1、第6章 單片機(jī)總線與存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用,內(nèi) 容 提 要,單片機(jī)系統(tǒng)總線和系統(tǒng)擴(kuò)展方法 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 *新型存儲(chǔ)器擴(kuò)展,MCS51系列單片機(jī)的特點(diǎn)就是體積小，功能全，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，硬件設(shè)計(jì)靈活。對(duì)于簡(jiǎn)單 的應(yīng)用，最小系統(tǒng)即能滿足要求。 所謂最小系統(tǒng)是指在最少的外部電路條件下，形成一個(gè)可獨(dú)立工作的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。一片89C51，或者一片8031外接一片 EPROM就構(gòu)成了一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)。 在很多復(fù)雜的應(yīng)用情況下，單片機(jī)內(nèi)的RAM ，ROM 和 I/O接口數(shù)量有限，不夠使用，這種情況下就需要進(jìn)行擴(kuò)展。因此單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò) 展主要是指外接數(shù)據(jù)存貯器、程序存貯器

2、或I/O接口等，以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的需要。,6.1單片機(jī)系統(tǒng)總線和系統(tǒng)擴(kuò)展方法,單片機(jī)是通過(guò)地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線與外部交換信息的。MCS-51單片機(jī)的總線接口信號(hào)見(jiàn)圖,由圖可見(jiàn)： 1）由于Po分時(shí)傳送地址/數(shù)據(jù)信息，在接口電路中，通常配置地址鎖存器，有ALE信號(hào)鎖存低8位地址AoA7，以分離地址和數(shù)據(jù)信息。 2）P2口傳送高8位地址A8A15。 3 ) PSEN為程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)，是在取指令 碼時(shí)或執(zhí)行MOVC指令時(shí)變?yōu)橛行А?RD、WR為 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O口的讀、寫控制 信號(hào)。是執(zhí)行MOVX指令時(shí)變?yōu)橛行А?系統(tǒng)的擴(kuò)展的連線原則 系統(tǒng)的擴(kuò)展歸結(jié)為三總線的連接，連接的方法很簡(jiǎn)單，連線

3、時(shí)應(yīng)遵守下列原則： 1. 連接的雙方 數(shù)據(jù)線連數(shù)據(jù)線，地址線連地址線， 控制線連控制線。要特別注意的是： 程序存儲(chǔ)器接PSEN; 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接RD和WR 2. 控制線相同的地址線不能相同， 地址線相同的控制線不能相同。 3. 片選信號(hào)有效的芯片才選中工作，當(dāng)一類芯片僅一片時(shí)片選端可接地，當(dāng)同類芯片多片時(shí)片選端可通過(guò)線譯碼、部分譯碼、全譯碼接地址線（通常是高位地址線） ，在單片機(jī)中多采用線選法。,6.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,6.2.1 EPROM的擴(kuò)展,程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的安排應(yīng)滿足單片機(jī)從外存取指令的時(shí)序要求。從時(shí)序圖中分析ALE、PSEN、Po和P2怎樣配合使程序存儲(chǔ)器完成取指操作，從而得出擴(kuò)

4、展程序存儲(chǔ)器的方法。 單片機(jī)一直處于不斷的取指令碼執(zhí)行取指令碼執(zhí)行的工作過(guò)程中，在取指令碼時(shí)和執(zhí)行MOVC指令時(shí)PSEN會(huì)變?yōu)橛行В推渌盘?hào)配合完成從程序存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)。,一個(gè)機(jī)器周期,根據(jù)以上取指時(shí)序的要求，8XX51單片機(jī)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器2732的電路圖見(jiàn)圖,圖中，74LS373為8D鎖存器，其主要特點(diǎn)在于：控制端為高電平時(shí)，輸出QoQ7復(fù)現(xiàn)輸入DoD7的狀態(tài)；G為下跳沿時(shí)DoD7的狀態(tài)被鎖存在QoQ7上。當(dāng)把ALE與G相連后，ALE的下跳沿正好把Po端口上此時(shí)出現(xiàn)的PC寄存器指示的低8位指令地址AoA7鎖存在74LS373的QoQ7上，PC的高4位地址A8A11則直接由P2.0P2.3提

5、供。,由于只擴(kuò)展了一片2732EPROM，因此2732的片選端接地。 PSEN與2732的輸出允許型號(hào)OE相連，PSEN 的上升沿使OE有效，打開(kāi)2732中由A0A11指定的地址單元，該單元中的指令碼從2732的O0O7輸出，被正好處于讀入狀態(tài)的Po端口輸入到單片機(jī)內(nèi), 經(jīng)譯碼執(zhí)行。這就是從外存指定地址單元中取出 1 字節(jié)指令并加以執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程。,單片機(jī)擴(kuò)展2761，2764，27128等EPROM的 方法與圖9-3相同，差別僅在于不同的芯片的存儲(chǔ) 容量的大小不同，因而使用高8位地址的P2端口線 的根數(shù)不同。 擴(kuò)展2716 （2KB）需使用A8A10 三條高位地址線 擴(kuò)展2764（8KB）需

