第7章-MCS-51单片机系统功能的扩展.ppt

第第7章章 MCS-51单片机系统功能的扩展单片机系统功能的扩展 7.1 系统扩展概述系统扩展概述 7.2 常用扩展器件简介常用扩展器件简介 7.3 存储器的扩展存储器的扩展 7.4 并行并行I/O口扩展口扩展 7.5 用串行口扩展并行用串行口扩展并行I/O口口 第第7章章 MCS-51单片机系统功能的扩展单片机系统功能的扩展 51单片机的功能较强，在智能仪器仪表、家用电单片机的功能较强，在智能仪器仪表、家用电器、小型检测及控制系统中直接使用自身功能就可满器、小型检测及控制系统中直接使用自身功能就可满足要求，所以使用极为方便。足要求，所以使用极为方便。但对于一些较大的应用系统来说，它毕竟是一块但对于一些较大的应用系统来说，它毕竟是一块集成电路芯片，其内部功能则略显不足，这时就需要集成电路芯片，其内部功能则略显不足，这时就需要在片外扩展一些外围功能芯片。在在片外扩展一些外围功能芯片。在51单片机外围可扩单片机外围可扩展存储器芯片、展存储器芯片、I/O接口芯片以及其他功能芯片。接口芯片以及其他功能芯片。最小应用系统最小应用系统 最小系统是指一个真正最小系统是指一个真正可用的可用的单片机单片机最小配置系统最小配置系统。对于片内带有程序存储器的单片机（如对于片内带有程序存储器的单片机（如80C51、87C51），），只要在芯片上外接只要在芯片上外接时钟电路时钟电路和和复位电路复位电路，就可以实现真正可用，就可以实现真正可用，这就是一个最小系统，如下页图这就是一个最小系统，如下页图(a)所示。所示。对于片内不含程序存储器的单片机（如对于片内不含程序存储器的单片机（如80C31），除了在），除了在芯片上外接时钟电路和复位电路外，还需芯片上外接时钟电路和复位电路外，还需外部扩展程序存储器外部扩展程序存储器，这样才能构成一个最小系统，如下页图这样才能构成一个最小系统，如下页图(b)所示。所示。7.1 系统扩展概述系统扩展概述 最小应用系统最小应用系统 7.1 系统扩展概述系统扩展概述 单片机系统扩展的内容和方法单片机系统扩展的内容和方法 单片机的三总线结构单片机的三总线结构7.1 系统扩展概述系统扩展概述 单片机系统扩展的内容和方法单片机系统扩展的内容和方法 单片机的三总线结构单片机的三总线结构 三总线结构能够方便地实现单片机与各种扩展芯片的连接。三总线结构能够方便地实现单片机与各种扩展芯片的连接。三总线引脚组成如下：三总线引脚组成如下：（1）地址总线地址总线。由。由 P2 口口提供提供高高 8 位位地址线，自身具有地地址线，自身具有地址输出锁存功能；由址输出锁存功能；由 P0 口口提供提供低低 8 位位地址线。由于地址线。由于 P0 口分时口分时复用为地址复用为地址/数据线，因而为保持地址信息在访问存储器期间一数据线，因而为保持地址信息在访问存储器期间一直有效，需要加入直有效，需要加入地址锁存器地址锁存器以锁存低以锁存低 8 位地址信息，位地址信息，ALE信信号正脉冲的下降沿实现锁存。号正脉冲的下降沿实现锁存。7.1 系统扩展概述系统扩展概述 单片机系统扩展的内容和方法单片机系统扩展的内容和方法 单片机的三总线结构单片机的三总线结构 三总线结构能够方便地实现单片机与各种扩展芯片的连接。三总线结构能够方便地实现单片机与各种扩展芯片的连接。三总线引脚组成如下：三总线引脚组成如下：（2）数据总线数据总线。由。由 P0 口提供，此口为准双向、输入三态口提供，此口为准双向、输入三态控制的控制的 8 位数据输入位数据输入/输出口。输出口。（3）控制总线控制总线。PSEN 用于访问片外程序存储器；用于访问片外程序存储器；RD、WR信号用于片外数据存储器的读、写控制。信号用于片外数据存储器的读、写控制。7.1 系统扩展概述系统扩展概述 单片机系统扩展的内容和方法单片机系统扩展的内容和方法 系统扩展的内容与方法系统扩展的内容与方法 （1）系统的扩展一般包括：外部程序存储器的扩展、外部）系统的扩展一般包括：外部程序存储器的扩展、外部数据存储器的扩展、输入数据存储器的扩展、输入/输出接口的扩展、管理功能器件的扩输出接口的扩展、管理功能器件的扩展（如定时器展（如定时器/计数器、键盘计数器、键盘/显示器、中断优先级编码器等）。显示器、中断优先级编码器等）。（2）系统扩展的基本方法：）系统扩展的基本方法：一般来讲，所有与计算机连接的扩展芯片的外部引脚都可一般来讲，所有与计算机连接的扩展芯片的外部引脚都可以归属为三总线结构。扩展连接的一般方法实际上是与三总线以归属为三总线结构。扩展连接的一般方法实际上是与三总线对接。要求能确保单片机和扩展芯片之间协调一致地工作，即对接。