單片機小系統(tǒng)及片外擴展詳解演示文稿當前1頁，總共24頁。優(yōu)選單片機小系統(tǒng)及片外擴展當前2頁，總共24頁。圖8－2589C51擴展的并行三總線圖8－2689C51地址總線擴展電路當前3頁，總共24頁。由89C51P0口送出的低8位有效地址信號是在ALE(地址鎖存允許)信號變高的同時出現的，并在ALE由高變低時，將出現在P0口的地址信號鎖存到外部地址鎖存器74HC373中，直到下一次ALE變高時，地址才發(fā)生變化。當前4頁，總共24頁。8.2.1片外三總線結構所謂總線，就是連接系統(tǒng)中各擴展部件的一組公共信號線。按照功能，通常把系統(tǒng)總線分為3組，即地址總線、數據總線和控制總線。89C51單片機的片外引腳可構成如圖825所示的并行三總線結構，所有的外圍芯片都將通過這三種總線進行擴展。當前5頁，總共24頁。1.地址總線地址總線(AddressBus,AB)用于傳送單片機送出的地址信號，以便進行存儲單元和Ｉ／Ｏ端口的選擇。地址總線是單向的，只能由單片機向外發(fā)送信息。地址總線的數目決定了可直接訪問的存儲單元的數目。例如，n位地址可以產生2ｎ個連續(xù)地址編碼，因此，可訪問2ｎ個存儲單元，即通常所說的尋址范圍為2ｎ個地址單元。89C51單片機存儲器擴展最多可達64KB，即2１６個地址單元，因此，最多需16位地址。當前6頁，總共24頁。2.數據總線數據總線(DataBus,DB)用于單片機與存儲器之間或單片機與Ｉ／Ｏ端口之間傳送數據。數據總線的位數與單片機處理數據的字長一致。例如，89C51單片機是8位字長，所以，數據總線的位數也是8位。數據總線是雙向的，可以進行兩個方向的數據傳送。當前7頁，總共24頁。3.控制總線控制總線(ControlBus，CB)是單片機發(fā)出的以控制片外ROM、RAM和Ｉ／Ｏ口讀／寫操作的一組控制線。當前8頁，總共24頁。8.2.2系統(tǒng)擴展的實現1.以P0口作地址／數據總線此處的地址總線是指系統(tǒng)的低8位地址線。因為P0口線既用作地址線，又用作數據線(分時使用)，因此，需要加一個8位鎖存器。在實際應用時，先把低8位地址送鎖存器暫存，然后再由地址鎖存器給系統(tǒng)提供低8位地址，而把P0口線作為數據線使用。實際上，單片機P0口的電路設計已考慮了這種應用需要，P0口線電路中的多路轉接電路MUX以及地址／數據控制即是為此目的而設計的。當前9頁，總共24頁。2.以P2口的口線作高位地址線如果使用P2口的全部8位口線，再加上P0口提供的低8位地址，便可形成完整的16位地址總線，使單片機系統(tǒng)的尋址范圍達到64KB。但實際應用系統(tǒng)中，高位地址線并不固定為8位，需要用幾位就從P2口中引出幾條口線。當前10頁，總共24頁。

除了地址線和數據線之外，在擴展系統(tǒng)中還需要一些控制信號線，以構成擴展系統(tǒng)的控制總線。這些信號有的是單片機引腳的第一功能信號，有的則是第二功能信號。其中包括：使用ALE作為地址鎖存的選通信號，以實現低8位地址的鎖存；以ＰＳＥＮ信號作為擴展程序存儲器的讀選通信號；以ＥＡ信號作為內、外程序存儲器的選擇信號；以ＲＤ和ＷＲ作為擴展數據存儲器和Ｉ／Ｏ端口的讀/寫選通信號。執(zhí)行MOVX指令時，這兩個信號分別自動有效。當前11頁，總共24頁?？梢钥闯?，盡管89C51單片機號稱有4個Ｉ／Ｏ口，共32條口線，但由于系統(tǒng)擴展的需要，真正能作為數據Ｉ／Ｏ使用的，就只剩下P1口和P3口的部分口線了。特別需要強調的是，程序存儲器不應再采用外擴的方案。因為89系列單片機內有4～32KB的不同型號產品可供選擇。如果課題需要功能更強的MCU，則可選擇ADμC8××、C8051F×××和MAX7651等SOC芯片。關于程序存儲器的擴展，本教程不作介紹。當前12頁，總共24頁。8.3擴展數據存儲器由于89C51單片機片內RAM僅有128字節(jié)，當系統(tǒng)需要較大容量RAM時，就需要片外擴展數據存儲器RAM，最大可擴展64KB。