安徽工程科技学院电气系单片机原理6.1概述及系统总线构造 51单片机的系统扩展:片内的资源还不能满足需要,还需外扩存储器和I
/O功能部件.51系统扩展结构如下图(外部的三总线结构)单片机系统扩展的首要问题是构造系统总线,然后再往系统总线上“挂”
存储器芯片或I/O接口芯片,“挂”存储器芯片就是存储器扩展,“挂”I/O接口芯片就是I/O扩展.受引脚数目的限制,P0口
数据线和低8位地址线复用.为了将它们分离出来,需要外加地址锁存器,从而构成与一般CPU相类似的片外三总线.地址锁存器一般采用74
LS373,扩展电路如下.1.以P0口作为低8位地址/数据总线.2.以P2口的口线作高位地址线.3.控制信号线： 使用A
LE信号作为低8位地址的锁存控制信号. 以PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号. 以EA信号作为内外程序存储器的
选择控制信号. 由RD(P3.7)和WR(P3.6)信号作为扩展RAM和I/O口的读选通、写选通信号.4.尽管MCS-
51有4个并行I/O口,共32条口线,但由于系统扩展需要,真正作为数据I/O使用的,就剩下P1口和P3口的部分口线.1.线选法:
直接利用系统的高位地址线作为存储器芯片(或I/O接口芯片)的片选信号.特点：简单明了,不需另外增加硬件电路.只适于外扩芯片不多,规
模不大的单片机系统优点:电路简单,不需要地址译码器硬件,体积小,成本低.缺点:可寻址的器件数目受到限制,地址空间不连续,
地址不唯一.例1:某一系统,需要外扩8kB的EPROM(2片2732),4KB的RAM(2片6
116),这些芯片与MCS-51单片机地址分配有关的地址线连线,电路如下图.(课本)采用的
是全地址译码方式,MCS-51单片机发地址码时,每次只能选中一个存储单元.这样,同类存储器之间根本不会产生地址重叠的问题.EPR
OM27128A扩展电路16k＝24210=214A0-A136.3.2数据存储器RAM的扩展6
.3.4EEPROM扩展电路(了解)2.总线驱动器总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲器
74LS244单向三态数据缓冲/驱动器单向的内部有8个三态驱动器,分成两组,分别由控制端1G和2G控制;
74LS245双向三态数据缓冲器双向的有16个三态驱动器,每个方向8个.在控制端G有效时,由DIR(direc
tion)端控制驱动方向:DIR为’1’时方向从左到右(输出允许),DIR为’0’时方向从右到左(输入允许).74LS244
WRITEENABLEOUTPUTENABLECHIPENABLEADDRESS例4：SRAM6264的扩展：
51单片机能提供16条地址线,可扩展64K字节的RAM.可以用一片芯片,也可以用多片RAM(辩证的看)89C516264锁
存器74LS373P0.0-P0.7ALEP2.7P2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D
7GEAOECE2RDWRWECE1+5V例5：系统共扩展了一片27512ROM,两片62256RAM
分析：27512为64KBEPROM,62256为32KBRAM.其地址为：U1：27512程序存贮器,地址为：0000H～
FFFFHU2：62256数据存贮器,地址为：0000H～7FFFH(P2.7=0)U3：62256数据存贮器,地址为：800
0H～FFFFH(P2.7=1)6.3.3ROM和RAM的联合扩展(重点)要求：根据地址画电路图;根据电路图
判断地址范围27512OEA15A8D7D0A7A0CEU162256OEWEA14
A8D7D0A7A0CEU262256OEWEA14A8D7D0A7A0C
EU38031P0ALEP2.7P2.0EGD7D0EAQ7Q0PSENWRRD74L
S373ROMRAM1RAM2EEPROM(ElectricalErasableROM)是一种电擦除可编程只读
存储器,其主要特点是能在计算机系统中进行在线修改,并能在断电的情况下保持修改的结果.因而在智能化仪器仪表、控制装置等领域得到普遍采
用.常用的并行EEPROM芯片：Intel2816(2K8BIT)、2817A(2K8BIT)、2864A(8K8B
IT)等.常用串行EEPROM芯片:24WC(二线制IIC)课本P16493LC系列(三线制)59C
系列(四线制)5LC系列(SPI总线)1.锁存器扩展在单片机的I/O口线不够用的情况下,可以借助外部
器件对I/O口进行扩展.可选用的器件很多,方案也有多种.6.4简单I/O扩展OEVCC1Q
8Q1D8D2D7D2Q7Q3Q
6Q3D6D4D5D4Q5QGND
G74LS373通常输出需要锁存,输入需要缓冲.但并非一成不变CLRVCC1Q