要求能确保单片机和扩展芯片之间协调一致地工作，即要共同满足其工作时序。要共同满足其工作时序。7.1 系统扩展概述系统扩展概述 8D 锁存器锁存器74LS373 74LS373 是带输出三态门的是带输出三态门的 8 位存储器，其结构如下：位存储器，其结构如下：其中：其中：1D8D为为 8 个输入端；个输入端；1Q8Q为为 8 个输出端；个输出端；G为数据锁存控制端，当为数据锁存控制端，当 G 为为“1”时，锁存器输出等同于输入时，锁存器输出等同于输入端；当端；当 G 由由“1”变为变为“0”时，数据输入锁存器中。时，数据输入锁存器中。OE 端为端为允许输出端。允许输出端。7.2 常用常用扩展器件简介扩展器件简介 8D 锁存器锁存器74LS373 在在51单片机中，常采用单片机中，常采用74LS373 作为地址锁存器，常用的作为地址锁存器，常用的连接方法如下图所示。其中输入端连接方法如下图所示。其中输入端 1D8D 接至单片机接至单片机 P0 口；口；输出端提供的是低输出端提供的是低 8 位地址线；位地址线；G 端接至单片机地址锁存信号端接至单片机地址锁存信号ALE。输出允许端。输出允许端 OE 接地，可使输出三态门一直处于打开状接地，可使输出三态门一直处于打开状态。态。7.2 常用常用扩展器件简介扩展器件简介 74LS244和和74LS245芯片芯片 74LS244 和和74LS245 常用作总线驱动器，也可作三态数据常用作总线驱动器，也可作三态数据缓冲器。缓冲器。74LS244 为单向驱动器或数据缓冲器，其内部结构如为单向驱动器或数据缓冲器，其内部结构如下。它由下。它由 8 个三态门构成，分为两组，分别由个三态门构成，分为两组，分别由 1G 和和 2G 控制。控制。7.2 常用常用扩展器件简介扩展器件简介 74LS244和和74LS245芯片芯片 74LS245 为双向驱动器，它由为双向驱动器，它由 16 个三态门构成，每个方个三态门构成，每个方向向 8 个。控制端个。控制端 G 低电平有效时，由低电平有效时，由 DIR 端控制数据的传输端控制数据的传输方向。方向。DIR 为为“1”，数据从左向右传送；，数据从左向右传送；DIR为为“0”，数据，数据从右向左传送。从右向左传送。74LS245 内部结构如下。内部结构如下。7.2 常用常用扩展器件简介扩展器件简介 74LS244芯片的应用芯片的应用 当当 P2 口需增加驱动能力时，可使用单向驱动器口需增加驱动能力时，可使用单向驱动器 74LS244，其接线图如下。控制端，其接线图如下。控制端 1G 和和 2G 均接地，使均接地，使 8 个三态门均个三态门均处于打开状态。处于打开状态。作用：增加总线驱动能力。作用：增加总线驱动能力。7.2 常用常用扩展器件简介扩展器件简介 74LS245芯片的应用芯片的应用 当单片机当单片机 P0 口需要增加驱动能力时，可使用双向驱动器口需要增加驱动能力时，可使用双向驱动器74LS245，接线如下所示。注意：从片外读取数据时，需要将，接线如下所示。注意：从片外读取数据时，需要将DIR设为设为“0”；当向片外写数据时，；当向片外写数据时，DIR应为应为“1”。7.2 常用常用扩展器件简介扩展器件简介 3-8译码器译码器74LS138 3-8译码器译码器 74LS138 是一种常用的地址译码器芯片，其引是一种常用的地址译码器芯片，其引脚图如下。脚图如下。G1、G2A、G2B为为3个控制端，只有当个控制端，只有当G1 为为“1”、G2A、G2B均为均为“0”时，译码器才能译码输出。时，译码器才能译码输出。7.2 常用常用扩展器件简介扩展器件简介 3-8译码器译码器74LS138的译码逻辑关系的译码逻辑关系 7.2 常用常用扩展器件简介扩展器件简介CBA译码输出译码输出000Y0001Y1010Y2011Y3100Y4101Y5110Y6111Y7 存储器扩展概述存储器扩展概述 51单片机的扩展能力单片机的扩展能力 根据根据MCS-51单片机地址总线的条数（单片机地址总线的条数（16位），在片外可位），在片外可扩展的存储器最大容量为扩展的存储器最大容量为64KB，地址范围为，地址范围为0000HFFFFH。因为因为MCS-51单片机对片外程序存储器和数据存储器的操单片机对片外程序存储器和数据存储器的操作使用不同的指令和控制信号，所以允许两者的作使用不同的指令和控制信号，所以允许两者的地址空间重叠地址空间重叠，故片外可扩展的程序存储器与数据存储器分别为故片外可扩展的程序存储器与数据存储器分别为 64KB。为了配置外围设备，将需要扩展的为了配置外围设备，将需要扩展的 I/O 口口与与片外片外数据存储数据存储器器统一编址统一编址，即占据相同的地址空间。