳8051数据总线和地址总线,1.数据总线的构造 MCS-51单片机的数据总

3、线是由P0口提供的，由P0口引出8位线即可作为数据总线。 2.地址总线的构造 MCS-51单片机地址总线为16根，其中高8位P2口提供，低8位由P0提供。,归纳8051控制信号的作用与连接：,6.3 程序存储器的扩展,6.3.1 典型程序存储器芯片介绍 6.3.2 典型程序存储器的扩展方法 6.3.3 典型程序存储器扩展电路,扩展ROM单元芯片与片内ROM共用一个存贮空间，统一编址。 通过查表指令 MOVC A，A+DPTR MOVC A，A+PC 可以实现对ROM单元的读操作。,6.3.1 典型程序存储器芯片介绍,典型芯片是27系列产品，例如， 2716 （2KB8） 2732 （4KB8）

4、 2764 （8KB8） 27128（16KB8） 27256（32KB8） 27512（64KB8） “27”后面的数字表示其位存储容量。,6.3.1 典型程序存储器芯片介绍,1、2716 EPROM存储器 2716是2K8位紫外线擦除电可编程只读存储器。单一+5V供电，最大功耗25mW，维持功耗132mW，读出时间最大450ns，引脚见图8-1。,2、2732EPROM存储器,2732是4K8紫外线擦除电可编程只读存储器。单一+5V供电，最大工作电流为100mA，维持电流为35mA，读出时间为250ns。引脚如图6-2。,3、2764EPROM存储器,2764是8K8位紫外线擦除电可编程只

5、读存储器，单一+5V供电，最大工作电流为75mA，维持电流为35mA，读出时间最大为250ns。引脚见图6-3。,4、27128AEPROM存储器,27128A是16K8位紫外线擦除电可编程只读存储器，单一+5V供电，工作电流最大为100mA，维持电流为40mA，读出时间最大为250ns。引脚见图6-4。,5、27256EPROM存储器,27256是32K8位紫外线擦除电可编程只读存储器，单一+5V供电，工作电流为100mA，维持电流为40mA，读出时间最大为250ns。引脚见图6-5。,6.3.2 典型程序存储器的扩展方法,（1）地址线 存储器的低8位地址线 A0A7P0 口(P0.7 P0

6、.0)； 存储器的高8位地址线 A15A8P2 口(P2.7 P2.0)。 （2）数据线 存储器的数据线 O0O7 P0 口(P0.7 P0.0) 。,6.3.2 典型程序存储器的扩展方法,（3）控制线 单片机的PSEN OE； 实现单片机执行MOVC指令时的工作选通； 单片机的ALE 74LS373的触发端G相连； 实现P0口的分时复用。 单片机的EA端接地（当采用8031时）； 表示始终使用片外ROM。,x 0 0 0 0 0 0 0B x 1 1 1 1 1 1 1B (x=0) 0000H 7FFFH 32K (x=1) 8000H FFFFH32K 地址不唯一：(该选择X=0或X=1

7、？) 因为8031复位后PC指向0000H单元，所以P2.7 应该接地,1、扩展一片EPROM,1、扩展一片EPROM,X=14 N=7 i=6 X=13 N=6 i=5 X=12 N=5 i=4,EPROM 27256 32K 15根地址线 EPROM 27128 16K 14根地址线 EPROM 2764 8K 13根地址线,（b）扩展两片RPROM,2、扩展两片EPROM,2、扩展两片EPROM,6 7 14 5 6 13 4 5 12,多片程序存贮器的扩展,作用： 解决P0口的分时复用问题。 P0口为数据总线和低8位地址总线分时复用口，P0口输出的低8位地址必须用地址锁存器进行锁存。

8、常用地址锁存器： 74LS373、8282和74LS273等,3地址锁存器,74LS373工作原理,74LS373是带有三态门的8D锁存器。其原理结构图如图所示。,OE：三态门的使能信号引脚，低电平有效（接地）； G：锁存器的使能信号引脚，下降沿有效（接ALE）；,74LS373与MCS-51的连接,74LS373的工作过程,OE端接地，三态门处于导通状态，允许Q端输出； G端为高电平时，锁存器输出端（1Q8Q）状态和输入端（1D8D）状态相同； G端从高电平返回低电平（下降沿）时，输入端数据锁存入1Q8Q。,6.3.3 典型程序存储器扩展电路,1、扩展2KB的EPROM,2、扩展4KB的EP

9、ROM,3、程序存储器EEPROM的扩展,扩展2817A并行EEPROM,6.4 数据存储器的扩展,（1）地址线 存储器的低8位地址线A0A7P0 口(P0.7 P0.0)； 存储器的高8位地址线A15A8P2 口(P2.7 P2.0)。 （2）数据线 存储器的数据线O0O7 P0 口(P0.7 P0.0) 。 （3）控制线 单片机的RD(P3.7) 存储器读信号RD ； 实现单片机执行MOVX指令时的工作选通； 单片机的WR(P3.6) 存储器写信号WR ； 实现单片机执行MOVX指令时的工作选通； 单片机的ALE 74LS373的触发端G相连； 实现P0口的分时复用。,常用的静态RAM（S

10、RAM）芯片,典型芯片有： 6116 （2KB8） 6264 （8KB8） 62128（16KB8） 62256（32KB8） “61/62”后面的数字表示其位存储容量。,6.4.1 典型数据存储器的扩展方法,扩展外部RAM的电路结构框图,6.4.2 典型数据存储器扩展电路,扩展6116静态RAM,扩展6264静态RAM,6.5 MCS-51单片机片选方法简介,线选法的特点： 连接简单，不必专门设计逻辑电路； 适用于简单扩展的场合； 芯片占的空间不紧凑； 地址空间利用率低； 并且可作片选的高位地址线有限，只能连接几个芯片。,6.5.1 线选法定义：每片存储器芯片由一根地址线选通。当单片机控制系

