課程名稱：計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)本講內(nèi)容：

專題八MCS-51擴展系統(tǒng)HebeiUniversityofTechnology河北省級精品課課程內(nèi)容：MCS-51單片機原理及應(yīng)用一、ROM類作程序存儲器的擴展二、RAM類作數(shù)據(jù)存儲器的擴展三、程序和數(shù)據(jù)存儲器混合擴展四、數(shù)據(jù)存儲器與I/O口綜合擴展五、選片方法1、線選法2、譯碼法六、掌握上述各類芯片的擴展思路方法本專題重點講授內(nèi)容及要求擴展思路方法（分析_解決）1、根據(jù)單片機的型號和應(yīng)用系統(tǒng)的要求確定擴展存儲器的類型、容量或I/O口的類型。包括芯片的類型、個數(shù)、容量、特點、要求。2、根據(jù)位擴展、字擴展，確定存儲器芯片的個數(shù)。

例如：要擴展8KB的數(shù)據(jù)存儲器，用2114，1K*4bit，幾個芯片？用6116，2KB的用幾個芯片？用6264，8KB的用幾個芯片？

3、統(tǒng)籌地址，確定片選方法。4、存儲器或I/O口如何與單片機的外部擴展三總線連接？7.1概述7.2外部程序存儲器的擴展7.3外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展7.4外部數(shù)據(jù)存儲器和外部程序存儲器的綜合擴展位擴展小結(jié)

作業(yè)第七章MCS-51單片機系統(tǒng)擴展7.1概述1_MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)的分類2_MCS-51單片機系統(tǒng)擴展的必要性3_存儲器可擴容量、分類、結(jié)構(gòu)及三總線4_I/O口可擴容量、分類、結(jié)構(gòu)及三總線5_MCS-51單片機外部擴展三總線6_地址鎖存器7_存儲器、I/O口與單片機的三總線的連接是關(guān)鍵8_地址譯碼器及地址譯碼技術(shù)（片選技術(shù)）單片機應(yīng)用系統(tǒng)可以分為：1）單片機最小系統(tǒng)

單片機工作時應(yīng)具備的最基本條件，因單片機型號不同，單片機最小系統(tǒng)也有差異。

8051、8751內(nèi)部程序存儲器4KB，不必外擴時，就構(gòu)成了單片機最小系統(tǒng)；8031僅外擴程序存儲器，也構(gòu)成8031最小系統(tǒng)。2）單片機擴展系統(tǒng)

當單片機內(nèi)部的資源不滿足實際應(yīng)用的需要時，要外擴存儲器和I/O口，就構(gòu)成單片機擴展系統(tǒng)。1_MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)的分類8051、8751最小系統(tǒng)在組成單片機應(yīng)用系統(tǒng)時:

首先遇到的問題就是存儲器的擴展。單片機內(nèi)部設(shè)置的存儲器一般容量較小，滿足不了實際需要，因此需要配置外部存儲器，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。其次要解決的問題是I/O口的擴展。

當外圍設(shè)備較多時，僅有的幾個內(nèi)部I/O接口就不夠用，在大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中，MCS-51單片機都需要擴展輸入/輸出接口芯片，有時還需要擴展定時器、串行口、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)以滿足實際需要。本專題重點講述單片機擴展系統(tǒng)。2_MCS-51單片機系統(tǒng)擴展的必要性最大擴展容量：程序存儲器：803164KB8051/875160KB數(shù)據(jù)存儲器或I/O口：64KB應(yīng)用中不一定最大容量擴展。3_存儲器可擴容量、分類、結(jié)構(gòu)及三總線E矩陣存儲體E譯碼驅(qū)動器E讀寫電路E地址線E數(shù)據(jù)線

控制線

電源線譯碼驅(qū)動器矩陣存儲體讀寫電路數(shù)據(jù)線地址線片選線讀寫控制線存儲器或I/O口要與CPU相連，除了要有三總線外，還要有片選信號，CPU通過指令及指令中的地址，產(chǎn)生該地址所在芯片的片選信號，只有被選中的芯片，CPU才能對它進行讀寫操作。重要概念3_半導(dǎo)體存儲器的結(jié)構(gòu)及三總線存儲容量=2地址線根數(shù)×數(shù)據(jù)線根數(shù)3_半導(dǎo)體存儲器的結(jié)構(gòu)及三總線思考：已知一個存儲器芯片有12根地址線，8根數(shù)據(jù)線，該芯片的存儲容量是多大？4K*8bit4KBByteCSChipSelectI/O口可擴容量：

