單片機(jī)課件專題八系統(tǒng)擴(kuò)展錄像上課用

課程名稱：計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)本講內(nèi)容：

專題八MCS-51擴(kuò)展系統(tǒng)HebeiUniversityofTechnology河北省級(jí)精品課課程內(nèi)容：MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用一、ROM類作程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展二、RAM類作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展三、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器混合擴(kuò)展四、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與I/O口綜合擴(kuò)展五、選片方法1、線選法2、譯碼法六、掌握上述各類芯片的擴(kuò)展思路方法本專題重點(diǎn)講授內(nèi)容及要求擴(kuò)展思路方法（分析_解決）1、根據(jù)單片機(jī)的型號(hào)和應(yīng)用系統(tǒng)的要求確定擴(kuò)展存儲(chǔ)器的類型、容量或I/O口的類型。包括芯片的類型、個(gè)數(shù)、容量、特點(diǎn)、要求。2、根據(jù)位擴(kuò)展、字?jǐn)U展，確定存儲(chǔ)器芯片的個(gè)數(shù)。

例如：要擴(kuò)展8KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用2114，1K*4bit，幾個(gè)芯片？用6116，2KB的用幾個(gè)芯片？用6264，8KB的用幾個(gè)芯片？

3、統(tǒng)籌地址，確定片選方法。4、存儲(chǔ)器或I/O口如何與單片機(jī)的外部擴(kuò)展三總線連接？7.1概述7.2外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展7.3外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展7.4外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器的綜合擴(kuò)展位擴(kuò)展小結(jié)

作業(yè)第七章MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展7.1概述1_MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的分類2_MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的必要性3_存儲(chǔ)器可擴(kuò)容量、分類、結(jié)構(gòu)及三總線4_I/O口可擴(kuò)容量、分類、結(jié)構(gòu)及三總線5_MCS-51單片機(jī)外部擴(kuò)展三總線6_地址鎖存器7_存儲(chǔ)器、I/O口與單片機(jī)的三總線的連接是關(guān)鍵8_地址譯碼器及地址譯碼技術(shù)（片選技術(shù)）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可以分為：1）單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)工作時(shí)應(yīng)具備的最基本條件，因單片機(jī)型號(hào)不同，單片機(jī)最小系統(tǒng)也有差異。

8051、8751內(nèi)部程序存儲(chǔ)器4KB，不必外擴(kuò)時(shí)，就構(gòu)成了單片機(jī)最小系統(tǒng)；8031僅外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，也構(gòu)成8031最小系統(tǒng)。2）單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)

當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部的資源不滿足實(shí)際應(yīng)用的需要時(shí)，要外擴(kuò)存儲(chǔ)器和I/O口，就構(gòu)成單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。1_MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的分類8051、8751最小系統(tǒng)在組成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí):

首先遇到的問題就是存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置的存儲(chǔ)器一般容量較小，滿足不了實(shí)際需要，因此需要配置外部存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。其次要解決的問題是I/O口的擴(kuò)展。

當(dāng)外圍設(shè)備較多時(shí)，僅有的幾個(gè)內(nèi)部I/O接口就不夠用，在大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中，MCS-51單片機(jī)都需要擴(kuò)展輸入/輸出接口芯片，有時(shí)還需要擴(kuò)展定時(shí)器、串行口、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)以滿足實(shí)際需要。本專題重點(diǎn)講述單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。2_MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的必要性最大擴(kuò)展容量：程序存儲(chǔ)器：803164KB8051/875160KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O口：64KB應(yīng)用中不一定最大容量擴(kuò)展。3_存儲(chǔ)器可擴(kuò)容量、分類、結(jié)構(gòu)及三總線E矩陣存儲(chǔ)體E譯碼驅(qū)動(dòng)器E讀寫電路E地址線E數(shù)據(jù)線

控制線

電源線譯碼驅(qū)動(dòng)器矩陣存儲(chǔ)體讀寫電路數(shù)據(jù)線地址線片選線讀寫控制線存儲(chǔ)器或I/O口要與CPU相連，除了要有三總線外，還要有片選信號(hào)，CPU通過指令及指令中的地址，產(chǎn)生該地址所在芯片的片選信號(hào)，只有被選中的芯片，CPU才能對(duì)它進(jìn)行讀寫操作。重要概念3_半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及三總線存儲(chǔ)容量=2地址線根數(shù)×數(shù)據(jù)線根數(shù)3_半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及三總線思考：已知一個(gè)存儲(chǔ)器芯片有12根地址線，8根數(shù)據(jù)線，該芯片的存儲(chǔ)容量是多大？4K*8bit4KBByteCSChipSelectI/O口可擴(kuò)容量：

