单片机课程-PPT版.ppt

1、第7 章 MCS-51 单片机系统扩展 教学目的与要求 1. 了解51 单片机扩展系统结构； 2. 掌握程序存储器和数据存储器的扩展方法。 教学重、难点 存储器的编址。,系统扩展是指在单片机外部连接相应的外围芯片，对单片机的功能进行扩展，以满足应用要求。单片机的系统扩展主要指程序存储器、数据存储器及并行I/O口的扩展。 7.1 MCS-51 扩展系统概述 MCS-51 单片机系统扩展主要包括存储器扩展和I/O 口的扩展，其扩展能力为： 程序存储器最多可扩展64KB； 数据存储器最多可扩展64KB。 利用“MOVX” 完成读写操作 7.1.1 MCS-51 扩展系统结构 MCS-51 单片机的扩

2、展系统结构如图7-1 所示。在扩展系统中采用3 总线结构， 即数据总线、地址总线和控制总线，各总线构成如下：,1. 数据总线 数据总线由MCS-51 单片机的P0 口提供，总线宽度为8 位，即D0D7。 2. 地址总线 地址总线由MCS-51 单片机的P0 口和P2 口提供，总线宽度为16 位。其中P0口提供低8 位地址线A0A7，P2 口提供高8 位地址线A8A15。P0 口既当数据线使用又当低8 位地址线使用，在访问外部存储器时，由于先送地址信号，后传送数据，为了保证地址信息不丢失，所以要使用地址锁存器（如74LS373）将P0 口传送的地址信息锁存起来。 3. 控制总线 控制总线由P3

3、口的P3.6（WR ）、P3.7（RD）及ALE、PSEN 和EA构成。,7.1.2 存储器及外部I/O 口的编址技术 所谓编址，就是使用系统提供的地址线，通过适当的连接，使存储器中的任一单元，或I/O 接口任意一个端口都惟一对应一个地址。存储器编址分为两步：存储器芯片的编址和芯片内部存储单元的编址。 芯片内部存储单元的编址由芯片内部的地址译码电路完成。 芯片的编址实际上就是如何产生片选信号。 在进行系统扩展时，通常把与芯片地址线相对应的地址线称为低端地址线，剩余的地址线称为高端地址线。进行芯片编址时只能使用高端地址线。 下面分别介绍目前比较常用的两种编址方法：线选法和译码法：,1. 线选法编

4、址 所谓线选法，就是直接用系统的高端地址线作为芯片的片选信号。因此，采用线选法只需把选定的高端地址线和芯片的片选端直接相连即可。 线选法的特点是连接简单，不必专门设计逻辑电路，但是地址空间的利用率较低，只能用于简单的系统扩展。 2. 译码法编址 所谓译码法，就是利用译码器对高端地址线进行译码，译出的信号作为芯片的片选信号，用低端地址线选择芯片的片内地址。这种方法适用于大容量、多芯片存储器扩展，也适用于其他外围芯片的扩展。常用的译码器芯片有74LS139（双24 译码器）、74LS138（38 译码器）等。下面分别介绍这两种译码芯片。,1G VCC 1A 2G 1B 2A 1Y0 2B 1Y1

5、2Y0 1Y2 2Y1 1Y3 2Y2 GND 2Y3 74LS139,A VCC B Y0 C Y1 E1 Y2 E2 Y3 E3 Y4 Y7 Y5 GND Y6 74LS138,7.2 程序存储器扩展 当单片机内部的程序存储器容量不足或者采用内部没有程序存储器的单片机时，就需要扩展程序存储器或者数据存储器，扩展的容量可视应用系统的需要而定。 7.2.1 常用程序存储器芯片 MCS-51 单片机所扩展的程序存储器有两类： 1. EPROM 存储器 常用的EPROM 为27xx 系列，如2716、2732、2764、27128、27256、27512 等。 27 后面的数字表示芯片的容量，用字

6、数（K）与每个字的位数的乘积表示。如2716表示该芯片为2K8 位的EPROM、2732 位4K8 位的EPROM。,2. E2PROM 存储器 常用的E2PROM 为28xx 系列，如：2816、2864A 等。28 后面的数字表示芯片的容量，其意义同27xx 系列EPROM。 28xx 系列E2PROM 也有3 类引脚，其中地址引脚和数据引脚的个数及表示形式同27xx 系列EPROM。 28xx 系列E2PROM 的控制引脚有：读引脚OE 、写引脚WR 、片选引脚CE 、电源引脚Vcc 和GND。 7.2.2 程序存储器的扩展 程序存储器的扩展方法比较简单，硬件连接形式固定，基本上无技术可

7、言。具体连接方法为：,(1) 低8 位地址引脚的连接 EPROM 或E2PROM 的低8 位地址引脚A0A7 对应与地址锁存器74LS373 的Q0Q7 相连（74LS373 的D0D7 连接P0.0P0.7）。 (2) 高8 位地址引脚的连接 EPROM 或E2PROM 的高位地址引脚A8An-1 直接与MCS-51 的P2.0P2.n-9 对应相连。 (3) 数据引脚的连接 EPROM 或E2PROM 的数据引脚D0D7 直接与MCS-51 的P0.0P0.7 对应相连。 (4) 读写控制引脚的连接 EPROM 或E2PROM 的OE 引脚直接与MCS-51 的PSEN 端相连；E2PRO