8Q1D8D2D7D2Q7Q3
Q6Q3D6D4D5D4Q5Q
GNDCLK74LS273OEVCC1Q8Q1D
8D2D7D2Q7Q3Q6Q3D
6D4D5D4Q5QGNDCLK74LS3
74地址锁存器的引脚和接口第6章MCS-51单片机存储器及扩展本讲重点：1.ROM和RAM的基本概
念;2.注意一些芯片的使用;3.片外RAM与片外ROM扩展(参考范例应用重点);4.简单I/O扩展(选用锁存器与驱动器);
6.1概述及系统总线构造 6.1.1几种存储器类型 6.1.2构造系统总线 6.1.3MCS-51单片机最
小应用系统 6.1.4单片机系统的串行扩展技术6.2读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器 6.2.1存储器扩展的读写
控制 6.2.2外部地址锁存器6.3存储器的扩展 6.3.1程序存储器EPROM的扩展 6.3.2数据存储器R
AM的扩展 6.3.3ROM和RAM的联合扩展 6.3.4DRAM动态数据存储器的扩展 6.3.5EEPROM扩展电路
6.4简单I/O扩展6.1.1几种存储器类型:RAM(RandomAccessMemory)数据存储器,存放
被控对象检测的数据(1)SRAM(StaticRAM) 静态存储器(常用)(2)DRAM(Dyna
micRAM) 动态存储器(需要刷新电路)ROM(ReadOnlyMemory) 程序存储器,存放应用程序(
1)MASKROM掩膜－制造芯片时,植入程序,大量生产(2)OTP(OneTimeProgrammable)
一次可编程ROM(3)EPROM(UV)(ErasableProgrammableROM)(2764-M276
4A) 用紫外线ultraviolet擦除的ROM(芯片中央有圆形的孔,几十分钟)(4)E2PROM—
—ElectricalErasableProgrammableROM 用电擦除的ROM,掉电保存(24LC256X28
16C)(5)FlashMemory闪速存储器(AT29C256)复习:89C51单片机存储器配置
MCS51单片机,程序存储器与数据存储器分别编址冯诺依曼结构8XC196/MSP430单片机,程序存储器与数据存储器统一编
址普林斯顿结构7FH=127,FFH=255,FFFH=4K,FFFFH=64K(看懂这张图)1.AB(Ad
dressBus)地址总线2.DB(DataBus)数据总线3.CB(Control
Bus)控制总线51单片机的RAM和ROM的最大扩展空间各为64KB(P2+P0=216).系统扩展首先要构造系统总线.
6.1.2构造系统总线6.1.3MCS-51单片机最小应用系统(MinimumApplicationSyst
em)1．8051/8751最小应用系统(如图6-1所示).由于集成度的限制,这种最小应用系统只能用作一些小型的控制单元.其应用
特点是：(1)全部I/O口线均可供用户使用.(2)内部存储器容量有限(只有4kB地址空间)(3)应用系统开发具有
特殊性.图6-18051/8751最小应用系统2.8031最小应用系统8031是片内无程序存储器(Romle
ss)的单片机芯片,因此,其最小应用系统应在片外扩展EPROM.图6-2为用8031外接程序存储器构成的最小系统.图6-28
031最小应用系统（少用）6.1.4单片机系统的串行扩展技术(重要了解)优点：串行接口器件体积小,与单片机
接口时需要的I/O口线很少(仅需3-4根),提高可靠性.串行扩展是通过串行接口实现的,这样可以减少芯片的封装引脚,
降低成本,简化了系统结构,增加了系统扩展的灵活性.为实现串行扩展,一些公司(例如PHILIPS和ATMEL公司等)已经推出了非总线
型单片机芯片,并且具有SPI(SerialPeriperalInterface)三线总线和I2C(InterICBUS)(
课本)公用双总线的两种串行总线形式.与此相配套,也推出了相应的串行外围接口芯片.6.2.1存储器地址空间分配M
CS-51发出的地址是用来选择某个存储器单元,要完成这种功能,必须进行两种选择：“片选”,某一“单元选择”.存储器空间分配除考虑
地址线连接外,还讨论各存储器芯片在整个存储空间中所占据的地址范围 常用的存储器地址分配的方法有两种： 线性选择法(简称线选法
) 地址译码法(简称译码法).6.2地址空间分配、外部地址锁存器和读写控制2732是4k字节的ROM,有12
根地址线A0～A11,它们分别与单片机的P0口及P2.0～P2.3口相连,,2732(1)的片选端CE接A15(P2.7),2
732(2)的片选端CE接A14(P2.6).当要选中某个芯片时,单片机P2口对应的片选信号引脚应为低电平,其它
引脚一定要为高电平——线性选择地址法,简称线选法.6116是2KB的RAM,需要11根地址线作为存储单元的选择,而
