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章

單片機的系統(tǒng)擴展本章內(nèi)容SingleChipMicrocomputer§9-1單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)§9-２單片機的外部擴展性能§9-3程序存儲器的擴展概述§9-4數(shù)據(jù)存儲器的擴展§9-5I/O口的擴展概述

51系列單片機在一個芯片上集成了許多硬件資源，它們能夠完成復雜的軟件工作和較為簡單的硬件操作。在做一些智能儀器、儀表，小型檢測和控制時，往往利用單片機的最小系統(tǒng)就能滿足要求。但在大多數(shù)情況下，在構(gòu)造一個工業(yè)控制系統(tǒng)時，最小系統(tǒng)一般不能滿足系統(tǒng)的需求，這時，就必須在單片機外部擴展相應(yīng)的芯片，以滿足系統(tǒng)的要求，這就是系統(tǒng)擴展。單片機的系統(tǒng)擴展包括ROM擴展、RAM擴展、I/O擴展、定時/計數(shù)器擴展、中斷擴展及其它特殊功能的擴展。問題的提出在單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計中,往往出現(xiàn)RAM,ROM或者I/O口不夠的情況，怎么辦？ROM的擴展

RAM的擴展并行I/O口的擴展§9-1MCS-51單片機最小應(yīng)用系統(tǒng) 原則上，一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)除必須具有單片機外，只要有振蕩電路、復位電路和ROM就能工作了，當然，它們都不能沒有電源提供。這就是單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)。一、8051/8751/89C51/89C2051最小應(yīng)用系統(tǒng)特點1、有大量I/O線，在不需外部ROM的系統(tǒng)中，EA端應(yīng)接VCC。2、內(nèi)部RAM和ROM大小有限，但在數(shù)據(jù)量小的小系統(tǒng)中基本夠用。3、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。程序量較小，外部電路簡單。我們推薦使用89C51或89C2051。晶振復位電路４個并口？二、8031最小應(yīng)用系統(tǒng)由于8031內(nèi)部無ROM，因此，由8031組成的最小應(yīng)用系統(tǒng)必須在片外擴展ROM與8051構(gòu)成的最小系統(tǒng)相比，除均需要振蕩電路和復位電路外，其EA端必須接地。9.２單片機的外部擴展性能寬度為16位，其高8位地址總線由P2口提供，低8位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器鎖存后提供。用作地址總線后的P2口不能再用作I/O口使用數(shù)據(jù)線由P0口提供，其寬度為8位，它為三態(tài)雙向口，是使用最為頻繁的通道。單片機與外部交換的數(shù)據(jù)、指令等大都經(jīng)P0口傳送控制總線：／EA／PSEN／RD／WR

ALE二、MCS-51單片機的系統(tǒng)擴展能力1、地址范圍

0000H~0FFFFH，共64KBytes。2、空間重疊外部RAM和外部ROM地址空間重疊，但因其選通信號、訪問指令不同，因而不會造成訪問混亂。3、擴展I/O與外部RAM統(tǒng)一編址 單片機不再另外提供信號作擴展I/O用，而是同外部RAM統(tǒng)一編址，因而會占用部分RAM地址空間?！?-3程序存儲器的擴展

在51系列單片機中，ROM的尋址范圍為64KBytes，在片內(nèi)無ROM或ROM空間不夠的情況下，我們需要在片外擴展ROM，以滿足系統(tǒng)的需求。§9-3程序存儲器的擴展我們還是本著三總線的擴展方法來講解其擴展方法：低8位地址則由P0口經(jīng)地址鎖存器后提供片選則由P2口剩余部分經(jīng)譯碼后提供。高8位地址由P2口直接提供。1、地址總線2、數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線直接由P0口提供3、控制總線

