1、程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,并行I/O口的擴(kuò)展,第章單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展,本章內(nèi)容,Micro Control Unit,單片機(jī)最小系統(tǒng),片外三總線,問題的提出,在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,往往出現(xiàn)RAM, ROM或者I/O口不夠的情況，怎么辦？,ROM的擴(kuò)展,RAM的擴(kuò)展,并行I/O口的擴(kuò)展,8.1 單片機(jī)最小系統(tǒng),一、8051最小系統(tǒng),（1）充分利用了單片機(jī)的體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)； （1）全部I/O端口均可供用戶使用； （2）內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限； （3）電路簡單可靠； （4）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。,8051單片機(jī)最小系統(tǒng)的特點(diǎn)：,二、8031最小系統(tǒng),8.2 片外三總線,總線是指連接系統(tǒng)

2、中各擴(kuò)展部件的一組公共信號(hào)線。一般的微型計(jì)算機(jī)都具有三總線結(jié)構(gòu)： （1）地址總線（AB） （2）數(shù)據(jù)總線（DB） （3）控制總線（CB）,MSC-51單片機(jī)的三總線結(jié)構(gòu),地址總線由單片機(jī)的P0口通過地址鎖存器提供低8位地址A0A7，P2口提供高8位地址A8A15。 P0、P2口在系統(tǒng)擴(kuò)展中用做地址總線后，就不能再作為一般I/O口使用。 由于地址總線寬度為16位，故可尋址范圍為64 KB。,（1）地址總線（AB）,常用的地址鎖存器有：帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器74LS373或8282、帶清除端的8D鎖存器74LS273。,地址鎖存器,數(shù)據(jù)總線由P0口提供，用D0D7表示。P0口為三態(tài)雙向口為三態(tài)

3、雙向口，是應(yīng)用系統(tǒng)中使用最為頻繁的通道。所有單片微機(jī)與外部交換的數(shù)據(jù)、指令、信息，除少數(shù)可直接通過P1口外，全部通過P0口傳送。 數(shù)據(jù)總線是并連到多個(gè)連接的外圍芯片的數(shù)據(jù)線上，而在同一時(shí)間里只能夠有一個(gè)是有效的數(shù)據(jù)傳送通道。哪個(gè)芯片的數(shù)據(jù)通道有效，則由地址線控制各個(gè)芯片的片選線來選擇。,（2）數(shù)據(jù)總線（DB）,控制總線是指單片機(jī)用于控制片外的ROM、RAM和I/O端口的一組控制線。主要有以下四種： ALE（地址鎖存允許信號(hào)線）：用于鎖存P0口輸出的低8位地址的控制線。 PSEN（程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)線）：用于片外程序存儲(chǔ)器EPROM的讀數(shù)（取指）控制。 RD、WR：用于片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的讀

4、/寫控制。 EA：用于選擇片內(nèi)或片外程序存儲(chǔ)器。,（3）控制總線（DB）,8.3 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,片內(nèi)資源,可用來擴(kuò)展的存儲(chǔ)器芯片： EPROM：2764（8K*8），27128，27256，27512等 E2PROM：2864 （8K*8） ，28128等 還要用到鎖存器芯片：例74LS373。,8.3.1 常用的EPROM芯片,8.3.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理和時(shí)序, ALE-低8位地址鎖存控制信號(hào)。 PSEN-片外ROM的“讀取”控制信號(hào)。 EA-片內(nèi)、外ROM的訪問控制信號(hào)。,一、MSC-51訪問片外ROM的控制信號(hào),二、讀外部程序存儲(chǔ)器時(shí)序,注意：上述時(shí)序是在取指令過程中自動(dòng)產(chǎn)生,