因此，片外数据存储器，即占据相同的地址空间。因此，片外数据存储器连同连同 I/O 口一起总的扩展容量为口一起总的扩展容量为 64KB。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展概述存储器扩展概述 扩展的一般方法扩展的一般方法 存储器除按读写特性不同可分为存储器除按读写特性不同可分为程序存储器程序存储器和和数据存储器数据存储器外，每种存储器还有不同的种类。程序存储器又可分为掩膜外，每种存储器还有不同的种类。程序存储器又可分为掩膜ROM、可编程、可编程 ROM（PROM）、可擦除）、可擦除ROM（EPROM或或EEPROM）；数据存储器又可分为静态）；数据存储器又可分为静态 RAM 和动态和动态 RAM。因此，存储器芯片有多种。即使是同一种类的存储器芯片，因此，存储器芯片有多种。即使是同一种类的存储器芯片，容量的不同，其引脚数目也不同。尽管如此，存储器芯片与单容量的不同，其引脚数目也不同。尽管如此，存储器芯片与单片机扩展连接具有共同的规律。不论何种存储器芯片，其引脚片机扩展连接具有共同的规律。不论何种存储器芯片，其引脚都呈都呈三总线结构三总线结构，与单片机连接都是三总线对接。另外，电源，与单片机连接都是三总线对接。另外，电源线应接对应的电源线上。线应接对应的电源线上。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展概述存储器扩展概述 扩展的一般方法扩展的一般方法 存储器芯片的存储器芯片的控制线控制线：对于程序存储器，一般来说，具有：对于程序存储器，一般来说，具有读操作控制线（读操作控制线（OE），它与单片机的），它与单片机的PSEN信号线相连。除此信号线相连。除此之外，对于之外，对于 EPROM 芯片还有编程脉冲输入线（芯片还有编程脉冲输入线（PRG）、编程）、编程状态线（状态线（READY/BUSY）。）。PRG 应与单片机在编程方式下的应与单片机在编程方式下的编程脉冲输出线相接；编程脉冲输出线相接；READY/BUSY 在单片机查询输入在单片机查询输入/输出输出方式下，可与一根方式下，可与一根 I/O 口线相接；在单片机中断工作方式下，口线相接；在单片机中断工作方式下，可与一个外部中断信号输入线相接。可与一个外部中断信号输入线相接。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展概述存储器扩展概述 扩展的一般方法扩展的一般方法 存储器芯片的存储器芯片的数据线数据线：数据线的数目由芯片的字长决定。：数据线的数目由芯片的字长决定。1 位字长的芯片数据线有一根；位字长的芯片数据线有一根；4 位字长的芯片数据线有位字长的芯片数据线有 4 根；根；8 位字长的芯片数据线有位字长的芯片数据线有 8 根；存储器芯片的数据线与单片机根；存储器芯片的数据线与单片机的数据总线（的数据总线（P0.0P0.7）按）按由低位到高位由低位到高位的顺序的顺序顺次相接顺次相接。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展概述存储器扩展概述 扩展的一般方法扩展的一般方法 存储器芯片的存储器芯片的地址线地址线：地址线的数目由芯片的容量决定。：地址线的数目由芯片的容量决定。容量（容量（Q）与地址线数目（）与地址线数目（N）满足下列关系式：）满足下列关系式：Q=2N 存储器芯片的地址线与单片机的地址总线（存储器芯片的地址线与单片机的地址总线（A0A15）按）按由低位到高位由低位到高位的顺序的顺序顺次相接顺次相接。一般来说，存储器芯片的地址。一般来说，存储器芯片的地址线数目总是少于单片机地址总线的数目，如此相接后，单片机线数目总是少于单片机地址总线的数目，如此相接后，单片机的高位地址线总有剩余。剩余地址线一般作为的高位地址线总有剩余。剩余地址线一般作为译码线译码线，译码输，译码输出信号与存储器芯片的出信号与存储器芯片的片选信号片选信号线相连。线相连。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展概述存储器扩展概述 扩展的一般方法扩展的一般方法 存储器芯片有一根或几根片选信号线。存储器芯片被访问存储器芯片有一根或几根片选信号线。存储器芯片被访问时，时，片选信号片选信号必须有效，即选中存储器芯片。片选信号线与单必须有效，即选中存储器芯片。片选信号线与单片机系统的译码输出相接后，就决定了存储器芯片在单片机内片机系统的译码输出相接后，就决定了存储器芯片在单片机内部的地址范围。部的地址范围。