最大64KBI/O口分類：_可編程接口/不可編程接口_串行接口/并行接口_定時(shí)器/計(jì)數(shù)器_模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器_其他4_I/O口可擴(kuò)容量、分類、結(jié)構(gòu)及三總線MCS-51系列單片機(jī)芯片均為40個(gè)引腳。5_MCS-51單片機(jī)外部擴(kuò)展三總線4、I/O端口_P0、P1、P2、P3MCS-51單片機(jī)外部擴(kuò)展三總線圖2-19片外程序存儲(chǔ)器讀時(shí)序思考：P0口什么時(shí)間是數(shù)據(jù)總線？什么時(shí)間是地址總線的低8位？為什么P0口外加鎖存器？請(qǐng)看讀程序存儲(chǔ)器的時(shí)序。低8位地址數(shù)據(jù)總線ORG0065HMOVA,#30H;74H30HSJMP$END0065H74H0066H30H再看看訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O口的時(shí)序圖2-20片外RAM讀時(shí)序通過分析時(shí)序圖可以看出，無論讀外部程序存儲(chǔ)器還是讀寫外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O口，P0口都必須外加鎖存器。低8位地址數(shù)據(jù)總線MOVDPTR,#2689HMOVXA,@DPTR26H89H6_地址鎖存器由前所述，在進(jìn)行存儲(chǔ)器或I/O擴(kuò)展時(shí)，P0口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此，必須外加地址鎖存器將P0口地址信號(hào)鎖存起來。常用的鎖存器有：接ALE接地P0.0~P0.7A0~A77_存儲(chǔ)器、I/O口與單片機(jī)的三總線的連接是關(guān)鍵1、控制線的連接程序存儲(chǔ)器的讀選通(OE)接單片機(jī)的PSEN數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（或I/O口）的讀選通(OE)接單片機(jī)的RD寫允許(WE)接單片機(jī)的WR混合存儲(chǔ)器的讀選通(OE)接單片機(jī)的RD.PSEN2、數(shù)據(jù)線的連接存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)為8位時(shí)，與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線P0口的D0~D7對(duì)位相連。(I/O的數(shù)據(jù)線與存儲(chǔ)器的連接相同）3、地址線的連接

片內(nèi)地址線與單片機(jī)的地址線一一對(duì)位相連。

片外地址線經(jīng)過譯碼或線選與芯片的片選信號(hào)相連(CE)。重點(diǎn)難點(diǎn)當(dāng)擴(kuò)展兩片或兩片以上芯片時(shí)，各芯片的地址由兩部分決定：片內(nèi)地址和片選地址。重點(diǎn)2)地址譯碼法

（用譯碼器對(duì)片外地址線進(jìn)行譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)）線選法

（用片外單根地址線做片選信號(hào)）8_地址譯碼器及地址譯碼技術(shù)（片選技術(shù)）1.地址譯碼技術(shù)—片選技術(shù)存儲(chǔ)器和I/O口都具有片選信號(hào)線，在單片機(jī)外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器或I/O口時(shí)，用什么信號(hào)產(chǎn)生片選信號(hào)來選擇不同的芯片呢？就需要地址譯碼技術(shù)，其核心就是片選技術(shù)。在擴(kuò)展時(shí)，首先要確定所擴(kuò)芯片的片內(nèi)地址線和片外地址線，然后用片外地址線通過地址譯碼技術(shù)產(chǎn)生片選信號(hào)，最后，根據(jù)每個(gè)芯片預(yù)先統(tǒng)籌分配的地址段，將片選信號(hào)連到相應(yīng)芯片的片選信號(hào)引腳。2.地址譯碼器常用74LS138思考：存儲(chǔ)器容量與片內(nèi)外地址線芯片容量片外地址線片內(nèi)地址線2KBA15~A11(5根)A10~A0(11根)8KBA15~A13(3根)A12~A0(13根)32KBA15(1根)A14~A0(15根)64KB0A15~A0(16根)256BA15~A8(8根)A7~A0(8根)4BA15~A3(14根)A1~A0(2根)8051單片機(jī)地址總線有16根，A15~A0。思考：芯片容量、個(gè)數(shù)與片選方法先看看郵政編碼：300401000620100830

01304位所在省直轄市自治區(qū)郵政投遞區(qū)地方編碼2位省、直轄市、自治區(qū)中央分配選本地郵政支局0000~9999類似于片內(nèi)譯碼選省、直轄市、自治區(qū)00~99類似于片外譯碼——片選片內(nèi)片外片外地址與片內(nèi)地址和起來為某一個(gè)存儲(chǔ)單元的地址思考：芯片容量、個(gè)數(shù)與片選方法例：若某系統(tǒng)要擴(kuò)8個(gè)芯片，其中最大容量的芯片為8KB，片內(nèi)地址最多需要13根，片外地址最少的僅剩3根地址線，如何產(chǎn)生片選信號(hào)(低電平有效）？1）線選法，片外3根地址線加3個(gè)反相器，可譯出6個(gè)片選信號(hào)，不夠8個(gè)芯片所需的8個(gè)片選信號(hào)。2）譯碼法，3根片外地址線可以譯出8種不同的組合信號(hào)，正好每個(gè)芯片分配一個(gè)片選信號(hào)。線選法——對(duì)片外地址單線譯碼8KB存儲(chǔ)器片外剩A15~A13(3根)1A15=1A15=0線選譯碼法——對(duì)片外地址全譯碼