最大64KBI/O口分類：_可編程接口/不可編程接口_串行接口/并行接口_定時器/計數(shù)器_模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器_其他4_I/O口可擴容量、分類、結(jié)構(gòu)及三總線MCS-51系列單片機芯片均為40個引腳。5_MCS-51單片機外部擴展三總線4、I/O端口_P0、P1、P2、P3MCS-51單片機外部擴展三總線圖2-19片外程序存儲器讀時序思考：P0口什么時間是數(shù)據(jù)總線？什么時間是地址總線的低8位？為什么P0口外加鎖存器？請看讀程序存儲器的時序。低8位地址數(shù)據(jù)總線ORG0065HMOVA,#30H;74H30HSJMP$END0065H74H0066H30H再看看訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或I/O口的時序圖2-20片外RAM讀時序通過分析時序圖可以看出，無論讀外部程序存儲器還是讀寫外部數(shù)據(jù)存儲器或I/O口，P0口都必須外加鎖存器。低8位地址數(shù)據(jù)總線MOVDPTR,#2689HMOVXA,@DPTR26H89H6_地址鎖存器由前所述，在進行存儲器或I/O擴展時，P0口是分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此，必須外加地址鎖存器將P0口地址信號鎖存起來。常用的鎖存器有：接ALE接地P0.0~P0.7A0~A77_存儲器、I/O口與單片機的三總線的連接是關(guān)鍵1、控制線的連接程序存儲器的讀選通(OE)接單片機的PSEN數(shù)據(jù)存儲器（或I/O口）的讀選通(OE)接單片機的RD寫允許(WE)接單片機的WR混合存儲器的讀選通(OE)接單片機的RD.PSEN2、數(shù)據(jù)線的連接存儲器的字長為8位時，與單片機的數(shù)據(jù)總線P0口的D0~D7對位相連。(I/O的數(shù)據(jù)線與存儲器的連接相同）3、地址線的連接

片內(nèi)地址線與單片機的地址線一一對位相連。

片外地址線經(jīng)過譯碼或線選與芯片的片選信號相連(CE)。重點難點當擴展兩片或兩片以上芯片時，各芯片的地址由兩部分決定：片內(nèi)地址和片選地址。重點2)地址譯碼法

（用譯碼器對片外地址線進行譯碼產(chǎn)生片選信號）線選法

（用片外單根地址線做片選信號）8_地址譯碼器及地址譯碼技術(shù)（片選技術(shù)）1.地址譯碼技術(shù)—片選技術(shù)存儲器和I/O口都具有片選信號線，在單片機外部擴展存儲器或I/O口時，用什么信號產(chǎn)生片選信號來選擇不同的芯片呢？就需要地址譯碼技術(shù)，其核心就是片選技術(shù)。在擴展時，首先要確定所擴芯片的片內(nèi)地址線和片外地址線，然后用片外地址線通過地址譯碼技術(shù)產(chǎn)生片選信號，最后，根據(jù)每個芯片預(yù)先統(tǒng)籌分配的地址段，將片選信號連到相應(yīng)芯片的片選信號引腳。2.地址譯碼器常用74LS138思考：存儲器容量與片內(nèi)外地址線芯片容量片外地址線片內(nèi)地址線2KBA15~A11(5根)A10~A0(11根)8KBA15~A13(3根)A12~A0(13根)32KBA15(1根)A14~A0(15根)64KB0A15~A0(16根)256BA15~A8(8根)A7~A0(8根)4BA15~A3(14根)A1~A0(2根)8051單片機地址總線有16根，A15~A0。思考：芯片容量、個數(shù)與片選方法先看看郵政編碼：300401000620100830

01304位所在省直轄市自治區(qū)郵政投遞區(qū)地方編碼2位省、直轄市、自治區(qū)中央分配選本地郵政支局0000~9999類似于片內(nèi)譯碼選省、直轄市、自治區(qū)00~99類似于片外譯碼——片選片內(nèi)片外片外地址與片內(nèi)地址和起來為某一個存儲單元的地址思考：芯片容量、個數(shù)與片選方法例：若某系統(tǒng)要擴8個芯片，其中最大容量的芯片為8KB，片內(nèi)地址最多需要13根，片外地址最少的僅剩3根地址線，如何產(chǎn)生片選信號(低電平有效）？1）線選法，片外3根地址線加3個反相器，可譯出6個片選信號，不夠8個芯片所需的8個片選信號。2）譯碼法，3根片外地址線可以譯出8種不同的組合信號，正好每個芯片分配一個片選信號。線選法——對片外地址單線譯碼8KB存儲器片外剩A15~A13(3根)1A15=1A15=0線選譯碼法——對片外地址全譯碼

