第6章MCS1單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)

1、第第6章章 mcs-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)6.1 mcs-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的基本概念單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的基本概念6.2 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)6.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展6.4 輸入輸入/輸出口擴(kuò)展技術(shù)輸出口擴(kuò)展技術(shù)6.1 mcs-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的基本概念單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的基本概念6.1.1 mcs-51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)6.1.2 mcs-51單片機(jī)的外部擴(kuò)展性能單片機(jī)的外部擴(kuò)展性能返回本章首頁6.1.1 mcs-51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng) 18051/8751最小應(yīng)用系統(tǒng)（最小應(yīng)用系統(tǒng)（如圖如圖6-1所示）。由于所示）

2、。由于集成度的限制，這種最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小集成度的限制，這種最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)是：型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)是：（1）全部）全部i/o口線均可供用戶使用?？诰€均可供用戶使用。（2）內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限（只有）內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限（只有4kb地址空間）。地址空間）。（3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 圖6-1 8051/8751最小應(yīng)用系統(tǒng)28031最小應(yīng)用系統(tǒng)最小應(yīng)用系統(tǒng) 8031是片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)芯片，因此是片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)芯片，因此，其最小應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)在片外擴(kuò)展，其最小應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)在片外擴(kuò)展eprom。圖。圖6-2為為用用

3、8031外接程序存儲(chǔ)器構(gòu)成的最小系統(tǒng)。外接程序存儲(chǔ)器構(gòu)成的最小系統(tǒng)。圖6-2 8031最小應(yīng)用系統(tǒng)返回本節(jié)6.1.2 mcs-51單片機(jī)的外部擴(kuò)展性能單片機(jī)的外部擴(kuò)展性能1mcs-51單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu)單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu) mcs-51系列單片機(jī)片外引腳可以構(gòu)成如圖系列單片機(jī)片外引腳可以構(gòu)成如圖6-3所所示的三總線結(jié)構(gòu)：示的三總線結(jié)構(gòu)： 地址總線（地址總線（ab） 數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（db） 控制總線（控制總線（cb） 所有外部芯片都通過這三組總線進(jìn)行擴(kuò)展。所有外部芯片都通過這三組總線進(jìn)行擴(kuò)展。圖6-3 8031單片機(jī)總線引腳結(jié)構(gòu)2mcs-51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力 當(dāng)系統(tǒng)

4、要大量配置外圍設(shè)備以及要擴(kuò)展較多的當(dāng)系統(tǒng)要大量配置外圍設(shè)備以及要擴(kuò)展較多的i/o口時(shí)，將占去大量的口時(shí)，將占去大量的ram地址。地址。 當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)存儲(chǔ)擴(kuò)展容量或擴(kuò)展當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)存儲(chǔ)擴(kuò)展容量或擴(kuò)展i/o口地址超過口地址超過單片機(jī)地址總線范圍時(shí)，可采用換體法解決。如單片機(jī)地址總線范圍時(shí)，可采用換體法解決。如圖圖6-4所示。所示。 圖6-4 用i/o線來控制片外存儲(chǔ)器換體返回本節(jié)6.2 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)6.2.1 eprom擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路6.2.2 eeprom擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路返回本章首頁圖6-5 28引腳eprom芯片管腳配置6.2.1 eprom擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路圖6-6 27

5、64 eprom擴(kuò)展電路12764a eprom擴(kuò)展電路227128a eprom擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路 圖6-7 27128a eprom擴(kuò)展電路返回本節(jié)6.2.2 eeprom擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路 eeprom是一種電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，是一種電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，其主要特點(diǎn)是能在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行在線修改，其主要特點(diǎn)是能在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行在線修改，并能在斷電的情況下保持修改的結(jié)果。因而在智并能在斷電的情況下保持修改的結(jié)果。因而在智能化儀器儀表、控制裝置等領(lǐng)域得到普遍采用。能化儀器儀表、控制裝置等領(lǐng)域得到普遍采用。 常用的常用的eeprom芯片主要有芯片主要有intel 2817a、2864a等。