11、统采用多片存储器芯片时，比较简单的一种方法是采用线选法寻址。,用线选法扩展EPROM存储器的电路,线选法地址空间分配,地址线为A0A12，故8051剩余地址线为三根。用线选法可扩展3片2764。3片2764对应的存储器空间如下。,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.0 P0.7 P0.0,IC1地址范围 IC2地址范围 IC3地址范围,1 1 0 0 0 0 0 0B=C000H 1 1 0 1 1 1 1 1B=DFFFH 1 0 1 0 0 0 0 0B=A000H 1 0 1 1 1 1 1 1B=BFFFH 0 1 1 0 0 0 0 0B=6000H 0 1 1

12、1 1 1 1 1B=7FFFH,定义： 译码法是由译码器组成译码电路,译码电路将地址空间划分若干块,其输出端分别选通一片存储器芯片。 特点： 既充分利用存储空间,又避免空间分散的缺点. 常用译码器有74LS138和74LS139.,6.5.2 译码法,74LS138是”3-8” 译码器 具有3个选择输入端A、B、C； 8种输入状态，8个输出端Y0Y7; 输出端0电平有效.,74LS138真值表,74LS139是”2-4”译码器： 1个使能端G,0电平选通; 有两个输入A、B； 4个译码输出Y0Y3； 输出0电平有效.,74LS139真值表,74LS139译码器扩展存储器实例,译码器扩展存储器

13、地址空间分配,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.0 P0.7 P0.0,IC1地址范围 IC2地址范围 IC3地址范围 IC4地址范围,0 0 0 0 0 0 0 0B=0000H 0 0 0 1 1 1 1 1B=1FFFH 0 0 1 0 0 0 0 0B=2000H 0 0 1 1 1 1 1 1B=3FFFH 0 1 0 0 0 0 0 0B=4000H 0 1 0 1 1 1 1 1B=5FFFH 0 1 1 0 0 0 0 0B=6000H 0 1 1 1 1 1 1 1B=7FFFH,EPROM和RAM的综合扩展,PSEN=0， P2.5=0， P2.6=1

14、 PSEN=0， P2.5=1 P2.6=0 RD/WR=0，P2.5=0 P2.6=1 RD/WR =0，P2.5=1 P2.6=0,选中IC1 选中IC2 选中IC3 选中IC4,线选法应用举例,线选法地址空间分配,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.0 P0.7 P0.0,IC1/ IC3 地址范围 IC2/ IC4 地址范围,0 1 0 0 0 0 0 0B=4000H(x=0) 0 1 0 1 1 1 1 1B=5FFFH(x=0) 1 1 0 0 0 0 0 0B=C000H(x=1) 1 1 0 1 1 1 1 1B=DFFFH(x=1) 0 0 1 0 0

15、0 0 0B=2000H(x=0) 0 0 1 1 1 1 1 1B=3FFFH(x=0) 1 0 1 0 0 0 0 0B=A000H(x=1) 1 0 1 1 1 1 1 1B=BFFFH(x=1),地址不连续，地址空间利用不充分； 地址空间重叠。如何解决？,问题,EPROM和RAM的综合扩展,PSEN=0， P2.7=0 P2.6=0 P2.5=0 PSEN=0， P2.7=0 P2.6=0 P2.5=1 RD/WR=0，P2.7=0 P2.6=1 P2.5=0 RD/WR =0，P2.7=0 P2.6=1 P2.5=1,选中IC1 选中IC2 选中IC3 选中IC4,译码法应用举例,译

16、码法地址空间分配,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.0 P0.7 P0.0,0 0 0 0 0 0 0 0B=0000H 0 0 0 1 1 1 1 1B=1FFFH 0 0 1 0 0 0 0 0B=2000H 0 0 1 1 1 1 1 1B=3FFFH 0 1 0 0 0 0 0 0B=4000H 0 1 0 1 1 1 1 1B=5FFFH 0 1 1 0 0 0 0 0B=6000H 0 1 1 1 1 1 1 1B=7FFFH,地址连续，地址空间利用充分；地址空间不重叠。,IC1地址范围 IC2地址范围 IC3地址范围 IC4地址范围,存储器扩展电路应注意的问

17、题,1.芯片数量的选择 2.芯片型号的确定 3.正确连线，包括正确使用地址锁存器等。 4.确定扩展存贮器的地址空间，以便正确编程。,6.6 I/O接口的扩展,6.6.1 I/O接口电路的功能 6.6.2 简单并行I/O接口的扩展 6.6.3 可编程接口电路的扩展,6.6.1 I/O接口电路的功能,1.协调高速计算机与低速外设的速度匹配问题 2.提供输入/输出过程中的状态信号 3.解决计算机信号与外设信号之间的不一致,6.6.2 简单并行I/O接口的扩展,目的：解决并行I/O口资源太少的问题。 MCS-51系列有4个I/O口： P0、P1、P2、P3； P0、P2口用于系统扩展； 只有P1和P3的部分口线供用户使用。 所以要进行扩展。,6.6.2 简单并行I/O接口的扩展,扩展的I/O口的特点： 与外部RAM统一编址，每个扩展的接口相当于一个扩展的外部RAM单元， 用MOVX指令访问。 扩展I/O接口所用芯片有两大类： （1）可编程I/O口芯片 （2）TTL、CMOS锁存器、三态门电路芯片，通过P0口扩展。,锁存器：74LS273 74LS244,74LS273使能引脚:CLK（0有效） 74LS244使能引脚:G（0有效）,WR=0且P2.0=0,对应写端口 RD=0且P2.0=0.对应读端口,端口地址： FEFFH P2.0=0,举例