擴(kuò)展多個(gè)芯片時(shí)，每個(gè)芯片的地址范圍都由兩部分組成：1）片內(nèi)地址決定2）片選決定例：27648KB片內(nèi)13根，片外3根，可擴(kuò)8個(gè)相同的芯片，其地址范圍如表所示。片外—片選片內(nèi)地址地址范圍A15~A13A12~A0A15~A0十六進(jìn)制表示00000000000000001111111111111000000000000000000011111111111110000H1FFFH00100000000000001111111111111001000000000000000111111111111112000H3FFFH010???011???……………………110??？11100000000000001111111111111111000000000000011111111111111110E000H0FFFFH1、地址譯碼技術(shù)——線選法舉例例7-1

某系統(tǒng)擴(kuò)展一片6116(2KB)RAM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，還擴(kuò)并行I/O接口8255和8155，D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253各一片。解：要擴(kuò)展最大容量2KB，5個(gè)芯片，最少剩5根片外地址線，可采用線選法。首先要進(jìn)行地址分配，請(qǐng)見下面例7-1的地址分配表：表7-3外圍器件地址選擇線（A15～A0）片內(nèi)地址單元數(shù)地址分配A15～

A12A11～

A8A7～

A4A3～

A0611611110×××××××××××2K0F000H～0F7FFH825511101111111111××40EFFCH～0EFFFH8155RAM11011110××××××××2560DE00H～0DEFFHI/O1101111111111×××60DFF8H～0DFFDH0832101111111111111110BFFFH825301111111111111××47FFCH～7FFFH圖7－6線選法地址譯碼A11A12A13A14A8A15線選法CSChipSelectCEChipEnableMOVDPTR,#0F090HMOVA,#36HMOVX@DPTR,A1、地址譯碼技術(shù)——譯碼法舉例外圍器件地址選擇線（A15～A0）A15～A12A11～A8A7～A4A3～A0片內(nèi)地址單元數(shù)地址編碼6264000

×××××××××××××8K0000H～1FFFH825500111111111111××43FFCH～3FFFH8155RAM01011110

××××××××2565E00H～5EFFHI/O0101111111111×××65FF8H～5FFDH0832011111111111111117FFFH825310011111111111××49FFCH～9FFFH例7-2某系統(tǒng)擴(kuò)展如下表所示，因6264容量（8KB)較大，片外剩3根線，要譯出5個(gè)芯片的片選信號(hào)，可以采用譯碼法，外加一個(gè)74LS138譯碼器。地址譯碼器_74LS138圖7-474LS138引腳圖譯碼法0000H~1FFFH2000H~3FFFH8000H~9FFFH6000H~7FFFH4000H~5FFFH圖7－7地址譯碼法實(shí)例A14A15A13MOVDPTR,#0F90HMOVA,#36HMOVX@DPTR,A27.2.1外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理

7.2.2EPROM擴(kuò)展電路

7.2外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展7.2.1外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理硬件電路如圖7-8所示。MCS-51單片機(jī)訪問外部程序存儲(chǔ)器所使用的控制信號(hào)有：ALE：低8位地址鎖存控制信號(hào)PSEN：外部程序存儲(chǔ)器“讀取”控制信號(hào)

P0MCS-51

ALE

P2

PSEN鎖存器高八位地址低八位地址指令EPROM/EEPROM地址OE圖7—8MCS-51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展8031外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，地址必須從0000H開始，因?yàn)椋瑥?fù)位后PC指向0000H單元。7.2.2EPROM擴(kuò)展電路1．常用EPROM芯片介紹

CEOEPGMVppD0~D7方式001+5V輸出讀1××+5V高阻維持010Vpp輸入編程001Vpp輸出編程校驗(yàn)1××Vpp高阻編程禁止只讀方式編程寫入EPROM2764——程序存儲(chǔ)器2764工作方式真值表注：VPP為編程脈沖，可以為+5V,+12.5v,+21V,+25V等2、擴(kuò)展電路實(shí)例線選法擴(kuò)展一片EPROM