6、等。圖6-8 2817a管腳配置12817a eeprom擴(kuò)展擴(kuò)展圖6-9 2817a eeprom擴(kuò)展電路 設(shè)置源數(shù)據(jù)塊首址標(biāo)區(qū)首地址原地址=sasa末地址？寫入一個(gè)字節(jié)p1.0=0?源地址加1目標(biāo)地址加1傳送結(jié)束圖6-10 ram與eeprom數(shù)據(jù)傳送流程圖 22864a eeprom 擴(kuò)展 圖6-11 2864a管腳配置 2864a有四種工作方式：有四種工作方式：（1）維持方式）維持方式（2）讀出方式）讀出方式 （3）寫入方式）寫入方式 （4）數(shù)據(jù)查詢方式）數(shù)據(jù)查詢方式 2864a與與8031單片機(jī)的硬件連接如圖單片機(jī)的硬件連接如圖6-12所示。所示。 圖6-12 2864a eepro

7、m擴(kuò)展電路返回本節(jié)6.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展6.3.1 靜態(tài)靜態(tài)ram擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路6.3.2 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ram擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路返回本章首頁6.3.1 靜態(tài)靜態(tài)ram擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路常用的靜態(tài)常用的靜態(tài)ram芯片有芯片有6116，6264，62256等，其等，其管腳配置如圖管腳配置如圖6-13所示。所示。16264靜態(tài)靜態(tài)ram擴(kuò)展擴(kuò)展表表6-1給出了給出了6264的操作方式，圖的操作方式，圖6-14為為6264靜態(tài)靜態(tài)ram擴(kuò)展電路。擴(kuò)展電路。262256靜態(tài)靜態(tài)ram擴(kuò)展擴(kuò)展62256是是32k8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，cmos工藝制作，單一工藝制作，單一+5

8、v供電。供電。28腳雙列直插式封裝腳雙列直插式封裝。 圖6-13 常用靜態(tài)ram芯片管腳配置表6-1 6264的操作方式圖6-14 6264靜態(tài)ram擴(kuò)展電路返回本節(jié)6.3.2 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ram擴(kuò)展電擴(kuò)展電12164a動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ram擴(kuò)展擴(kuò)展l l 行列地址選通信號(hào)行列地址選通信號(hào)l l 刷新方法刷新方法l l 地址信息延時(shí)的實(shí)現(xiàn)地址信息延時(shí)的實(shí)現(xiàn)圖6-15 2164a芯片圖6-16 64k動(dòng)態(tài)ram擴(kuò)展電路（a）8051（b）2164a圖6-17 8051和2164a總線定時(shí)波形22186集成動(dòng)態(tài)集成動(dòng)態(tài)ram擴(kuò)展擴(kuò)展 2186是片內(nèi)具有是片內(nèi)具有8k8位動(dòng)態(tài)位動(dòng)態(tài)ram系統(tǒng)的集成系統(tǒng)的集成ra

9、m。單一。單一+5v供電，工作電流供電，工作電流70ma，維持電流，維持電流20ma，存取時(shí)間為，存取時(shí)間為250ns。28腳雙列直插式封裝，腳雙列直插式封裝，管腳與管腳與6264靜態(tài)靜態(tài)ram完全兼容，其管腳配置如圖完全兼容，其管腳配置如圖6-18所示。所示。 圖圖6-19給出了給出了8051/8751擴(kuò)展擴(kuò)展2186集成動(dòng)態(tài)集成動(dòng)態(tài)ram的硬件電路圖。的硬件電路圖。圖6-18 2817a管腳配置 圖6-19 2186集成動(dòng)態(tài)ram擴(kuò)展電路返回本節(jié)6.4 輸入輸入/輸出口擴(kuò)展技術(shù)輸出口擴(kuò)展技術(shù)6.4.1 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單i/o口擴(kuò)展口擴(kuò)展6.4.2 可編程可編程i/o口擴(kuò)展口擴(kuò)展返回本章首頁6.4.

10、1 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單i/o口擴(kuò)展口擴(kuò)展1用并行口擴(kuò)展用并行口擴(kuò)展i/o口口 只要根據(jù)只要根據(jù)“輸入三態(tài)，輸出鎖存輸入三態(tài)，輸出鎖存”與總線相與總線相連的原則，選擇連的原則，選擇74ls系列的系列的ttl電路或電路或mos電路電路即能組成簡(jiǎn)單的擴(kuò)展即能組成簡(jiǎn)單的擴(kuò)展i/o口。例如采用口。例如采用8位三態(tài)緩位三態(tài)緩沖器沖器74ls244組成輸入口，采用組成輸入口，采用8d鎖存器鎖存器74ls273，74ls373，74ls377等組成輸出口。等組成輸出口。 圖圖6-20給出了一種簡(jiǎn)單的輸入、輸出口擴(kuò)展給出了一種簡(jiǎn)單的輸入、輸出口擴(kuò)展電路。電路。當(dāng)要擴(kuò)展多個(gè)輸入當(dāng)要擴(kuò)展多個(gè)輸入/輸出口時(shí)，可采用圖輸出口時(shí)，