因此，单片机的因此，单片机的剩余高位地址线剩余高位地址线的译码及译码输出与存储的译码及译码输出与存储器芯片的片选信号线的连接，是存储器扩展连接的关键问题。器芯片的片选信号线的连接，是存储器扩展连接的关键问题。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展的译码方式存储器扩展的译码方式 部分译码方式部分译码方式 所谓部分译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地所谓部分译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后，剩余的高位地址线仅使用一部分参加译码。址线顺次相接后，剩余的高位地址线仅使用一部分参加译码。参加译码参加译码的地址线对于选中某一存储器芯片有一个确定的状态，的地址线对于选中某一存储器芯片有一个确定的状态，而而不参加译码不参加译码的地址线与芯片的选取无关。也就是说，对某一的地址线与芯片的选取无关。也就是说，对某一存储器芯片，只需参加译码的地址线处于特定状态，而不参加存储器芯片，只需参加译码的地址线处于特定状态，而不参加译码的地址线可以处于任意状态。译码的地址线可以处于任意状态。因此，部分译码方式将会导致同一存储单元具有多个不同因此，部分译码方式将会导致同一存储单元具有多个不同的地址，造成存储器芯片的地址，造成存储器芯片地址空间地址空间的的浪费浪费。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展的译码方式存储器扩展的译码方式 部分译码方式部分译码方式 部分译码的一种特例是部分译码的一种特例是线译码线译码。所谓线译码就是直接用一。所谓线译码就是直接用一根口线与存储器芯片的片选端相连。线译码是最简单的一种译根口线与存储器芯片的片选端相连。线译码是最简单的一种译码方式，但会造成地址空间的严重浪费，当片外需要扩展的芯码方式，但会造成地址空间的严重浪费，当片外需要扩展的芯片数量较多时不宜采用。片数量较多时不宜采用。在设计存储器扩展连接电路或者分析已有连接电路以确定在设计存储器扩展连接电路或者分析已有连接电路以确定存储器地址范围时，通常可采用存储器地址范围时，通常可采用地址译码关系图地址译码关系图。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展的译码方式存储器扩展的译码方式 部分译码方式部分译码方式 假设某一假设某一2KB存储器芯片译码扩展系统具有如下图所示的存储器芯片译码扩展系统具有如下图所示的译码地址线，试分析其地址范围。译码地址线，试分析其地址范围。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展的译码方式存储器扩展的译码方式 部分译码方式部分译码方式 图中与存储器芯片连接的低图中与存储器芯片连接的低 11 位地址线的地址范围为全位地址线的地址范围为全“0”全全“1”。高。高 5 位地址中，参加译码的位地址中，参加译码的 4 根地址线的状态根地址线的状态是唯一确定的；不参加译码的是唯一确定的；不参加译码的 A15 位地址线有两种状态都可以位地址线有两种状态都可以选中该存储器芯片。选中该存储器芯片。当当 A15=0 时，占用的地址是：时，占用的地址是：0010 0000 0000 00000010 0111 1111 1111，即：，即：2000H2FFFH。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展的译码方式存储器扩展的译码方式 部分译码方式部分译码方式 图中与存储器芯片连接的低图中与存储器芯片连接的低 11 位地址线的地址范围为全位地址线的地址范围为全“0”全全“1”。高。高 5 位地址中，参加译码的位地址中，参加译码的 4 根地址线的状根地址线的状态是唯一确定的；不参加译码的态是唯一确定的；不参加译码的 A15 位地址线有两种状态都可位地址线有两种状态都可以选中该存储器芯片。以选中该存储器芯片。当当 A15=1 时，占用的地址是：时，占用的地址是：1010 0000 0000 00001010 0111 1111 1111，即：，即：A000HAFFFH。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展的译码方式存储器扩展的译码方式 部分译码方式部分译码方式 可见，对芯片进行译码时，若有可见，对芯片进行译码时，若有 N 条高位地址线不参加译条高位地址线不参加译码，则有码，则有 2N 个个重复定义重复定义的地址范围。这些的地址范围。