5、一個(gè)機(jī)器周期,送地址,取出指令,8.3.3 單片EPROM擴(kuò)展,下面我們以2764 EPROM芯片為例，說明MCS-51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù)。這種單片EPROM擴(kuò)展電路是最常見的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法。,一、8K EPROM擴(kuò)展電路（2764）,D7 Q7 373 D0 Q0 G,2764的地址分布,擴(kuò)展2764電路原理圖,二、16K EPROM擴(kuò)展電路（27128）,8.3.4 多片EPROM擴(kuò)展,根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，有時(shí)要擴(kuò)展多片EPROM，涉及存儲(chǔ)器的尋址技術(shù)。存儲(chǔ)器尋址分兩步： （1）存儲(chǔ)器芯片的尋址。 （2）芯片內(nèi)部存儲(chǔ)單元的尋址。 芯片內(nèi)部存儲(chǔ)單元的選擇方法很簡單，只要把存儲(chǔ)器芯片的

6、地址線和相應(yīng)的系統(tǒng)地址線按位連接，稱為“字選”。 但芯片的尋址方法有多種，存儲(chǔ)器或I/O尋址主要是研究芯片的尋址問題，稱為“片選”，常用的主要有兩種：線選法和譯碼法。,一、線選法,. . .,D7 Q7 373 D0 Q0 G,控制線,CE A12 A8 A7 A0 2764 O7 O0 OE,P2.5 P2.4 P2.0 P0.7 8051 P0.0 ALE PSEN,線選法是利用單片機(jī)地址線中的最高幾位空余線中一根作為某一片存儲(chǔ)器芯片或I/O外設(shè)的片選信號(hào)（如P2.7接EPROM的片選端CE）。線選法一般用于應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展芯片較少的場合。 線選法的特點(diǎn)是：連接簡單，無須譯碼芯片。但地址空間

7、的利用率低，地址一般不連續(xù)（分散），也可能產(chǎn)生地址重疊（即地址不是唯一的）。因此，線選法一般用于簡單的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。,CE,兩片2764怎么連呢？,可以這樣嗎？,加一反相器的兩片線選法,譯碼法是用譯碼器對(duì)單片機(jī)的最高幾位空余的地址線（如P2.7、P2.6等）進(jìn)行譯碼，而譯碼器的輸出作為“片選” 控制線。常用的譯碼器有3/8譯碼器74LS138、雙2/4譯碼器74LS139、4/16譯碼器74LS154等。,二、譯碼法,74LS139真值表,譯碼器將地址空間劃分為若干塊，其輸出作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)分別選通各芯片，譯碼法的特點(diǎn)是即充分利用了存儲(chǔ)空間，又避免了空間分散的缺點(diǎn)。因此，譯碼法一般用于比

8、較復(fù)雜的存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。,B,A,C,譯碼法擴(kuò)展電路,8.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,8031片內(nèi)RAM的容量：128B 片外最大可擴(kuò)展64K RAM。,片內(nèi)資源,8.4.1 常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,隨機(jī)存取存貯器可根據(jù)需要寫入或讀出數(shù)據(jù)。 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器可以分為靜態(tài)RAM、鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）及動(dòng)態(tài)RAM。,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,SRAM 用觸發(fā)器存儲(chǔ)信息 可隨機(jī)讀寫 只要不斷電,數(shù)據(jù)就能長期保存,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,SRAM 6264 8K X 8字節(jié) 存儲(chǔ)器,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,靜態(tài) RAM用于存放數(shù)據(jù)或作為程序運(yùn)行時(shí)工作單元，因此在使用時(shí)不僅需利用它的讀出方式，還需用到它的寫入方式 /CE信

9、號(hào)為片選信號(hào) /OE為存儲(chǔ)器讀出控制信號(hào) /WE為存儲(chǔ)器寫入控制信號(hào),隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,FRAM 信息在掉電后不會(huì)丟失 讀寫時(shí)序與SRAM相同,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,鐵電存儲(chǔ)器與靜態(tài)RAM時(shí)序的差異是: FRAM的片選-CE信號(hào)具有雙重作用，第一是鎖存寫入數(shù)據(jù)的地址，第二是在-CE為高電平時(shí)產(chǎn)生必要的內(nèi)存預(yù)充電時(shí)間。因此在設(shè)計(jì)接口時(shí)，不能像靜態(tài)RAM一樣將-CE引腳接地。,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,對(duì)于大容量的存儲(chǔ)器采用動(dòng)態(tài)RAM較經(jīng)濟(jì)，其功耗小于同樣容量的靜態(tài)RAM，存取速度也較快。 但它需要刷新電路，每隔一定的間隔需對(duì)其刷新，使各個(gè)單元的信息得到保持。 和靜態(tài)RAM不同的是，動(dòng)態(tài)RAM除了讀寫操作外，還需定

