MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展主要內(nèi)容：MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的基本原理和方法。常用器件的選擇和應(yīng)用，常用總線標(biāo)準(zhǔn)和典型接口電路。要求學(xué)生掌握單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的原理、方法，并能根據(jù)工程要求進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。重點(diǎn)：在于常用器件的選擇和應(yīng)用，常用總線標(biāo)準(zhǔn)和典型接口電路，單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的基本原理和方法。難點(diǎn)：在于存儲(chǔ)器地址重疊，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。1一、MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展概述 系統(tǒng)擴(kuò)展是指為加強(qiáng)單片機(jī)某方面功能，在最小應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加一些外圍功能部件而進(jìn)行的擴(kuò)充。系統(tǒng)擴(kuò)展的主要任務(wù)：

（1）把系統(tǒng)所需的外設(shè)與單片機(jī)連接起來。使單片機(jī)系統(tǒng)能與外界進(jìn)行信息交換。（即單片機(jī)接口設(shè)計(jì)，如鏈盤，A/D轉(zhuǎn)換器，開關(guān)等輸入控制，顯示器，發(fā)光二極管，打印機(jī)，繼電器，音響輸出控制）（2）擴(kuò)大單片機(jī)的存儲(chǔ)容量。

21、MCS-51系列單片機(jī)的外部擴(kuò)展原理MCS-51系列單片機(jī)具有很強(qiáng)的外部擴(kuò)展功能。其外部擴(kuò)展都是通過三總線進(jìn)行的。電路如下所示：（1）地址總線（AB）地址總線用于傳送單片機(jī)輸出的地址信號(hào)，寬度為16位，P0口經(jīng)鎖存器提供低8位地址，鎖存信號(hào)是由CPU的ALE引腳提供的；P2口提供高8位地址。（2）數(shù)據(jù)總線（DB）數(shù)據(jù)總線是由P0口提供的，寬度為8位。（3）控制總線（CB）控制總線實(shí)際上是CPU輸出的一組控制信號(hào)。

P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0PSENEAALERESET803180518751P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0ALEA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0G+5VVCCVSS鎖存器數(shù)據(jù)總線(DB)地址總線(AB)控制總線(CB)用戶I/O3MCS-51單片機(jī)通過三總線擴(kuò)展外部設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。42．MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展能力 片外可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的最大容量為216=64KB，地址范圍為0000H～FFFFH。允許片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址重疊。 I/O接口的編址方法：一種是獨(dú)立編址，另一種是統(tǒng)一編址。MCS-51單片機(jī)采用了統(tǒng)一編址方式，即I/O端口地址與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元地址共同使用0000H～FFFFH（64KB）。當(dāng)MCS-51單片機(jī)應(yīng)用統(tǒng)擴(kuò)展較多外部設(shè)備和I/O接口時(shí)，要占去大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址。53、MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)地址空間的分配

系統(tǒng)空間分配：通過適當(dāng)?shù)牡刂肪€產(chǎn)生各外部擴(kuò)展器件的片選/使能等信號(hào)就是系統(tǒng)空間分配。

編址：編址就是利用系統(tǒng)提供的地址總線，通過適當(dāng)?shù)倪B接，實(shí)現(xiàn)一個(gè)編址惟一地對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中的一個(gè)外圍芯片的過程。編址就是研究即系統(tǒng)地址空間的分配問題。