2732A4KB擴(kuò)展兩片EPROM

2725632KB擴(kuò)展兩片EPROM

27648KB注意：EPROM內(nèi)已固化了程序.常通法擴(kuò)展一片EPROM——2732A0000H~0FFFHbitbit擴(kuò)展兩片272560000H~7FFFH8000H~0FFFFH不存在重疊地址線選27648KB74LS3731885D7…D0Q7…Q0PSENALEP0P2P2.58031EAA0~A12D0~D7OECE2764IC1A0~A12D0~D7OECE2764IC20000H~1FFFH2000H~3FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GOE存在重疊地址思考：為什么存在重疊地址段？A15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0000000~00XX111111~1IC1IC2存儲(chǔ)器000B010B100B110B0000H、4000H、8000H、0C000H1FFFH、5FFFH、9FFFH、0DFFFHXX1111111~10~000000001B011B101B111B2000H、6000H、0A000H、0E000H

3FFFH、7FFFH、0BFFFH、0FFFFH

地址空間——地址段不惟一

外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理

7.3.2靜態(tài)RAM擴(kuò)展

7.3外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法原理

P0口為RAM的復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線，P2口的三根線用于對(duì)RAM進(jìn)行頁(yè)面尋址。在對(duì)外部RAM讀/寫期間，CPU產(chǎn)生/RD/WR信號(hào)。P1P0ALE8031P2P3RDWR鎖存器數(shù)據(jù)

地址RAM(2K×8)WEOE7．3．2靜態(tài)RAM擴(kuò)展擴(kuò)展兩片RAM62648KB線選法擴(kuò)展兩片RAM6264譯碼法6264引腳圖和工作方式線選62648KB+5V74LS3731885RDALEP0P2P2.58031EAA0~A12D0~D7OECE16264IC1A0~A12D0~D7OECE16264IC20000H~1FFFH2000H~3FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0WEWEWRCE2CE2+5VD7…D0Q7…Q0GOE地址空間——地址段不惟一A15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0000000~00XX111111~1IC1IC2存儲(chǔ)器000B010B100B110B0000H、4000H、8000H、0C000H1FFFH、5FFFH、9FFFH、0DFFFHXX1111111~10~000000001B011B101B111B2000H、6000H、0A000H、0E000H

3FFFH、7FFFH、0BFFFH、0FFFFH

片外剩2根線，每片有4段地址段全譯碼片內(nèi)13根片外3根62648KB2000H~3FFFH74LS373885D7…D0Q7…Q0RDALEP0P2P2.58031EA0000H~1FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GA0~A12D0~D7OECE16264IC2WEA0~A12D0~D7OECE16264IC1WEWRCBAG2AG2BG1Y7…Y1Y0+5VP2.6P2.774LS138CE2+5VCE2+5VOE數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3——8譯碼器的其它輸出端代表的地址是什么？全譯碼——各芯片地址惟一P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0000000~0000111111~1IC1IC2000BY0—CE0000H1FFFH001111111~10~000000001BY1—CE2000H3FFFHA15A14A13A12A11A10A9A8A7~A0存儲(chǔ)器CBA線選法選址電路連接簡(jiǎn)單地址空間利用率低

地址空間重疊嚴(yán)重譯碼法選址

采用譯碼器電路部分譯碼仍有重疊的地址空間全譯碼地址空間利用率高，地址惟一.線選法與譯碼法比較1、存儲(chǔ)器綜合擴(kuò)展原理

2、EPROM與靜態(tài)RAM擴(kuò)展

7.4外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的綜合擴(kuò)展程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的綜合擴(kuò)展※存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)，物理上兩部分空間獨(dú)立通過/RD和/PSEN區(qū)別程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀操作※混合方法OERDPSEN&兩個(gè)要點(diǎn)：1、OE=RD.PSENWEWR2、混合存儲(chǔ)器即可執(zhí)行MOVX又可執(zhí)行MOVC指令，即可讀可寫要用RAM類芯片或EEPROM類或FLASHROM。P1P08031ALE

PSENP2P3RDWR鎖存器數(shù)據(jù)

地址RAM(2K×8)WEOE&外部綜合存儲(chǔ)器的擴(kuò)展焦點(diǎn)：片選信號(hào)的產(chǎn)生程序存儲(chǔ)器內(nèi)已固化了程序EPROM與SRAM擴(kuò)展

擴(kuò)展一片EPROM2764和一片RAM6264

擴(kuò)展一片EPROM2764和二片RAM6264

擴(kuò)展一片EPROM2732和一片RAM6116全譯碼2764與626474LS373885D7…D0Q7…Q0RDALEP0P2P2.58031EA0000H~1FFFHA0~A7

P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0GWRCBAG2AG2BGY7…Y1Y0P2.6P2.774LS1380000H~1FFFHPSENA0~A12D0~D7OECE16264WECE2A0~A12D0~D7OECE2764+5V+5VOE同容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器全譯碼2764與626474LS373885D7…D0Q7…Q0RDALEP0P2P2.58031EA0000H~1FFFHA0~A7

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