6、要A8A12 五條高位地址線。 擴(kuò)展27128（16KB)時(shí) 需要A8A13六條高位地址線。 這是因?yàn)?存儲(chǔ)器其容量=2N N為地址線的根數(shù) 注意：2764和27128的PGM引腳應(yīng)接Vcc。,6.2.2 EEPROM的擴(kuò)展,1. 電可擦除只讀存儲(chǔ)器EEPROM的性能 電可擦除只讀存儲(chǔ)器EEPROM即可像EPROM那樣長(zhǎng)期非易失地保存信息，又可像RAM那樣隨時(shí)用電改寫，近年來(lái)出現(xiàn)了快擦下FLASH EEPROM，它門被廣泛用作單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 目前，常用的EEPROM如表9-1，它們有如下共同特點(diǎn)： *單+5V供電，電可擦除可改寫。 *使用次數(shù)為1萬(wàn)次，信息保存時(shí)間為10年。

7、*讀出時(shí)間為ns級(jí)，寫入時(shí)間為ms級(jí)。 *芯片因角信號(hào)與相應(yīng)的RAM和EPROM芯片兼容，見(jiàn)表9-1。,EEPROM的使用非常簡(jiǎn)單方便。不用紫外線擦除，在單一的+5V電壓下寫入的新數(shù)據(jù)即覆蓋了舊數(shù)據(jù)。下面以2864為例說(shuō)明EEPROM和單片機(jī)的連接方法。,2864為8KB EEPROM維持電流為60mA，典型讀出時(shí)間為200350ns，字節(jié)編程寫入時(shí)間為1020s，芯片內(nèi)有電壓提升電路，編程時(shí)不必增高壓，單一+5V供電。引腳和6264，2764兼容，引腳配置見(jiàn)右圖。 8XX51擴(kuò)展2864硬件電路如下圖所示。圖中2864即可作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，有又可作為程序存儲(chǔ)器。由于只擴(kuò)展了一片，片選端接地。,

8、6.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,MCS-51單片機(jī)內(nèi)只有128字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM，當(dāng)應(yīng)用中需要更多的RAM時(shí)，只能在片外擴(kuò)展?？蓴U(kuò)展的最大容量為64KB 圖9-6是單片機(jī)對(duì)片外RAM進(jìn)行讀操作的時(shí)序。 當(dāng)執(zhí)行指令 MOVX A，Ri 或 MOVXA，DPTR 時(shí)進(jìn)入外部數(shù)據(jù)RAM是的讀周期。,1. 外部數(shù)據(jù)RAM的讀周期時(shí)序,在ALE的上升沿，把外部程序存儲(chǔ)器的指令讀入后就開(kāi)始了對(duì)片外RAM的讀過(guò)程。 ALE高電平期間，在P0處于高阻三態(tài)后，根據(jù)指令 間址提供的地址，P2口輸出外部RAM的高8位地址A15A8 ，P0端口輸出低8位地址A7A0 ；在ALE下跳沿，P0輸出的低8位地址被鎖存在鎖存器中，隨

9、后P0又進(jìn)入高阻三態(tài)，RD信號(hào)有效后，被選中的RAM的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，P0 處于輸入狀態(tài)，CPU從P0 讀入外部RAM的數(shù)據(jù) 。,2. 外部數(shù)據(jù)RAM的寫周期 當(dāng)執(zhí)行MOVX Ri，A 或 MOVX DPTR，A指令時(shí)進(jìn)入外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫周期，其寫周期時(shí)序如下：,寫外部RAM的操作時(shí)序與讀外部RAM的時(shí)序差別在于：其一，WR有效代替RD有效，以表明這是寫數(shù)據(jù)RAM的操作；其二，在P0輸出低8位地址A0A7后，P0立即處于輸出狀態(tài)，提供要寫入外部RAM的數(shù)據(jù)供外部RAM取走。,由以上時(shí)序分析可見(jiàn)，訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)RAM的操作與從外部程序存儲(chǔ)器取指令的過(guò)程基本相同，只是前者有讀有寫，而后者只有

10、讀而無(wú)寫；前者用RD或WR選通，而后者用PSEN選通；前者一個(gè)機(jī)器周期中ALE兩次有效，后者則只有一次有效。因此，不難得出51單片機(jī)和外部RAM的連接方法。,8XX51單片機(jī)擴(kuò)展8KB靜態(tài)RAM 6264的電路見(jiàn)下圖。,由圖9-8可見(jiàn)，ALE把P0端口輸出的低8位地址A0A7鎖存在74LS373，P2口的P2.0P2.4直接輸出高5位地址A8A12，由于單片機(jī)的RD和WR分別與6264的輸出允許OE和寫信號(hào)WE相連，執(zhí)行讀操作指令時(shí)，RD使OE有效，6262 RAM中指定地址單元的數(shù)據(jù)經(jīng)D0D7由P0 口讀入；執(zhí)行寫指令時(shí)，WR使WE有效，由P0口提供的要寫入RAM的數(shù)據(jù)經(jīng)DoD7寫入6264

11、的指定地址單元中。 單片機(jī)8XX51讀寫外部數(shù)據(jù)RAM的操作使用MOVX指令，用 Ri 間址或用 DPTR 間址。,要把A累加器中內(nèi)容寫入外部數(shù)據(jù)RAM1050H地址單元，其程序可為： MOV P2，#10H MOV R1，#50H MOVX R1，A 或 MOV DPTR，#1050H MOVX DPTR，A,例如，將外部數(shù)據(jù)RAM1050H地址單元中的內(nèi)容讀入A累加器，可有如下兩種程序。 第一種 MOV P2，#10H ；端口提供高8位地址 MOV R1，#50H ；Ri提供低8位地址 MOVX A，R1 第二種 MOV DPTR，#1050H MOVX A，DPTR ；DPTR提供16位地址,MCS-51系列單片機(jī)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器在邏輯上是嚴(yán)格分開(kāi)的，在實(shí)際設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，程序若放在RAM，可方