擴展多個芯片時，每個芯片的地址范圍都由兩部分組成：1）片內(nèi)地址決定2）片選決定例：27648KB片內(nèi)13根，片外3根，可擴8個相同的芯片，其地址范圍如表所示。片外—片選片內(nèi)地址地址范圍A15~A13A12~A0A15~A0十六進制表示00000000000000001111111111111000000000000000000011111111111110000H1FFFH00100000000000001111111111111001000000000000000111111111111112000H3FFFH010???011???……………………110??？11100000000000001111111111111111000000000000011111111111111110E000H0FFFFH1、地址譯碼技術(shù)——線選法舉例例7-1

某系統(tǒng)擴展一片6116(2KB)RAM的數(shù)據(jù)存儲器，還擴并行I/O接口8255和8155，D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832，定時器/計數(shù)器8253各一片。解：要擴展最大容量2KB，5個芯片，最少剩5根片外地址線，可采用線選法。首先要進行地址分配，請見下面例7-1的地址分配表：表7-3外圍器件地址選擇線（A15～A0）片內(nèi)地址單元數(shù)地址分配A15～

A12A11～

A8A7～

A4A3～

A0611611110×××××××××××2K0F000H～0F7FFH825511101111111111××40EFFCH～0EFFFH8155RAM11011110××××××××2560DE00H～0DEFFHI/O1101111111111×××60DFF8H～0DFFDH0832101111111111111110BFFFH825301111111111111××47FFCH～7FFFH圖7－6線選法地址譯碼A11A12A13A14A8A15線選法CSChipSelectCEChipEnableMOVDPTR,#0F090HMOVA,#36HMOVX@DPTR,A1、地址譯碼技術(shù)——譯碼法舉例外圍器件地址選擇線（A15～A0）A15～A12A11～A8A7～A4A3～A0片內(nèi)地址單元數(shù)地址編碼6264000

×××××××××××××8K0000H～1FFFH825500111111111111××43FFCH～3FFFH8155RAM01011110

××××××××2565E00H～5EFFHI/O0101111111111×××65FF8H～5FFDH0832011111111111111117FFFH825310011111111111××49FFCH～9FFFH例7-2某系統(tǒng)擴展如下表所示，因6264容量（8KB)較大，片外剩3根線，要譯出5個芯片的片選信號，可以采用譯碼法，外加一個74LS138譯碼器。地址譯碼器_74LS138圖7-474LS138引腳圖譯碼法0000H~1FFFH2000H~3FFFH8000H~9FFFH6000H~7FFFH4000H~5FFFH圖7－7地址譯碼法實例A14A15A13MOVDPTR,#0F90HMOVA,#36HMOVX@DPTR,A27.2.1外部程序存儲器的擴展原理

7.2.2EPROM擴展電路

7.2外部程序存儲器的擴展7.2.1外部程序存儲器的擴展原理硬件電路如圖7-8所示。MCS-51單片機訪問外部程序存儲器所使用的控制信號有：ALE：低8位地址鎖存控制信號PSEN：外部程序存儲器“讀取”控制信號

P0MCS-51

ALE

P2

PSEN鎖存器高八位地址低八位地址指令EPROM/EEPROM地址OE圖7—8MCS-51單片機程序存儲器的擴展8031外擴程序存儲器，地址必須從0000H開始，因為，復(fù)位后PC指向0000H單元。7.2.2EPROM擴展電路1．常用EPROM芯片介紹

CEOEPGMVppD0~D7方式001+5V輸出讀1××+5V高阻維持010Vpp輸入編程001Vpp輸出編程校驗1××Vpp高阻編程禁止只讀方式編程寫入EPROM2764——程序存儲器2764工作方式真值表注：VPP為編程脈沖，可以為+5V,+12.5v,+21V,+25V等2、擴展電路實例線選法擴展一片EPROM

2732A4KB擴展兩片EPROM

2725632KB擴展兩片EPROM

27648KB注意：EPROM內(nèi)已固化了程序.常通法擴展一片EPROM——2732A0000H~0FFFHbitbit擴展兩片272560000H~7FFFH8000H~0FFFFH不存在重疊地址線選27648KB74LS3731885D7…D0Q7…Q0PSENALEP0P2P2.58031EAA0~A12D0~D7OECE2764IC1A0~A12D0~D7OECE2764IC20000H~1FFFH2000H~3FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GOE存在重疊地址思考：為什么存在重疊地址段？A15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0000000~00XX111111~1IC1IC2存儲器000B010B100B110B0000H、4000H、8000H、0C000H1FFFH、5FFFH、9FFFH、0DFFFHXX1111111~10~000000001B011B101B111B2000H、6000H、0A000H、0E000H