由于單片機是面向控制的，實際需要擴展容量不大，因此，一般采用靜態(tài)RAM較方便，如6116(2K×8位)，6264(8K×8位)。如有特殊需要，可采用62256(32K×8位)，628128(128K×8位)等。與動態(tài)RAM相比，靜態(tài)RAM無須考慮保持數據而設置的刷新電路，故擴展電路較簡單；但由于靜態(tài)RAM是通過有源電路來保持存儲器中的數據，因此要消耗較多的功率，價格也較高。當前13頁，總共24頁。擴展數據存儲器空間地址，由P2口提供高8位地址，P0口分時提供低8位地址和用作8位雙向數據總線。片外數據存儲器RAM的讀/寫由89C51的ＲＤ（Ｐ３.7）和ＷＲ(P3.6)信號控制。當前14頁，總共24頁。8.3.1常用的數據存儲器芯片數據存儲器用于存儲現場采集的原始數據、運算結果等，所以，外部數據存儲器應能隨機讀／寫，通常由半導體靜態(tài)隨機存取存儲器RAM組成。E２PROM芯片也可用作外部數據存儲器，且掉電后信息不丟失。當前15頁，總共24頁。1.靜態(tài)RAM(SRAM)芯片目前常用的靜態(tài)RAM電路有6116、6264、62256、628128等。它們的引腳排列如圖8－27所示。注：6264的26腳為高電平有效的片選端。圖8－27常用靜態(tài)RAM芯片引腳圖當前16頁，總共24頁。其引腳功能如下：A0～Ai地址輸入線，i=10(6116),12(6264),14(62256)。D0～D7雙向三態(tài)數據線；ＣＥ片選信號輸入線，低電平有效，當6264的26腳(CS)為高電平，且ＣＥ為低電平時。才選中該片；ＯＥ讀選通信號輸入線，低電平有效；ＷＥ寫允許信號輸入線，低電平有效；ＶＣＣ工作電源，電壓為＋５Ｖ；GND線路地。這3種RAM電路的主要技術特性見表8－5。當前17頁，總共24頁。當前18頁，總共24頁。靜態(tài)RAM存儲器有讀出、寫入和維持3種工作方式，這些工作方式的操作控制如表8－6所列。當前19頁，總共24頁。8.3.2訪問片外RAM的操作時序這里包括從RAM中讀和寫兩種操作時序，但基本過程是相同的。這時所用的控制信號有ALE和ＲＤ(讀)或ＷＲ(寫)。P0口和P2口仍然要用，在取指階段用來傳送ROM地址和指令，而在執(zhí)行階段傳送片外RAM地址和讀／寫的數據。當前20頁，總共24頁。1.讀片外RAM操作時序89C51單片機若外擴一片RAM，則應將其ＷＲ引腳與RAM芯片的ＷＥ引腳連接，ＲＤ引腳與芯片ＯＥ引腳連接。ALE信號的作用即鎖存低8位地址，以便讀片外RAM中的數據。讀片外RAM周期時序如圖8－28(a)所示。當前21頁，總共24頁。圖8－2889C51訪問片外RAM操作時序圖當前22頁，總共24頁。在第一個機器周期的S1狀態(tài)，ALE信號由低變高①，讀RAM周期開始。在S2狀態(tài)，CPU把低8位地址送到P0口總線上，把高8位地址送上P2口(在執(zhí)行“MOVXA，@DPTR”指令階段時才送高8位；若是“MOVXA，@Ri”指令，則不送高8位)。ALE的下降沿②用來把低8位地址信息鎖存到外部鎖存器74HC373內③，而高8位地址信息一直鎖存在P2口鎖存器中。在S3狀態(tài)，P0口總線變成高阻懸浮狀態(tài)④。在S4狀態(tài)，ＲＤ信號變?yōu)橛行Б?是在執(zhí)行“MOVXA，@DPTR”后使ＲＤ信號有效)，ＲＤ信號使得被尋址的片外RAM略過片刻后把數據送上P0口總線⑥，當ＲＤ回到高電平后⑦，P0總線變?yōu)閼腋顟B(tài)。至此，讀片外RAM周期結束。當前23頁，總共24頁。2.寫片外RAM操作時序向片外RAM寫(存)數據，是89C51執(zhí)行“MOVX@DPTR，A”指令后產生的動作。這條指令執(zhí)行后，在89C51的ＷＲ引腳上產生ＷＲ信號的有效電平，此信號使RAM的ＷＥ端被選通。