單片機(jī)原理及應(yīng)用 蔡啟仲 第8章 51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展

第8章51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展

2第8章目錄內(nèi)容概要8.1三總線與地址編碼

8.1.151單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)總線

8.1.251單片機(jī)系統(tǒng)總線的構(gòu)成8.1.3單片機(jī)系統(tǒng)總線驅(qū)動(dòng)能力擴(kuò)展

8.1.451單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展外部部件的地址空間分配8.2程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展及應(yīng)用

8.2.1常用EPROM芯片介紹

8.2.2EPROM芯片的工作方式

8.2.3程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

8.2.4程序存儲(chǔ)器的讀控制與時(shí)序38.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展及應(yīng)用

8.3.1常用的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片介紹

8.3.2RAM芯片的工作方式

8.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

8.3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)控制與時(shí)序8.4程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的綜合擴(kuò)展4內(nèi)容概要許多情況，片內(nèi)的存儲(chǔ)器資源還不能滿足需要，為此需要51單片機(jī)進(jìn)行外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。由于有時(shí)需要擴(kuò)展多片芯片，首先介紹51單片機(jī)的兩個(gè)外部存儲(chǔ)器空間的地址分配的兩種方法，即線選法和譯碼法。最后介紹擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的具體設(shè)計(jì)。8.1三總線與地址編碼

51單片機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展外部部件的功能，對(duì)于常見(jiàn)的外部擴(kuò)展集成電路芯片，能夠按照典型的電路連接。如果擴(kuò)展兩個(gè)以上的部件，需要編制每個(gè)擴(kuò)展部件的地址，能方便地構(gòu)成各種不同需求的51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。58.1.151單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)總線6所謂總線，是單片機(jī)與擴(kuò)展的各種外部部件連接的公共信號(hào)線。在進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，單片機(jī)的公共信號(hào)線可定義為地址總線(AB)、數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB)的三總線結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖8–1。圖8-151單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)的三總線結(jié)構(gòu)由圖8-1可以看出，單片機(jī)各種擴(kuò)展電路的外部部件(芯片)通過(guò)該三總線與單片機(jī)連接。學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)是掌握單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的關(guān)鍵。

（1）地址總線（AddressBus，AB）：用于傳送單片機(jī)發(fā)出的地址信號(hào)，以便進(jìn)行存儲(chǔ)單元和I/O接口芯片中的寄存器單元的選擇。（2）數(shù)據(jù)總線（DataBus，DB）：用于單片機(jī)與外部存儲(chǔ)器之間或與I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線是雙向的。（3）控制總線（ControlBus，CB）：控制總線是單片機(jī)發(fā)出的各種控制信號(hào)線。78.1.251單片機(jī)系統(tǒng)總線的構(gòu)成8由于單片機(jī)要兼顧最小系統(tǒng)和系統(tǒng)擴(kuò)展的應(yīng)用，其引腳數(shù)目受到限制，多數(shù)引腳處于多功能復(fù)用狀態(tài)，為此，當(dāng)必須進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，首先要重新構(gòu)造系統(tǒng)總線，然后再往系統(tǒng)總線上“掛”接各種存儲(chǔ)器、I/O接口、A/D、D/A等功能部件，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展。1.地址總線構(gòu)造

951單片機(jī)的P0口是數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線分時(shí)復(fù)用的端口，當(dāng)構(gòu)造地址總線時(shí)，要增加一個(gè)8位的地址鎖存器用于分離地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。如圖8–2所示，單片機(jī)向P0口送出的低8位地址在ALE控制信號(hào)的上升沿同步出現(xiàn)，74LS373的G端在ALE信號(hào)的下降沿實(shí)現(xiàn)地址鎖存。74LS373的引腳接地，輸出三態(tài)門(mén)一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，74LS373的Q7~Q0端口輸出低8位地址總線。圖8–2