3FFFH、7FFFH、0BFFFH、0FFFFH

地址空間——地址段不惟一

外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展原理

7.3.2靜態(tài)RAM擴展

7.3外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展方法原理

P0口為RAM的復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線，P2口的三根線用于對RAM進行頁面尋址。在對外部RAM讀/寫期間，CPU產(chǎn)生/RD/WR信號。P1P0ALE8031P2P3RDWR鎖存器數(shù)據(jù)

地址RAM(2K×8)WEOE7．3．2靜態(tài)RAM擴展擴展兩片RAM62648KB線選法擴展兩片RAM6264譯碼法6264引腳圖和工作方式線選62648KB+5V74LS3731885RDALEP0P2P2.58031EAA0~A12D0~D7OECE16264IC1A0~A12D0~D7OECE16264IC20000H~1FFFH2000H~3FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0WEWEWRCE2CE2+5VD7…D0Q7…Q0GOE地址空間——地址段不惟一A15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0000000~00XX111111~1IC1IC2存儲器000B010B100B110B0000H、4000H、8000H、0C000H1FFFH、5FFFH、9FFFH、0DFFFHXX1111111~10~000000001B011B101B111B2000H、6000H、0A000H、0E000H

3FFFH、7FFFH、0BFFFH、0FFFFH

片外剩2根線，每片有4段地址段全譯碼片內(nèi)13根片外3根62648KB2000H~3FFFH74LS373885D7…D0Q7…Q0RDALEP0P2P2.58031EA0000H~1FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GA0~A12D0~D7OECE16264IC2WEA0~A12D0~D7OECE16264IC1WEWRCBAG2AG2BG1Y7…Y1Y0+5VP2.6P2.774LS138CE2+5VCE2+5VOE數(shù)據(jù)存儲器3——8譯碼器的其它輸出端代表的地址是什么？全譯碼——各芯片地址惟一P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0000000~0000111111~1IC1IC2000BY0—CE0000H1FFFH001111111~10~000000001BY1—CE2000H3FFFHA15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0存儲器CBA線選法選址電路連接簡單地址空間利用率低

地址空間重疊嚴重譯碼法選址

采用譯碼器電路部分譯碼仍有重疊的地址空間全譯碼地址空間利用率高，地址惟一.線選法與譯碼法比較1、存儲器綜合擴展原理

2、EPROM與靜態(tài)RAM擴展

7.4外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的綜合擴展程序、數(shù)據(jù)存儲空間的綜合擴展※存儲結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)，物理上兩部分空間獨立通過/RD和/PSEN區(qū)別程序、數(shù)據(jù)存儲讀操作※混合方法OERDPSEN&兩個要點：1、OE=RD.PSENWEWR2、混合存儲器即可執(zhí)行MOVX又可執(zhí)行MOVC指令，即可讀可寫要用RAM類芯片或EEPROM類或FLASHROM。P1P08031ALE

PSENP2P3RDWR鎖存器數(shù)據(jù)

地址RAM(2K×8)WEOE&外部綜合存儲器的擴展焦點：片選信號的產(chǎn)生程序存儲器內(nèi)已固化了程序EPROM與SRAM擴展

擴展一片EPROM2764和一片RAM6264

擴展一片EPROM2764和二片RAM6264

擴展一片EPROM2732和一片RAM6116全譯碼2764與626474LS373885D7…D0Q7…Q0RDALEP0P2P2.58031EA0000H~1FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GWRCBAG2AG2BGY7…Y1Y0P2.6P2.774LS1380000H~1FFFHPSENA0~A12D0~D7OECE16264WECE2A0~A12D0~D7OECE2764+5V+5VOE同容量數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器全譯碼2764與626474LS373885D7…D0Q7…Q0RDALEP0P2P2.58031EA0000H~1FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GWRCBAG2AG2BGY7…Y1Y0P2.6P2.774LS1382000H~3FFFHPSEN+5VOEA0~A12D0~D7OECE16264IC1WECE2+5VA0~A12D0~D7OECE2764A0~A12D0~D7OECE16264IC2WECE2+5V&數(shù)據(jù)存儲器混合存儲器程序存儲器/CE/OE-VPPD0~D7方式00輸出讀1×高阻維持0VPP輸入編程00輸出編程校驗1VPP