这些重复定义重复定义的地址范围的地址范围中真正能存储信息的只有一个，其余仅是占据了系统的地址空中真正能存储信息的只有一个，其余仅是占据了系统的地址空间，因而造成了地址空间的间，因而造成了地址空间的浪费浪费。这是部分译码的缺点，但其。这是部分译码的缺点，但其优点是译码电路相对简单。优点是译码电路相对简单。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展的译码方式存储器扩展的译码方式 全译码方式全译码方式 所谓全译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址所谓全译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后，剩余的高位地址线线顺次相接后，剩余的高位地址线全部参加译码全部参加译码。这种译码方。这种译码方式下存储器芯片的地址空间是唯一确定的，但译码电路相对复式下存储器芯片的地址空间是唯一确定的，但译码电路相对复杂。杂。部分译码和全译码这两种译码方式在单片机扩展系统中都部分译码和全译码这两种译码方式在单片机扩展系统中都有应用。在扩展存储器（包括有应用。在扩展存储器（包括 I/O 口）容量不大的情况下，选口）容量不大的情况下，选择部分译码，译码电路简单，可降低成本。择部分译码，译码电路简单，可降低成本。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 存储器扩展时所需芯片数目的确定存储器扩展时所需芯片数目的确定 若所选存储器芯片的字长若所选存储器芯片的字长大于或等于大于或等于单片机的字长，则只单片机的字长，则只需扩展地址空间容量。所需芯片数目按下式确定：需扩展地址空间容量。所需芯片数目按下式确定：若所选存储器芯片的字长与单片机字长不一致（小于），若所选存储器芯片的字长与单片机字长不一致（小于），则不仅需扩展地址空间容量，还需进行字长的扩展。所需芯片则不仅需扩展地址空间容量，还需进行字长的扩展。所需芯片数目按下式确定：数目按下式确定：7.3 存储器的存储器的扩展扩展 程序存储器的扩展程序存储器的扩展 常用的常用的EPROM芯片芯片7.3 存储器的存储器的扩展扩展 程序存储器的扩展程序存储器的扩展 常用的常用的EPROM芯片芯片 2716 是常用是常用EPROM芯片中容量最小的，有芯片中容量最小的，有24条引脚。其条引脚。其中中3根电源线（根电源线（Vcc、Vpp、GND）、）、11根地址线（根地址线（A0A10）、）、8 根数据输出线（根数据输出线（O0O7）、片选端、片选端 CE、输出允许端、输出允许端 OE。Vpp 为编程电源端，正常工作时可接至为编程电源端，正常工作时可接至+5V。大容量的大容量的EPROM芯片有芯片有2732、2764、27128 和和 27256，它，它们的引脚功能与们的引脚功能与 2716 基本类似。基本类似。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 程序存储器扩展举例程序存储器扩展举例 不用片外译码器的程序存储器扩展不用片外译码器的程序存储器扩展 例例1：试用：试用EPROM 2764 构成构成 8031 的最小系统。的最小系统。2764 是是8K8 位的程序存储器，芯片的地址线引脚线有位的程序存储器，芯片的地址线引脚线有13条，条，顺次和单片机的地址线顺次和单片机的地址线A0A12相接。由于不采用地址译码器，相接。由于不采用地址译码器，所以高所以高 3 位地址线位地址线A13、A14、A15不接，故有不接，故有 23=8 个个重复定重复定义义的的 8KB 地址空间。因只用一片地址空间。因只用一片2764，其片选信号，其片选信号 CE 可直接可直接接地（常有效）。输出允许端接地（常有效）。输出允许端 OE 与单片机程序存储器读信号与单片机程序存储器读信号 PSEN 相连。其连接电路如图相连。其连接电路如图 4.11 所示。所示。7.3 存储器的存储器的扩展扩展7.3 存储器的存储器的扩展扩展 程序存储器扩展举例程序存储器扩展举例 例例1：用：用EPROM 2764构成构成8031的最小系统。的最小系统。