片內(nèi)尋址：若某芯片內(nèi)部還有多個(gè)可尋址單元，則稱為片內(nèi)尋址。

編址的方法：芯片的選擇是由系統(tǒng)的高位地址線通過譯碼實(shí)現(xiàn)的，片內(nèi)尋址直接由系統(tǒng)低位地址信息確定。產(chǎn)生外圍芯片片選信號(hào)的方法有三種：線選法、全地址譯碼法和部分譯碼法。64、存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶裝置，用來存放要運(yùn)行的程序和程序運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)。單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的存儲(chǔ)器通常使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，根據(jù)用途可以分為程序存儲(chǔ)器（一般用ROM）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（一般用RAM）兩種類型。MCS-51單片機(jī)對(duì)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展應(yīng)考慮的問題：（1）選擇合適類型的存儲(chǔ)器芯片只讀存儲(chǔ)器（ROM）常用于固化程序和常數(shù)，可分為掩膜ROM、可編程PROM、紫外線可擦除EPROM和電可擦除E2PROM幾種。若所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是小批量生產(chǎn)或開發(fā)產(chǎn)品，則建議使用EPROM和E2PROM；若為成熟的大批量產(chǎn)品，則應(yīng)采用PROM或掩膜ROM。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）常用來存取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、變量和運(yùn)算結(jié)果?？煞譃殪o態(tài)RAM（SRAM）和動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）兩類。若所用的RAM容量較小或要求較高的存取速度，則宜采用SRAM；若所用的RAM容量較大或要求低功耗，則應(yīng)采用DRAM，以降低成本。此外，還可以選擇OTPROM、Flash存儲(chǔ)器、FRAM、NVSRAM、用于多處理機(jī)系統(tǒng)的DSRAM（雙端口RAM）等。7（2）工作速度匹配MCS-51的訪存時(shí)間（單片機(jī)對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫所需要的時(shí)間）必須大于所用外部存儲(chǔ)器的最大存取時(shí)間（存儲(chǔ)器的最大存取時(shí)間是存儲(chǔ)器固有的時(shí)間）。（3）選擇合適的存儲(chǔ)容量在MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)所需存儲(chǔ)容量不變的前提下，若所選存儲(chǔ)器本身存儲(chǔ)容量越大，則所用芯片數(shù)量就越少，所需的地址譯碼電路就越簡(jiǎn)單。（4）合理分配存儲(chǔ)器地址空間的分配存儲(chǔ)器的地址空間的分配必須滿足存儲(chǔ)器本身的存儲(chǔ)容量，否則會(huì)造成存儲(chǔ)器硬件資源的浪費(fèi)。（5）合理選擇地址譯碼方式可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的具體情況選擇線選法、全地址譯碼法、部分地址譯碼法等地址譯碼方式。8二、程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展單片機(jī)內(nèi)部沒有ROM,或雖有ROM但容量太小時(shí),必須擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器方能工作。最常用的ROM器件有EPROM、E2PROM。1、常用EPROM程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展 EPROM主要是27系列芯片，如:2716（2K）/2732（4K）/2764(8K)/27128(16K)/27256(32K)/27040(512K)等，一般選擇8KB以上的芯片作為外部程序存儲(chǔ)器。其引腳圖如下圖所示。9引腳符號(hào)的含義和功能如下：D7～D0：三態(tài)數(shù)據(jù)總線；A0～Ai：地址輸入線，i=12～15。2764的地址線為13位，i=12；27512的地址線為16位，i=15；/CE（或/CS）：片選信號(hào)輸入線；/OE：輸出允許輸入線；VPP：編程電源輸入線；/PGM：編程脈沖輸入線；VCC：電源；GND：接地；NC：空引腳。102732～27512芯片的讀、維持操作方式各引腳的狀態(tài)如下表所示。芯片方式引腳狀態(tài)/CE/OE/PGMVPPVCCD0~D72764讀LLHVCC+5V數(shù)據(jù)輸出維持HXXVCC+5V高阻27128讀LLHVCC+5V數(shù)據(jù)輸出維持HXXVCC+5V高阻27256讀LLHVCC+5V數(shù)據(jù)輸出維持HXXVCC+5V高阻112.地址鎖存器 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，還需要地址鎖存器，地址鎖存器常用的有帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器74LS373、帶有清除端的74LS273。74LS373是帶有三態(tài)門的8D鎖存器，當(dāng)三態(tài)門的使能信號(hào)線/OE為低電平時(shí)，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許鎖存器輸出，鎖存控制端為11腳LE，采用下降沿鎖存，控制端可以直接與CPU的地址鎖存控制信號(hào)ALE相連。74LS273是帶有清除端的8D觸發(fā)器，只有在清除端保持高電平時(shí)，才具有鎖存功能，鎖存控制端為11腳CLK，采用上升沿鎖存。CPU的ALE信號(hào)必須經(jīng)過反相器反相之后才能與74LS273的控制端CLK端相連。地址鎖存器使用74LS373較多。引腳圖如下頁圖所示。與8051連接電路如下頁圖所示。12133、典型擴(kuò)展電路 MCS-51外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)應(yīng)考慮鎖存器的選擇與連接，譯碼方式，存儲(chǔ)器的選擇與連接。訪問程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)有：ALE----地址鎖存信號(hào)PSEN----片外程序存儲(chǔ)器讀信號(hào)EA----片內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器訪問選擇信號(hào)EA=0：訪問片外；EA=1：訪問片內(nèi)。8051擴(kuò)展2764的電路連接方法： 數(shù)據(jù)線：P0口接EPROM的D0～D7； 地址線：2764容量為8KB，213=8KB，需要A0～A12共13根地址線。P0口經(jīng)地址鎖存器后接EPROM的A0~A7；為了與片內(nèi)存儲(chǔ)器的空間地址銜接，P2.0～P2.4接EPROM的A8～A12連接。 控制線：ALE接373的LE，PSEN接EPROM的OE，EA接VCC，只有一片EPROM，片選CE接地。14一片2764擴(kuò)展8KB程序存儲(chǔ)器的連接圖15地址的計(jì)算方法：P2.7P2.6P2.5P2.4～P2.0P0.7～P0.0XXX0～00～0最低位地址......XXX1～11～1最高位地址若XXX取000則有地址范圍為：0000H~1FFFH注：若XXX取其它值，則可得到不同的地址范圍。16例9.2、用2764構(gòu)成16K的程序存儲(chǔ)系統(tǒng)，試將它們與8051單片機(jī)相連接。解、設(shè)計(jì)方法一：線選法1#地址范圍：4000H~5FFFH或C000H~DFFFH2#地址范圍：2000H~3FFFH或A000H~BFFFH1#2#17方法二：譯碼法1#地址范圍：0000H~1FFFH2#地址范圍：2000H~3FFFH18MCS-51擴(kuò)展4片2712819三、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部有128B或256B的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，對(duì)于一般應(yīng)用場(chǎng)合，內(nèi)部RAM可以滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的要求。但對(duì)需要大容量數(shù)據(jù)緩沖器的應(yīng)用系統(tǒng)，僅片內(nèi)的RAM存儲(chǔ)器往往是不夠的，需要在單片機(jī)外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。對(duì)于MCS-51單片機(jī)，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大可擴(kuò)展64K字節(jié)。201、常用靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器 常用的SRAM有6116(2K)、6264(8K)、62128(16K)、62256(32K)、628128(128K)等。一般選擇8KB以上的芯片作為外部程序存儲(chǔ)器。其引腳圖如下頁圖所示。21其引腳功能如下：A0~Ai：地址輸入線；D0~D7：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線；/CS1（/CE）：片選信號(hào)輸入線，低電平有效；CS2：片選信號(hào)輸入線，高電平有效/WE（/WR）：寫選通信號(hào)輸入線，低電平有效；/RD（/OE）：讀選通信號(hào)輸入線，低電平有效；VCC：主電源輸入線；GND：接地線。22MCS-51擴(kuò)展6264的電路連接方法：6264的地址范圍為：0000H～1FFFH231#的地址范圍為：0000H～1FFFH2#的地址范圍為：