低8位地址總線擴(kuò)展電路

51單片機(jī)的P2口具有準(zhǔn)雙向I/O口和提供高8位地址的功能，當(dāng)單片機(jī)需要擴(kuò)展高8位地址，直接從P2口獲得高8位地址信號(hào)線A15~A8，與圖8–2的地址鎖存器輸出的低8位地址A7~A0一道構(gòu)成51單片機(jī)的16位地址總線。使單片機(jī)系統(tǒng)的尋址范圍達(dá)到64KB。P0、P2口用作地址線后，一般不能再作為I/O接口使用。實(shí)際應(yīng)用中，如果只需要8位地址總線，P2口可以作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。2.數(shù)據(jù)總線構(gòu)造

P0口直接構(gòu)成8位數(shù)據(jù)總線，外部擴(kuò)展部件與數(shù)據(jù)總線連接的數(shù)據(jù)端口與P0口連接即可。

103．控制信號(hào)線除地址線和數(shù)據(jù)線外，還要有系統(tǒng)的控制總線。這些信號(hào)有的就是單片機(jī)引腳的第一功能信號(hào)，有的則是P3口第二功能信號(hào)。包括：（1）

作為外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器的讀選通控制信號(hào)。（2）

和

為外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O的讀、寫(xiě)選通控制信號(hào)。（3）ALE作為P0口發(fā)出的低8位地址鎖存控制信號(hào)。（4）

為片內(nèi)、片外程序存儲(chǔ)器的選擇控制信號(hào)。可見(jiàn)，51單片機(jī)的4個(gè)并行I/O口，由于系統(tǒng)擴(kuò)展的需要，真正作為數(shù)字I/O用，就剩下P1和P3的部分口線了。1112

8.1.3單片機(jī)系統(tǒng)總線驅(qū)動(dòng)能力擴(kuò)展

(1)

總線的驅(qū)動(dòng)能力在51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有擴(kuò)展的外部部件都要通過(guò)單片機(jī)的三總線驅(qū)動(dòng)，由于總線的驅(qū)動(dòng)電流總是有限的，當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)模過(guò)大，擴(kuò)展所接的外部芯片多，超過(guò)了系統(tǒng)總線的驅(qū)動(dòng)能力時(shí)，就必須進(jìn)行總線驅(qū)動(dòng)。

(2)

總線的驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展方法所謂總線驅(qū)動(dòng)，通常是指通過(guò)外接一些相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，在電路邏輯不變的前提下，增加總線驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。由于地址總線和控制總線是單向的，擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)能力時(shí)，可采用單向總線驅(qū)動(dòng)器。而數(shù)據(jù)總線是雙向的，必須采用雙向三態(tài)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)能力的擴(kuò)展。

常用的單向總線驅(qū)動(dòng)器有74LS244、74LS240(帶反向輸出)等。74LS244的內(nèi)部有8個(gè)三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，分成兩組，每組4個(gè)，分別由控制端和控制。圖8–3中，由于P2口只作地址輸出口，74LS244的驅(qū)動(dòng)門(mén)控制端和接地。對(duì)于其它擴(kuò)展的單向控制總線、等的驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展方法與此相同。13圖8–3單向總線驅(qū)動(dòng)能力擴(kuò)展電路14

74LS245雙向總線驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部有16個(gè)三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，分成兩組，共八對(duì)，每對(duì)由不同方向的驅(qū)動(dòng)器組成，驅(qū)動(dòng)方向由和DIR兩個(gè)控制端控制，=1，雙向端口位高阻態(tài)；=0，DIR控制端控制總線驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方向，當(dāng)DIR=0，驅(qū)動(dòng)方向從B至A，當(dāng)DIR=1則從A至B。圖中的74LS245的控制端接地，保證驅(qū)動(dòng)器芯片始終處于工作狀態(tài)。而驅(qū)動(dòng)方向則由51單片機(jī)控制總線的“讀”控制線()和程序存儲(chǔ)器的取指控制線()通過(guò)邏輯與后，控制總線驅(qū)動(dòng)器的DIR引腳實(shí)現(xiàn)。這種邏輯連接方法保證了無(wú)論單片機(jī)是“讀”擴(kuò)展部件的數(shù)據(jù)，還是從程序存儲(chǔ)器取指，都能保證數(shù)據(jù)總線P0口的輸入驅(qū)動(dòng)，而其余時(shí)間DIR=1，保證P0口的輸出驅(qū)動(dòng)，數(shù)據(jù)自P0口經(jīng)總線驅(qū)動(dòng)器74LS245向外輸出。圖8–4