图中的图中的8个重复定义（分配）的地址范围分别为：个重复定义（分配）的地址范围分别为：7.3 存储器的存储器的扩展扩展二进制地址范围二进制地址范围十六进制地址范围十六进制地址范围0000 0000 0000 0000 0001 1111 1111 11110000H 1FFFH0010 0000 0000 0000 0011 1111 1111 11112000H 3FFFH0100 0000 0000 0000 0101 1111 1111 11114000H 5FFFH0110 0000 0000 0000 0111 1111 1111 11116000H 7FFFH1000 0000 0000 0000 1001 1111 1111 11118000H 9FFFH1010 0000 0000 0000 1011 1111 1111 1111A000H BFFFH1100 0000 0000 0000 1101 1111 1111 1111C000H DFFFH1110 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111E000H FFFFH 程序存储器扩展举例程序存储器扩展举例 采用线选法的多片程序存储器扩展采用线选法的多片程序存储器扩展 例例2：使用两片：使用两片2764扩展扩展16KB的程序存储器，采用线选法选的程序存储器，采用线选法选中芯片。扩展连接图如图中芯片。扩展连接图如图4.12所示。以所示。以P2.7作为片选，当作为片选，当P2.7=0时，选中时，选中2764(1)；当；当P2.7=1时，选中时，选中2764(2)。因两根地。因两根地址线（址线（A13、A14）未用，故两个芯片各有）未用，故两个芯片各有 22=4 个重复定义的个重复定义的地址空间。地址空间。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 程序存储器扩展举例程序存储器扩展举例 例例2：扩展连接图。：扩展连接图。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 程序存储器扩展举例程序存储器扩展举例 例例2：各：各2764芯片地址范围。芯片地址范围。7.3 存储器的存储器的扩展扩展芯片编芯片编号号二进制地址范围二进制地址范围十六进制地址范围十六进制地址范围2764(1)0000 0000 0000 0000 0001 1111 1111 11110000H 1FFFH0010 0000 0000 0000 0011 1111 1111 11112000H 3FFFH0100 0000 0000 0000 0101 1111 1111 11114000H 5FFFH0110 0000 0000 0000 0111 1111 1111 11116000H 7FFFH2764(2)1000 0000 0000 0000 1001 1111 1111 11118000H 9FFFH1010 0000 0000 0000 1011 1111 1111 1111A000H BFFFH1100 0000 0000 0000 1101 1111 1111 1111C000H DFFFH1110 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111E000H FFFFH 程序存储器扩展举例程序存储器扩展举例 采用地址译码器的多片程序存储器扩展采用地址译码器的多片程序存储器扩展 例例3：要求用：要求用2764 芯片扩展芯片扩展 8031 的片外程序存储器，分配的的片外程序存储器，分配的地址范围为地址范围为 0000H3FFFH。分析如下：。分析如下：要求的地址空间是唯一确定的，所以应采用全译码方法。要求的地址空间是唯一确定的，所以应采用全译码方法。由地址范围知：需扩展的容量为由地址范围知：需扩展的容量为3FFFH-0000H+1=4000H，即，即16KB 空间，空间，2764 为为 8K8 位，故需要两片。位，故需要两片。第第1片的地址范围应为片的地址范围应为0000H1FFFH；第；第2片的地址范围片的地址范围应为应为2000H3FFFH。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 程序存储器扩展举例程序存储器扩展举例 例例3：由地址范围确定译码器的连接。为此可得译码关系图：由地址范围确定译码器的连接。为此可得译码关系图如下：如下：所以可选用所以可选用74LS138 作为译码器，其中作为译码器，其中输出端输出端 Y0 接至第接至第一片一片2764的片选端；的片选端；Y1 接至第二片接至第二片2764的片选端上。扩展连的片选端上。扩展连接图见下页所示。接图见下页所示。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 程序存储器扩展举例程序存储器扩展举例 例例3：扩展连接图。：扩展连接图。