第8章串口通信

第8章MCS-51單片機擴展存儲器的設(shè)計8.1概述片內(nèi)的資源如不滿足需要，需外擴存儲器和I/O功能部件：系統(tǒng)擴展問題，內(nèi)容主要有：(1)外部存儲器的擴展（外部存儲器又分為外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器）(2)I/O接口部件的擴展。本章介紹MCS–51單片機如何擴展外部存儲器，I/O接口部件的擴展下一章介紹。系統(tǒng)擴展結(jié)構(gòu)如下圖:MCS-51單片機外部存儲器結(jié)構(gòu):哈佛結(jié)構(gòu)。MCS-96單片機的存儲器結(jié)構(gòu):普林斯頓結(jié)構(gòu)。MCS-51數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的最大擴展空間各為64KB。系統(tǒng)擴展首先要構(gòu)造系統(tǒng)總線。8.2系統(tǒng)總線及總線構(gòu)造8.2.1系統(tǒng)總線按其功能通常把系統(tǒng)總線分為三組：1.地址總線（AdressBus,簡寫AB）

2.數(shù)據(jù)總線(DataBus，簡寫DB)

3.控制總線（ControlBus，簡寫CB）

8.2.2構(gòu)造系統(tǒng)總線

系統(tǒng)擴展的首要問題:構(gòu)造系統(tǒng)總線，然后再往系統(tǒng)總線上“掛”存儲器芯片或I/O接口芯片，“掛”存儲器芯片就是存儲器擴展，“掛”I/O接口芯片就是I/O擴展。MCS-51由于受引腳數(shù)目的限制，數(shù)據(jù)線和低8位地址線復(fù)用。為了將它們分離出來，需要外加地址鎖存器，從而構(gòu)成與一般CPU相類似的片外三總線，見圖8-2。

地址鎖存器一般采用74LS373，采用74LS373的地址總線的擴展電路如下圖(圖8-3)。

1.以P0口作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線。2．以P2口的口線作高位地址線。3.控制信號線。 *使用ALE信號作為低8位地址的鎖存控制信號。 *以PSEN*信號作為擴展程序存儲器的讀選通信號。 *以EA*信號作為內(nèi)外程序存儲器的選擇控制信號。 *由RD*和WR*信號作為擴展數(shù)據(jù)存儲器和I/O口的讀選通、寫選通信號。盡管MCS-51有4個并行I/O口，共32條口線，但由于系統(tǒng)擴展需要，真正作為數(shù)據(jù)I/O使用的，就剩下P1口和P3口的部分口線。8.3讀寫控制、地址空間分配和外部地址鎖存器8.3.1存儲器擴展的讀寫控制RAM芯片：讀寫控制引腳，記為OE*和WE*，與MCS-51的RD*和WR*相連。EPROM芯片：只能讀出，故只有讀出引腳，記為OE*

，該引腳與MCS-51的PSEN*相連。8.3.2存儲器地址空間分配MCS-51發(fā)出的地址是用來選擇某個存儲器單元進行讀寫，要完成這種功能，必須進行兩種選擇：“片選”和“單元選擇”。存儲器空間分配除考慮地址線連接外，還討論各存儲器芯片在整個存儲空間中所占據(jù)的地址范圍，

常用的存儲器地址分配的方法有兩種：線性選擇法（簡稱線選法）和地址譯碼法（簡稱譯碼法）。1.線選法

直接利用系統(tǒng)的高位地址線作為存儲器芯片（或I/O接口芯片）的片選信號。優(yōu)點：電路簡單，不需要地址譯碼器硬件，體積小，成本低。

缺點：可尋址的器件數(shù)目受到限制，地址空間不連續(xù)，地址不唯一。例某一系統(tǒng)，需要外擴8KB的EPROM（2片2732），4KB的RAM（2片6116），這些芯片與MCS-51單片機地址分配有關(guān)的地址線連線，電路如下圖。

2732:4KB程序存儲器，有12根地址線A0～A11，分別與單片機的P0口及P2.0～P2.3口相連。2732（1）的片選端接A15（P2.7），2732（2）的片選端接A14（P2.6）。當(dāng)要選中某個芯片時，單片機P2口對應(yīng)的片選信號引腳應(yīng)為低電平，其它引腳一定要為高電平。6116:2KB數(shù)據(jù)存儲器，需要11根地址線作為單元的選擇，而剩下的P2口線（P2.4～P2.7）作為片選線。兩片程序存儲器的地址范圍：

2732（1）的地址范圍：7000H～7FFFH;

2732（2）的地址范圍:B000H～BFFFH;

6116（1）的地址范圍：E800H～EFFFH;