雙向總線驅(qū)動(dòng)能力擴(kuò)展電路8.1.451單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展外部部件的地址空間分配

本節(jié)討論如何進(jìn)行存儲(chǔ)器空間的地址分配，并介紹用于輸出低8位地址的常用的地址鎖存器。1.51單片機(jī)的擴(kuò)展能力

51單片機(jī)按照哈佛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間是物理分開(kāi)，分別尋址的結(jié)構(gòu)，允許二者的地址空間重疊。因此51單片機(jī)片外可擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量是64KB；可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和其它外部部件的容量共計(jì)64KB，占用同一個(gè)地址空間，統(tǒng)一編址。51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)形成了兩個(gè)并行的64KB的地址空間，地址范圍都是0000H~FFFFH。1516

如何把片外的兩個(gè)64KB地址空間分配給各個(gè)程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片，使一個(gè)存儲(chǔ)單元只對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，避免單片機(jī)發(fā)出一個(gè)地址時(shí)，同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)單元，發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。這就是存儲(chǔ)器地址空間分配問(wèn)題。從硬件上看：它們應(yīng)用控制總線中不同的控制線，讀片外程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)為（取指），讀、寫(xiě)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部擴(kuò)展部件的控制信號(hào)分別為和；從軟件上看：

MOVC：讀片外程序存儲(chǔ)器的指令

MOVX：讀、寫(xiě)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部擴(kuò)展部件的指令17

2.一般擴(kuò)展方法

所有擴(kuò)展的外部部件與51單片機(jī)的連接都是按三總線的方式連接。以存儲(chǔ)器為例，存儲(chǔ)器芯片數(shù)據(jù)線的數(shù)目由存儲(chǔ)器芯片的字長(zhǎng)決定。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片字長(zhǎng)為8位，對(duì)應(yīng)有8根數(shù)據(jù)線，8位數(shù)據(jù)線(D0~D7)與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線(P0.0~P0.7)按低位到高位的順序依次連接即可。也有極少數(shù)存儲(chǔ)器芯片是4位字長(zhǎng)的，應(yīng)用兩塊芯片組成8位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器，一塊芯片作為低4位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，一塊芯片作為高4位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，低4位和高4位數(shù)據(jù)線分別與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線的低4位(P0.3~P0.0)和高4位(P0.7~P0.4)連接，而兩塊芯片的地址線和控制線并聯(lián)連接。18

存儲(chǔ)器芯片的控制線：對(duì)于程序存儲(chǔ)器，一般來(lái)說(shuō)，其控制線為“指令讀”信號(hào)(，也稱為輸出使能端)，它與單片機(jī)的

信號(hào)線相連。對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和其它外部部件，一般而言，其控制線為“讀”()、“寫(xiě)”()，分別與單片機(jī)的

、

信號(hào)線相連。

存儲(chǔ)器芯片的地址線：存儲(chǔ)器芯片地址線的數(shù)目由該芯片的容量決定。

其它各種外部擴(kuò)展部件的地址線：通常擴(kuò)展部件的芯片地址線較少，根據(jù)擴(kuò)展部件的功能而定。

對(duì)于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，如果選用多片存儲(chǔ)器芯片來(lái)滿足系統(tǒng)所需要的存儲(chǔ)器容量時(shí)，芯片的數(shù)目要根據(jù)選用的芯片容量和字長(zhǎng)位數(shù)以及待擴(kuò)展的存儲(chǔ)容量來(lái)確定。19

若所選存儲(chǔ)器芯片字長(zhǎng)與單片機(jī)字長(zhǎng)一致，則只需擴(kuò)展容量。所需芯片數(shù)目和芯片的片選信號(hào)數(shù)量相等，按下式確定：