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 程序存储器扩展举例程序存储器扩展举例 例例4：将：将 ROM 中从中从 1000H 地址开始的存储器内容转存到地址开始的存储器内容转存到外部外部 RAM 存储器中。存储器中。C 程序如下：程序如下：#include#include#define uchar unsigned char void main()uchar i;for(i=0;i32;i+)XBYTE i+0 x1000 =CBYTE i+0 x1000;while(1);7.3 存储器的存储器的扩展扩展 数据存储器的扩展数据存储器的扩展 常用的数据存储器芯片常用的数据存储器芯片 常用的静态数据存储器芯片有常用的静态数据存储器芯片有2114(1K4)、6116(2K8)、6264(8K8)，引脚图如下页。数据存储器的，引脚图如下页。数据存储器的 OE、WE 信号线信号线分别为输出允许端和写允许控制端。分别为输出允许端和写允许控制端。2114 只有一个读只有一个读/写控制端写控制端 WE，当，当 WE=0 时，是写允许；时，是写允许；当当 WE=1 时，是输出允许。时，是输出允许。6264 有两个片选端有两个片选端 CE1、CE2，两者均为低电平时才能选，两者均为低电平时才能选中该芯片。中该芯片。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 数据存储器的扩展数据存储器的扩展 常用的数据存储器芯片常用的数据存储器芯片 7.3 存储器的存储器的扩展扩展 数据存储器的扩展数据存储器的扩展 常用的数据存储器芯片常用的数据存储器芯片 动态动态 RAM 虽然集成度高、成本低、功耗小，但需要刷新虽然集成度高、成本低、功耗小，但需要刷新电路，在单片机扩展中不如静态电路，在单片机扩展中不如静态 RAM 方便，所以目前单片机方便，所以目前单片机数据存储器扩展时仍以静态数据存储器扩展时仍以静态 RAM 芯片为主。然而，现在的动芯片为主。然而，现在的动态随机存储器态随机存储器 iRAM 的刷新电路一并集成在芯片内，扩展使用的刷新电路一并集成在芯片内，扩展使用时与静态时与静态 RAM 一样方便。一样方便。常用的常用的 iRAM 芯片有芯片有2186、2187，它们都是，它们都是 8K8 位存储位存储器，引脚见下页图。器，引脚见下页图。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 数据存储器的扩展数据存储器的扩展 常用的数据存储器芯片常用的数据存储器芯片 7.3 存储器的存储器的扩展扩展 数据存储器扩展举例数据存储器扩展举例 数据存储器与单片机进行扩展连接时，芯片的输出允许端数据存储器与单片机进行扩展连接时，芯片的输出允许端OE 应与单片机读信号端应与单片机读信号端 RD 相连，写允许信号相连，写允许信号 WE 与单片机与单片机的写信号端的写信号端 WR 相连，其他信号线的连接与程序存储器类似。相连，其他信号线的连接与程序存储器类似。例例5：采用：采用 2114 芯片在芯片在 8031 片外扩展片外扩展 1KB 数据存储器。数据存储器。分析分析：由于：由于2114 只有只有 4 位位数据线，所以需要两片数据线，所以需要两片 2114 组组成成 8 位位存储器。两个芯片的地址线完全相同，本例中采用直接存储器。两个芯片的地址线完全相同，本例中采用直接接地的方法（常有效）。接地的方法（常有效）。7.3 存储器的存储器的扩展扩展数据存储器扩展举例数据存储器扩展举例 例例5：扩展连接图。：扩展连接图。7.3 存储器的存储器的扩展扩展 兼有片外程序存储器和数据存储器的扩展举例兼有片外程序存储器和数据存储器的扩展举例 例例6：采用：采用 2764 和和 6264 芯片在芯片在 8031 片外分别扩展片外分别扩展 24KB程序存储器和数据存储器。程序存储器和数据存储器。扩展连接电路如图扩展连接电路如图 7.18 所示。从图中可以看出，各有一片所示。从图中可以看出，各有一片2764 和一片和一片 6264 的片选端并接在一根译码输出线上。即有的片选端并接在一根译码输出线上。即有2764 和和 6264 芯片相同的地址单元将会同时选通，这不会发生芯片相同的地址单元将会同时选通，这不会发生地址冲突，因为两种芯片的控制信号是不一样的。请读者自己地址冲突，因为两种芯片的控制信号是不一样的。请读者自己分析两种存储器及各芯片的地址范围。分析两种存储器及各芯片的地址范围。7.3 存储器的存储器的扩展扩展4.3 存储器的存储器的扩展扩展 51 单片机共有单片机共有 4 个个 I/O 口，但这些口，但这些 I/O 口并不能口并不能完全供用户使用。对于片内有完全供用户使用。