11、可采用圖6-21所示連接方法。所示連接方法。圖6-20 簡(jiǎn)單i/o擴(kuò)展接口圖6-20 簡(jiǎn)單i/o擴(kuò)展接口2用串行口擴(kuò)展用串行口擴(kuò)展i/o口口 當(dāng)當(dāng)mcs-51單片機(jī)串行口工作在方式單片機(jī)串行口工作在方式0時(shí)，使時(shí)，使用移位寄存器芯片可以擴(kuò)展一個(gè)或多個(gè)用移位寄存器芯片可以擴(kuò)展一個(gè)或多個(gè)8位并行位并行i/o口。這種方法不會(huì)占用片外口。這種方法不會(huì)占用片外ram地址，而且地址，而且可節(jié)省單片機(jī)的硬件開銷。缺點(diǎn)是操作速度較慢可節(jié)省單片機(jī)的硬件開銷。缺點(diǎn)是操作速度較慢，擴(kuò)展芯片越多，速度越慢。，擴(kuò)展芯片越多，速度越慢。 圖圖6-22和圖和圖6-23分別給出了利用串行口擴(kuò)展分別給出了利用串行口擴(kuò)展2個(gè)個(gè)8

12、位并行輸入口（使用位并行輸入口（使用74ls165）和擴(kuò)展）和擴(kuò)展2個(gè)個(gè)8位位并行輸出口（使用并行輸出口（使用74ls164）的接口電路。）的接口電路。圖6-22 利用串行口擴(kuò)展并行輸入口圖6-23 利用串行口擴(kuò)展并行輸出口返回本節(jié)6.4.2 可編程可編程i/o口擴(kuò)展口擴(kuò)展表6-2 常用intel 系列可編程接口芯片型號(hào)名稱說明8155并行接口帶256字節(jié)的ram和14位定時(shí)/計(jì)數(shù)器8255通用并行接口 8251同步/異步通訊接口 8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器 8279鍵盤/顯示接口 18155的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能圖圖6-24是是8155的結(jié)構(gòu)框圖。在的結(jié)構(gòu)框圖。在8155內(nèi)部具有：內(nèi)部具

13、有：（1）256字節(jié)的靜態(tài)字節(jié)的靜態(tài)ram，存取時(shí)間為，存取時(shí)間為400ns。（2）三個(gè)通用的輸入）三個(gè)通用的輸入/輸出口。輸出口。（3）一個(gè)）一個(gè)14位的可編程定時(shí)位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器。（4）地址鎖存器及多路轉(zhuǎn)換的地址和數(shù)據(jù)總線。）地址鎖存器及多路轉(zhuǎn)換的地址和數(shù)據(jù)總線。（5）單一）單一+5v電源，電源，40腳雙列直插式封裝。腳雙列直插式封裝。 （a）邏輯結(jié)構(gòu)（b）引腳圖圖6-24 8155的邏輯結(jié)構(gòu)及引腳28155的的ram和和i/o地址編碼地址編碼表6-3 8155口地址分布38155的工作方式與基本操作的工作方式與基本操作（1）作片外）作片外256字節(jié)字節(jié)ram使用。使用。 （2）作擴(kuò)展）作擴(kuò)展i/o口使用?？谑褂?。命令控制字的格式如圖命令控制字的格式如圖6-25所示。所示。其中其中c口工作方式如表口工作方式如表6-4所示。狀態(tài)所示。狀態(tài)字格式如圖字格式如圖6-26所示。所示。（3）作定時(shí)器使用。其格式如圖）作定時(shí)器使用。其格式如圖6-27所示。所示。 圖6-25 8155命令控制字格式表6-4 c口工作方式及控制信號(hào)分布圖6-26 8155狀態(tài)字格式圖6-27 8155定時(shí)器格式及輸出方式 4mcs-51單片機(jī)與單片機(jī)與8155的接口與操作的接口與操作 mcs-51單