10、時(shí)刷新。,只讀存儲(chǔ)器,E2PROM 能夠重復(fù)編程 電檫除，在寫入的同時(shí)檫除 寫入包括了數(shù)據(jù)鎖存與編程 編程時(shí)間10mS 可在系統(tǒng)中編程,E2PROM AT28C256 32K X 8字節(jié) 存儲(chǔ)器,只讀存儲(chǔ)器,8.4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的原理和時(shí)序,舉一反三RAM的擴(kuò)展,6264 RAM的地址范圍可與2764 ROM的相同 因?yàn)椴煌闹噶钤L問將產(chǎn)生不同的控制信號(hào) ROM：MOVC指令及取指令操作 有效， 、 無效 RAM：MOVX 無效， / 有效 MOVX A，DPTR; 讀操作，產(chǎn)生 低電平信號(hào) MOVX DPTR , A; 寫操作，產(chǎn)生 低電平信號(hào),讀/寫外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)序,一個(gè)機(jī)器周期,

11、一個(gè)機(jī)器周期,RD/WR,注意：上述紅色線時(shí)序是在執(zhí)行MOVX 指令情況下,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間地址同程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展一樣，除了由P0口提供低8位地址線之外，還需由P2口提供若干地址線。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器所需的地址線決定于其容量的大小。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為8KB（6264）時(shí)為13根，32KB時(shí)為15根（62256）。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀和寫由8051的RD（P3.7）和WR（P3.6）信號(hào)控制，而程序存儲(chǔ)器則由讀寫選通信號(hào)PSEN控制。兩者雖然共處同一地址空間，但由于控制信號(hào)不同，因此不會(huì)發(fā)生總線沖突。 下面我們介紹幾種典型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路。,8.4.3 典型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路,（1）8051擴(kuò)展2K RAM,D

12、7 Q7 373 D0 G Q0,6116地址：0000H07FFH,（2）8051擴(kuò)展8K RAM,D7 Q7 373 D0 G Q0,6264地址：0000H1FFFH,（3）8031擴(kuò)展多片EPROM和RAM,譯碼法擴(kuò)展電路,（4）8031擴(kuò)展8K E2PROM,8.5 并行I/O口的擴(kuò)展,常用的擴(kuò)展方法有： 簡單的I/O口擴(kuò)展 可編程I/O口芯片 利用串行口擴(kuò)展并行口,51單片機(jī)有4組并口P0-P3，為什么還要擴(kuò)展I/O口？,8.5.1 簡單I/O口擴(kuò)展,（1）I/O口的直接輸入/輸出 （2）用TTL電路或MOS電路擴(kuò)展I/O口 如：用8位三態(tài)緩沖器74LS244可擴(kuò)展輸入口； 用8D

13、鎖存器74LS273、74LS373、74LS377 等可組成輸出口。,簡單I/O擴(kuò)展接口,因?yàn)?4LS273和74LS244都是在P2.7為0時(shí)被選通,所以二者地址都可以為7FFFH。 兩個(gè)芯片的地址雖然相同,但可以通過讀寫操作來區(qū)別 編程應(yīng)用如下： TEST:MOV DPTR, #7FFFH ;指向口地址 MOVX A,DPTR ;指向244讀入數(shù)據(jù)，檢測按鍵 MOVX DPTR, A ;指向273輸出數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)LED SJMP TEST,口地址的確定及編程應(yīng)用,8.5.2 可編程I/0芯片的使用,可編程I/O芯片是指芯片功能可由指令來確定，即需要對(duì)其編程。 常用的I/O口芯片有8155和