二、外部EPROM擴展電路

1、使用單片的EPROM擴展電路EPROM擴展實例

----在8031單片機上擴展4KBEPROM...D7Q7373D0Q0G控制線A11A8A7A0

2732O7O0OECE``````P2.3P2.0P0.78031P0.0ALEPSEN``````12根地址線8根數(shù)據(jù)線2、使用多片的EPROM擴展電路1514131211109876543210地址110*************C000HDFFFH101*************A000HBFFFH011*************6000H~7FFFHP2.51514131211109876543210地址000*************0000H1FFFH001*************2000H3FFFH010*************4000H~5FFFH注意利用線選法時，電路簡單，但地址線利用率較低，造成地址空間浪費。利用地址譯碼法時，地址空間完全利用，但電路比較復雜。在集成電路技術(shù)比較發(fā)達的今天，這種方法已不多用，可用1至2片即可達到最大擴展容量。如：程序存儲器的擴展擴展總線數(shù)據(jù)總線，P0口地址總線，高8位P2口、低8位P0口

74LS373

ROM芯片及其擴展方法常用ROM芯片特性芯片型號27C6427C12827C25627C512容量8KB16KB32KB64KB引腳數(shù)28282828讀出時間/ns1201209090最大工作電流/mA20202025最大維持電流/mA0.10.10.10.03注：應(yīng)注意優(yōu)先選用CMOS器件，其讀出時間短，耗電少。常用ROM芯片引腳

擴展電路

§9-4數(shù)據(jù)存儲器的擴展51單片機的片內(nèi)RAM為128Bytes或256Bytes，一般情況下都能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的需求，但當數(shù)據(jù)量較大時，就需要在片外擴展RAM，其最大容量可達64KBytes。由于片外擴展I/O與外部RAM采用統(tǒng)一編址，因而外部RAM的實際容量有時不能達到64KBytes。一、數(shù)據(jù)存儲器擴展的方法

數(shù)據(jù)存儲器的擴展方法與程序存儲器的擴展方法基本相同。我們還是本著三總線的擴展方法來講解RAM的擴展方法：數(shù)據(jù)存儲器擴展1.低8位地址則由P0口經(jīng)地址鎖存器后提供，其余部分地址由P2口直接提供。片選則由P2口剩余部分經(jīng)譯碼后提供2.數(shù)據(jù)總線直接由P0口提供。3.控制總線的連接3.控制總線的連接ALE(地址鎖存允許) LE(地址鎖存允許)

/RD(片外讀取信號) /OE(輸出允許信號)/WR(片外寫信號) /WE(寫選通允許信號)二、外部RAM訪問方法1、低8位地址總線尋址的外部RAM區(qū)MOVX A,@RiMOVX @Ri,A2、16位地址總線尋址的外部RAM區(qū)MOVX A,@DPTRMOVX @DPTR,A三、常用數(shù)據(jù)存儲器的擴展電路1、常用靜態(tài)RAM的引腳圖2、擴展單片6116數(shù)據(jù)存儲器舉例2、擴展單片6264數(shù)據(jù)存儲器舉例數(shù)據(jù)存儲器擴展方法常用RAM芯片特性芯片型號62646212862256容量8KB16KB32KB典型工作電流/mA4088典型維持電流/mA20.50.5最大存取時間/ns200200200常用RAM芯片引腳

擴展電路

§9-5I/O口的擴展51系列單片機有32個I/O口，且大多數(shù)情況下不能完全提供給用戶，因此在需要大量I/O口時，我們必須對其進行擴展。從功能上看，單片機的I/O口有兩種類型：基本I/O和可編程I/O?；綢/O結(jié)構(gòu)簡單但功能單一，僅適用于簡單的數(shù)據(jù)輸入和輸出；可編程I/O功能豐富但成本較高，使用較靈活。一、簡單I/O口的擴展I/O口的擴展原則為“輸入三態(tài)、輸出鎖存”，因此利用TTL或MOS電路可進行簡單I/O口的擴展。 如：用8位三態(tài)緩沖器74LS244可擴展輸入口；用8D鎖存器74LS273、74LS373、74LS377

等可組成輸出口。利用片選信號對外部I/O進行編址，對其訪問就象訪問外部RAM一樣。使用MOVX指令。/RD及/WR信號參加片選。1、單個I/O口的擴展其I/O