剩下的P2口线(P2.4～P2.5)正好作为片选线.D800H～DFFFH-110116116(
2)E800H～EFFFH-101116116(1)B000H～BFFFH-
11012732(2)7000H～7FFFH-11102732(1)
P0.7-P0.0P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A7-A0A8A9
A10A11A12A13A14A152.译码法最常用的译码器芯片：decoder74LS138(3-8译码
器)74LS139(双2-4译码器)74LS154(4-16译码器)完全可根据设计者的要求,产生片选信
号(GAL芯片实验用到)全译码：全部高位地址线都参加译码;部分译码：仅部分高位地址线参加译码.(1)74LS138(
3～8译码器)3-to-8-linedecoders译码功能如图所示.当译码器的输入为某一个编码时其输出就有一个固定的引
脚输出为低电平,其余的为高电平.(2)74LS139(双2-4译码器)TheDM74LS139comprisestwo
separatetwo-line-to-fourlinedecodersinasinglepackage.(3)
74LS1544-Lineto16-LineDecoder/Demultiplexer以74LS138为例,介绍如何进
行地址分配.例2.要扩8片8kB的RAM6264,如何通过74LS138把64KB空间分配给各个芯片？如果用74LS138把
64K空间全部划分为每块4KB,如何划分呢？6.2.2外部地址锁存器latch常用的地址锁存器芯片有:74LS373、
74LS573、8282等.1.锁存器74LS373(重点掌握)TRI-STATEOctalD-Type
TransparentLatchesandEdge-TriggeredFlip-Flops带有三态门的8D锁
存器,其引脚其内部结构如下图.G为数据打入端:当G为“1”时,锁存器输出状态(1Q～8Q)同输入状态(1D～8D);当G
由“1”变“0”时,数据打入锁存器中.引脚说明如下:D7～D0:8位数据输入线.Q7～Q0:8位数据输
出线.G/LE:数据输入锁存选通信号OE(OutputEnable):数据输出允许信号 6.2.3存储器扩展的
读写控制RAM芯片:读写控制引脚,记为OE和WE,与MCS-51的RD和WR
相连.ROM芯片:只能读出,故只有读出引脚,记为OE,该引脚与MCS-51的P
SEN相连.Note：一般是低电平有效6.3.1程序存储器EPROM的扩展单片机内部没有ROM,或虽有ROM但容
量太小时,必须扩展外部程序存储器方能工作.最常用的ROM器件是EPROM.如:(记忆)2764(8K)(2764.pdf)/27
128(16K)/27256(32K)1k=2106.3存储器的扩展VppVccA12
PGMA7NCA6A8A5
A9A4A11A3OEA2
A10A1CEA0D7D0
D6D1D5D2D4GND
D32764VppVccA12PG
MA7A13A6A8A5A9
A4A11A3OEA2A1
0A1CEA0D7D0D6
D1D5D2D4GNDD32
7128VppVccA12A14A7
A13A6A8A5A9A4
A11A3OEA2A10A1
CEA0D7D0D6D1
D5D2D4GNDD327256例3：EPROM276
4的扩展： 8k＝23210=213A0-A1251单片机能提供16条地址线,可扩展64K字节的ROM.可以用一
片EPROM,也可以用多片EPROM(辨证的看)单片机EPROM2764锁存器74LS373P0.0-P0.7ALE
PSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEGEPROM27
256A扩展电路32k＝25210=215A0-A14有时需要扩展外部数据存储器RAM方能工作(如数据
采集系统数据量较大,需要专设RAM或FlashRAM).最常用的RAM器件是SRAM.如:6116(2K)/6264(8K)
6264/62128(16K)/62128(128K)A7VccA6
A8A5A9A4WEA3
OEA2A10A1CEA0
D7D0D6D1D5D2
D4GNDD36116VppVccA12
WEA7A13A6A8A5A9A4A11A3OEA2A10A1CEA0D7D0D6D1D5D2D4GNDD362128VppVccA12WEA7CE2A6A8A5A9A4A11A3OEA2A10A1CE1A0D7D0D6D1D5D2D4GNDD36264 |
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