8、M 的WR 引脚直接接Vcc（程序只能读）。 (5) 片选控制引脚的连接 EPROM 或E2PROM 的片选引脚CE 可直接与MCS-51 未用的P2 口的一个口线相连（采用线选法），也可与地址译码器的一个输出端相连（译码法）。,程序存储器扩展的原则： 要扩展程序存储器，一般选择内部无程序存储器的单片机，如8031 或80C31等。 要扩展程序存储器，一般选择容量较大的芯片，保证在一个系统内只有一个程序存储器。因为不同容量的EPROM 或EEPROM 价格相差寥寥，且芯片越少，总成本越低，体积越小，更能适应单片机的嵌入式应用要求。 如果在无ROM 的单片机外部扩展程序存储器，所扩展的程序存储器

9、地址范围必须从0000H 开始，并使EA 接地；如果在有ROM 的单片机外部扩展程序存储器， 所扩展的程序存储器的地址范围要与内部ROM 连续，并使EA 接高电平。,1. EPROM 程序存储器扩展举例 【例7-1】用线选法在8031 单片机外部扩展一片2764 EPROM,假设P2 口内未用的高位地址线P2.5、P2.6 为“0”状态，则该2764 芯片所占的 地址空间为： 最低地址： A15A14A13A12A11A10A9A8 A7A6A5A4A3A2A1A0 =0000 0000 0000 0000B =0000H 最高地址： A15A14A13A12A11A10A9A8 A7A6A5

10、A4A3A2A1A0 =0001 1111 1111 1111B =1FFFH,2. E2PROM 作为程序存储器的扩展 【例7-2】用地址译码法在8031 单片机外部扩展一片2864A E2PROM,因为当译码器的Y0 有效时，CBA 必须输入为000B，所以该2864A 芯片所占地 址空间为： 最低地址： A15A14A13A12A11A10A9A8 A7A6A5A4A3A2A1A0 =0000 0000 0000 0000B =0000H 最高地址： A15A14A13A12A11A10A9A8 A7A6A5A4A3A2A1A0 =0001 1111 1111 1111B =1FFFH,

11、7.3 数据存储器的扩展 在MCS-51 系列单片机中，片内数据存储器的容量一般为128256 字节，当数据量较大时，就需要在片外扩展数据存储器RAM，扩展容量最大可达64K 字节。 7.3.1 常用数据存储器芯片 MCS-51 扩展的数据存储器有61xx 和62xx 系列RAM及28xx 系列E2PROM。61xx与62xx 后面数字表示芯片的容量，其意义与27xx 系列EPROM 相同。 61xx 与62xx 系列芯片兼容，与27xx 系列EPROM 引脚排列基本兼容，也包括3类引脚。其中地址引脚和数据引脚的个数及表示形式同27xx 系列EPROM。 61xx 与62xx 系列RAM 的控

12、制引脚有：读引脚OE 、写引脚WR 、片选引脚CE 、电源引脚VCC 和GND。,7.3.2 数据存储器扩展 不同之处：OE与51的RD相连，写引脚WR与51的WR相连。 MOVX A,Ri MOVX A,DPTR MOVX Ri, A MOVX DPTR ,A,1. RAM 芯片的扩展举例 【例6-3】使用6116 芯片，在AT89C51 单片机（与MCS51 兼容）的外部扩展2KB的数据存储器，要求所扩展RAM 的地址范围为0000H07FFH。 解：假设未用的高端地址线为“0”状态，则该芯片占用的地址空间为：0000H07FFH。,2. E2PROM 作为程序存储器及数据存储器的扩展 【

13、例7-4】在8031 单片机的外部扩展一片2864A，使其既可当作程序存储器使用，又可当作数据存储器使用。 解：2864A 的片选引脚与8031 的P2.5 相连，表示当A13 为低电平时选中该芯片，因此2864A 的地址范围是0000H1FFFH。,7.4 I/O 口的扩展 7.4.1 简单的I/O 口扩展 采用TTL 或CMOS 锁存器、三态门作为I/O 口扩展芯片，具有电路简单、成本低、配置灵活等优点，是单片机应用系统中经常采用的方法。 能够作为输入接口使用的芯片有74LS244 和74LS245 等；能够当作输出接口使用的芯片有74LS273、74LS373、74LS377、74LS5

14、73 等。 图7-8 是采用74LS273 作为输出扩展、4LS244 作为输入扩展的简单I/O 扩展电路。,对于图7-8，如果需要实现的功能是按下任一按键时，对应的LED 发光，可编程如下： LOOP: MOV DPTR, #0FEFFH ;数据指针指向扩展I/O 口地址 MOVX A, DPTR ;从74LS244 读入数据，检测按键 MOVX DPTR, A ;向74LS273 输出数据，驱动LED AJMP LOOP ;循环 7.4.2 8155 可编程I/O 接口扩展 8155 是一种多功能的通用可编程接口芯片，它具有3 个可编程I/O 端口（PA 和PB 是8 位口，PC 是6 位口），1 个14 位可编程定时器和256 字节的静态RAM，能方便与MCS-51 系列单片机连接。,2. 8155 与MCS-51 单片机的连接 8155 可以直接和MCS-