14、8255。,一、8155的結(jié)構(gòu),在8155內(nèi)部具有： （1）256字節(jié)的靜態(tài)RAM（存儲(chǔ)器工作方式） （2）三個(gè)通用的輸入/輸出口（I/O工作方式） （3）一個(gè)14位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（定時(shí)器工作方式） （4）地址鎖存器和數(shù)據(jù)總線,8155的結(jié)構(gòu)與引腳,二、8155的控制,1、8155的端口地址 8155在8051單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的I/O口、RAM是按外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址的。其高8位地址由CE和IO/M決定，低8位地址由8155的AD0AD7確定。8155內(nèi)部有7個(gè)寄存器，需要三位地址來加以區(qū)分。,PB PA,（A/B口方式）：0輸入，1輸出,PC2 PC1,IEB IEA,（A/B口中斷

15、）：0禁止中斷，1允許中斷,TM2 TM1,2、設(shè)置8155工作方式,3、8155狀態(tài)字 8155的狀態(tài)字由7位組成，最高位空出不用。狀態(tài)寄存器是只讀寄存器，其地址也為00H，格式如下。,三、8155與8051的連接,當(dāng)IO/M=0時(shí)，8155用作片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(256B)。,四、存儲(chǔ)器工作方式,當(dāng)IO/M=1時(shí)，8155作擴(kuò)展I/O口使用。 8155的I/O工作方式又可分為基本I/O和選通I/O兩種工作方式。 （1）基本I/O方式 （2）選通I/O方式,五、I/O工作方式,在該方式下，A、B、C三口均用作輸入/輸出。命令字中的D0和D1位選定A口和B口為輸出或輸入工作方式，而D3和D2選定C

16、口為輸出或輸入工作方式，ALT1（00）時(shí)PC為輸入方式， ALT2（01）時(shí)PC為輸出方式 。,（1）基本I/O方式,當(dāng)PC口設(shè)為ALT3時(shí)，PA口為選通I/O方式、PB口仍為基本I/O方式。當(dāng)PC口設(shè)為ALT4時(shí)，PA口、PB口都為選通I/O方式。 下面我們分別介紹選通I/O輸入和選通I/O輸出的工作原理。,（2）選通I/O方式,（a）選通I/O數(shù)據(jù)輸入工作原理,（b）選通I/O數(shù)據(jù)輸出工作原理,計(jì)數(shù)器低8位，該低位字節(jié)的I/O地址為04H,六、定時(shí)器工作方式,8155的定時(shí)器是一個(gè)14位的減1計(jì)數(shù)器，它只有一種工作方式，即14位計(jì)數(shù)。它由兩個(gè)8位寄存器組成，其中低14位放計(jì)數(shù)器初值，另外

17、兩位用于確定輸出方式。其格式為：,輸出方式 計(jì)數(shù)器高8位，該高位字節(jié)的I/O地址為05H,M2、M1位輸出方式,（1）8155定時(shí)器是減1計(jì)數(shù)器，不論是定時(shí)還是計(jì)數(shù)，都是對(duì)外部輸入的脈沖計(jì)數(shù)（TIMER IN引腳）。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到終點(diǎn)計(jì)數(shù)值時(shí)（溢出），可從8155定時(shí)器的輸出端（TIMER OUT引腳）輸出一個(gè)脈沖或方波。 （2）8155使用時(shí)，先將計(jì)數(shù)初值和輸出方式裝入定時(shí)器的兩個(gè)寄存器。計(jì)數(shù)初值為2H3FFFH之間的任意數(shù)。控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和停止由命令寄存器的最高2位控制。 （3）可以對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行讀操作，把定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和輸出方式位讀出。,8155定時(shí)器的使用,（4）任何時(shí)候都可以重新設(shè)置計(jì)數(shù)方式和