对于片内有 ROM/EPROM 的单片的单片机（如机（如80C51、87C51），不使用外部扩展时，才允许），不使用外部扩展时，才允许这这 4 个个 I/O 口作为用户口作为用户 I/O 使用。但是大多数应用系使用。但是大多数应用系统都需要外部扩展，所以统都需要外部扩展，所以 51 单片机能够提供给用户单片机能够提供给用户使用的使用的 I/O 口只有口只有 P1 口和口和 P3 口的部分口线。因此，口的部分口线。因此，在大部分的在大部分的 51 单片机应用系统设计中，都不可避免单片机应用系统设计中，都不可避免地要进行地要进行 I/O 口的扩展。口的扩展。7.4 并行并行I/O口口扩展扩展 I/O口扩展概述口扩展概述 MCS-51单片机单片机I/O口扩展性能口扩展性能 单片机应用系统中的单片机应用系统中的 I/O 口扩展方法与单片机的口扩展方法与单片机的 I/O 口扩口扩展性能有关。展性能有关。（1）在）在 MCS-51 单片机应用系统中，扩展的单片机应用系统中，扩展的 I/O 口采取与口采取与数据存储器相同的寻址方法。所有扩展的数据存储器相同的寻址方法。所有扩展的 I/O 口或通过扩展口或通过扩展I/O 口连接的口连接的外围设备外围设备均均与片外数据存储器统一编址与片外数据存储器统一编址。任何一个扩。任何一个扩展展 I/O 口，根据地址线的选择方式不同，占用一个片外口，根据地址线的选择方式不同，占用一个片外RAM 地址，而与外部程序存储器无关。地址，而与外部程序存储器无关。7.4 并行并行I/O口口扩展扩展 I/O口扩展概述口扩展概述 MCS-51单片机单片机I/O口扩展性能口扩展性能 （2）利用串行口的移位寄存器工作方式（方式）利用串行口的移位寄存器工作方式（方式0），也可），也可扩展扩展 I/O 口，此时不占用片外口，此时不占用片外 RAM 任何地址。任何地址。（3）扩展）扩展 I/O 口的口的硬件相依性硬件相依性。在单片机应用系统中，。在单片机应用系统中，I/O 口的扩展不是目的，而是为外部通道及设备提供一个输入、输口的扩展不是目的，而是为外部通道及设备提供一个输入、输出通道。因此，出通道。因此，I/O 口的扩展总是为了实现某一测控及管理功口的扩展总是为了实现某一测控及管理功能而进行的。在能而进行的。在I/O 口扩展时，必须考虑与之相连的外部硬件口扩展时，必须考虑与之相连的外部硬件电路特性，如驱动功率、电平、干扰抑制及隔离等。电路特性，如驱动功率、电平、干扰抑制及隔离等。7.4 并行并行I/O口口扩展扩展 I/O口扩展概述口扩展概述 MCS-51单片机单片机I/O口扩展性能口扩展性能 （4）扩展）扩展 I/O 口的口的软件相依性软件相依性。根据选用不同的。根据选用不同的 I/O 口扩口扩展芯片或外部设备时，扩展展芯片或外部设备时，扩展 I/O 口的操作方式不同，因而应用口的操作方式不同，因而应用程序应有不同，如入口地址、初始化状态设置、工作方式选择程序应有不同，如入口地址、初始化状态设置、工作方式选择等。等。7.4 并行并行I/O口口扩展扩展 I/O口扩展概述口扩展概述 I/O口扩展用芯片口扩展用芯片 MCS-51 单片机应用系统中单片机应用系统中 I/O 口扩展用芯片主要有通用口扩展用芯片主要有通用I/O 口芯片和口芯片和 TTL、CMOS 锁存器、缓冲器电路芯片两大类。锁存器、缓冲器电路芯片两大类。通用通用 I/O 口芯片选用口芯片选用 Intel 公司的芯片，其接口最为简捷公司的芯片，其接口最为简捷可靠，如可靠，如 8255、8155 等。等。7.4 并行并行I/O口口扩展扩展 I/O口扩展概述口扩展概述 I/O口扩展用芯片口扩展用芯片 采用采用 TTL 或或 CMOS 锁存器、三态门电路作为锁存器、三态门电路作为 I/O 扩展芯扩展芯片，也是单片机应用系统中经常采用的方法。这些片，也是单片机应用系统中经常采用的方法。这些 I/O 口扩展口扩展用芯片具有体积小、成本低、配置灵活的特点。一般在扩展用芯片具有体积小、成本低、配置灵活的特点。一般在扩展 8位输入或输出口时十分方便。可以作为位输入或输出口时十分方便。可以作为 I/O 扩展的扩展的 TTL 芯片芯片有有 74LS373、74LS277、74LS244、74LS273、74LS367等。在等。在实际应用中，根据芯片特点及输入、输出量的特征，应选择合实际应用中，根据芯片特点及输入、输出量的特征，应选择合适的扩展芯片。适的扩展芯片。7.4 并行并行I/O口口扩展扩展 I/O口扩展概述口扩展概述 I/O口扩展方法口扩展方法 根据扩展并行根据扩展并行 I/O 口时数据线的连接方式，口时数据线的连接方式，I/O 口扩展可口扩展可分为总线扩展方法、串行口扩展方法和分为总线扩展方法、