6116（2）的地址范圍：D800H～DFFFH。

線選法特點：簡單明了，不需另外增加硬件電路。只適于外擴芯片不多，規(guī)模不大的單片機系統(tǒng)。2.譯碼法

最常用的譯碼器芯片：74LS138（3-8譯碼器）74LS139（雙2-4譯碼器）74LS154（4-16譯碼器）?？筛鶕?jù)設(shè)計任務(wù)的要求，產(chǎn)生片選信號。全譯碼：全部高位地址線都參加譯碼；部分譯碼：僅部分高位地址線參加譯碼。(1)74LS138（3～8譯碼器）

引腳如圖8-5，譯碼功能如表8-1（P167）所示。當(dāng)譯碼器的輸入為某一個固定編碼時，其輸出只有某一個固定的引腳輸出為低電平，其余的為高電平。

74LS138譯碼器真值表

輸入輸出

G1G2A*G2B*CBAY7*Y6*Y5*Y4*Y3*Y2*Y1*Y0*

(2)74LS139（雙2-4譯碼器）引腳如下圖。真值表如表8-2（P168）所示。下面以74LS138為例,介紹如何進行地址分配。例要擴8片8KB的RAM6264，如何通過74LS138把64KB空間分配給各個芯片？采用的是全地址譯碼方式，單片機發(fā)地址碼時，每次只能選中一個存儲單元。同類存儲器間不會產(chǎn)生地址重疊的問題。如果用74LS138把64K空間全部劃分為每塊4KB，如何劃分呢？見下圖。8.3.3外部地址鎖存器常用的地址鎖存器芯片有:74LS373、8282、74LS573等。1.鎖存器74LS373帶有三態(tài)門的8D鎖存器,其引腳其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖。

引腳說明如下:D7～D0:8位數(shù)據(jù)輸入線。Q7～Q0:8位數(shù)據(jù)輸出線。G:數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號,

OE*:

數(shù)據(jù)輸出允許信號2.鎖存器8282功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)與74LS373完全一樣，只是其引腳的排列與74LS373不同，8282的引腳如下圖。

引腳的排列為繪制印刷電路板時的布線提供了方便。3．鎖存器74LS573輸入的D端和輸出的Q端也是依次排在芯片的兩側(cè)，與鎖存器8282一樣，為繪制印刷電路板時的布線提供了方便。8.4程序存儲器EPROM的擴展

采用只讀存儲器，非易失性。（1）掩膜ROM在制造過程中編程。成本較高，因此只適合于大批量生產(chǎn)。（2）可編程ROM（PROM）用獨立的編程器寫入。但PROM只能寫入一次，且不能再修改。

（3）EPROM電信號編程，紫外線擦除的只讀存儲器芯片。（4）E2PROM（EEPROM）電信號編程，電信號擦除的ROM芯片。讀寫操作與RAM幾乎沒有什么差別，只是寫入的速度慢一些。但斷電后能夠保存信息。（5）FlashROM又稱閃爍存儲器，簡稱閃存。大有取代E2PROM的趨勢。8.4.1常用EPROM芯片介紹典型芯片是27系列產(chǎn)品，例如，2764（8KB×8）、27128（16KB×8）、27256（32KB×8）、27512（64KB×8）?！?7”后面的數(shù)字表示其位存儲容量。

擴展程序存儲器時，應(yīng)盡量用大容量的芯片。1.常用的EPROM芯片參數(shù)見表8-4（P123）。引腳如下圖。引腳功能如下：A0～A15：地址線引腳。數(shù)目決定存儲容量來定，用來進行單元選擇。D7～D0：數(shù)據(jù)線引腳CE*：片選輸入端OE*：輸出允許控制端PGM*：編程時，加編程脈沖的輸入端Vpp：編程時，編程電壓（+12V或+25V）輸入端Vcc：+5V，芯片的工作電壓。

GND：數(shù)字地。NC：無用端2.EPROM芯片的工作方式（1）讀出方式片選控制線為低,同時輸出允許控制線為低，Vpp為+5V，指定地址單元的內(nèi)容從D7～D0上讀出。

（2）未選中方式片選控制線為高電平。（3）編程方式

Vpp端加上規(guī)定高壓,CE*和OE*端加合適電平(不同的芯片要求不同)，就能將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入到指定的地址單元。（4）編程校驗方式

（5）編程禁止方式輸出呈高阻狀態(tài)，不寫入程序。8.4.2程序存儲器的操作時序1.訪問程序存儲器的控制信號（1）ALE

（2）PSEN*（3）EA*如果指令是從片外EPROM中讀取，ALE用于低8位地址鎖存，PSEN*接外擴EPROM的OE*腳。P0口:分時低8位地址總線和數(shù)據(jù)總線，P2口:高8位地址線。

2.操作時序

(1)應(yīng)用系統(tǒng)中無片外RAM

(2)應(yīng)用系統(tǒng)中接有片外RAM由圖(b)可看出：（1）將ALE用作定時脈沖輸出時，執(zhí)行一次MOVX指令就會丟失一個脈沖。（2）只有在執(zhí)行MOVX指令時的第二個機器周期期間，地址總線才由數(shù)據(jù)存儲器使用。8.4.3典型的EPROM接口電路1.使用單片EPROM的擴展電路

2716、2732EPROM價格貴，容量小，且難以買到。僅介紹2764、27128、27256、27512芯片的接口電路。

下圖為外擴16K字節(jié)的EPROM27128的接口電路圖。MCS-51外擴單片32K字節(jié)的EPROM27256的接口。

程序存儲器所占的地址空間，自己分析。3.使用多片EPROM的擴展電路MCS-51擴展4片27128。

4片27128各自所占的地址空間，自己分析。8.5靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器的擴展8.5.1常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片典型型號有:6116、6264、62128、62256。+5V電源供電，雙列直插封裝，6116為24引腳封裝，6264、62128、62256為28引腳封裝，引腳如下圖。各引腳功能如下:A0～A14：地址輸入線。D0～D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。CE*：片選信號輸入。對于6264芯片，當(dāng)26腳(CS)為高電平時,且CE*為低電平時才選中該片。

OE*：讀選通信號輸入線。WE*：寫允許信號輸入線，低電平有效。Vcc：工作電源+5VGND：地有讀出、寫入、維持三種工作方式，這些工作方式的操作控制如表8-6(P181)。8.5.2外擴數(shù)據(jù)存儲器的讀寫操作時序1.讀片外RAM操作時序

2.寫片外RAM操作時序

寫是CPU主動把數(shù)據(jù)送上P0口總線。故在時序上，CPU先向P0口總線上送完8位地址后，在S3狀態(tài)就將數(shù)據(jù)送到P0口總線。

8.5.3典型的外擴數(shù)據(jù)存儲器的接口電路

圖8-21給出了用線選法擴展8031外部數(shù)據(jù)存儲器的電路。

地址線為A0～A12，故8031剩余地址線為三根。用線選法可擴展3片6264。3片6264對應(yīng)的存儲器空間如下表。譯碼選通法擴展,如下圖所示。各片62128地址分配見表8-9。

表8-9各片62128地址分配

P2.6P2.7譯碼輸出選中芯片地址范圍存儲容量

00YO*IC10000H-3FFFH16K01Y1*IC24000H-7FFFH16K10Y2*IC38000H-BFFFH16K11Y3*IC4C000H-FFFFH16K

單片62256與8031的接口電路如圖8-23所示。地址范圍為0000H～7FFFH。

例8-1編寫程序?qū)⑵鈹?shù)據(jù)存儲器中5000H～50FFH單元全部清零。

方法1：用DPTR作為數(shù)據(jù)區(qū)地址指針，同時使用字節(jié)計數(shù)器。

MOVDPTR，#5000H；設(shè)置數(shù)據(jù)塊指針的初值 MOVR7，#00H ；設(shè)置塊長度計數(shù)器初值 CLRALOOP：MOVX@DPTR，A；把某一單元清零 INCDPTR ；地址指針加1

DJNZR7，LOOP；數(shù)據(jù)塊長度減1，若不為0則繼續(xù)清零HERE：SJMPHERE ；執(zhí)行完畢，原地踏步方法2：用DPTR作為數(shù)據(jù)區(qū)地址指針，但不使用字節(jié)計數(shù)器，而是比較特征地址。

MOVDPTR，#5000H CLRALOOP： MOVX@DPTR，A INCDPTR MOVR7，DPL CJNER7，#0，LOOP；與末地址+1比較HERE： SJMPHERE8.6EPROM和RAM的綜合擴展8.6.1綜合擴展的硬件接口電路例8-2

采用線選法擴展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROM。RAM選6264，EPROM選2764。擴展接口電路見下圖。

（1）各芯片地址空間分配（2）控制信號及片選信號IC2和IC4占用地址空間為2000H～3FFFH共8KB。同理IC1、IC3地址范圍4000H～5FFFH（P2.6=1、P2.5=0、P2.7=0）。線選法地址不連續(xù)，地址空間利用不充分。例8-3采用譯碼器法擴展2片8KBEPROM，2片8KBRAM。EPROM選用2764，RAM選用6264。共擴展4片芯片。擴展接口電路見圖8-25。各存儲器的地址范圍如下：

可見譯碼法進行地址分配，各芯片地址空間是連續(xù)的。8.6.2外擴存儲器