若所選存儲(chǔ)器芯片字長(zhǎng)與單片機(jī)字長(zhǎng)不一致(比如為4位字長(zhǎng))，則此時(shí)不僅需要擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量，還需要擴(kuò)展字長(zhǎng)。所需芯片數(shù)目按下式確定：

對(duì)于4位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器，片選信號(hào)數(shù)量恰好是芯片數(shù)目的一半。3.地址分配與編址方法

51單片機(jī)發(fā)出的地址碼用于選擇某個(gè)存儲(chǔ)器單元，外擴(kuò)多片存儲(chǔ)器芯片中，單片機(jī)必須進(jìn)行兩種選擇：一是選中該存儲(chǔ)器芯片，這稱為“片選”，未被選中的芯片不能被訪問(wèn)。二是在“片選”的基礎(chǔ)上再根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的地址碼來(lái)對(duì)“選中”芯片的某一單元進(jìn)行訪問(wèn)，即“單元選擇”。為實(shí)現(xiàn)片選，存儲(chǔ)器芯片都有片選引腳。同時(shí)也都有多條地址線引腳，以便進(jìn)行單元選擇。

注意：“片選”和“單元選擇”都是單片機(jī)通過(guò)地址線一次發(fā)出的地址信號(hào)來(lái)完成選擇。2021通常把單片機(jī)系統(tǒng)的地址線籠統(tǒng)地分為低位地址線和高位地址線，“片選”都是使用高位地址線。實(shí)際上，16條地址線中的高、低位地址線的數(shù)目并不是固定的，只是習(xí)慣上把用于“單元選擇”的地址線，都稱為低位地址線，其余的為高位地址線。常用的存儲(chǔ)器地址空間分配方法有兩種：線性選擇法（簡(jiǎn)稱線選法）和地址譯碼法（簡(jiǎn)稱譯碼法），下面介紹。1．線選法是直接利用系統(tǒng)的某一高位地址線作為存儲(chǔ)器芯片（或I/O接口芯片）的“片選”控制信號(hào)。為此，只需要把用到的高位地址線與存儲(chǔ)器芯片的“片選”端直接連接即可。線選法優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，不需要另外增加地址譯碼器硬件電路，體積小，成本低。缺點(diǎn)是可尋址的芯片數(shù)目受到限制。另外，地址空間不連續(xù)，每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址不唯一，這會(huì)給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)不便，只適用于外擴(kuò)芯片數(shù)目不多的單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。2．譯碼法使用譯碼器對(duì)51單片機(jī)的高位地址進(jìn)行譯碼，譯碼輸出作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。這種方法能夠有效地利用存儲(chǔ)器空間，適用于多芯片的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。若全部高位地址線都參加譯碼，稱為全譯碼；若僅部分高位地址線參加譯碼，稱為部分譯碼。部分譯碼存在著部分存儲(chǔ)器地址空間相重疊的情況。224.地址譯碼電路常用的譯碼器芯片有74LS138（3線-8線譯碼器）、74LS139（雙2線-4線譯碼器）和74LS154（4線-16線譯碼器）。74LS138是一種3線-8線譯碼器，有3個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，經(jīng)譯碼產(chǎn)生8種狀態(tài)。引腳如圖8-5所示，真值表見(jiàn)表8-1。由表8-1可見(jiàn)，當(dāng)譯碼器的輸入為某一固定編碼時(shí)，其輸出僅有一個(gè)固定的引腳輸出為低電平，其余的為高電平。輸出為低電平的引腳就作為某一存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。圖8-5為74LS138地址譯碼電路。23

、和

是3個(gè)使能輸入端，A、B、C三個(gè)輸入信號(hào)經(jīng)譯碼產(chǎn)生8種狀態(tài)輸出，輸出端中只有一個(gè)引腳輸出狀態(tài)為低電平。24圖8–574LS138引腳圖圖8–674LS138地址譯碼電路2526如圖8–6所示，單片機(jī)高8位地址線的最高3位P2.7(A15)，P2.6(A14)，P2.5(A13)分別與74LS138譯碼器的3個(gè)數(shù)據(jù)輸入端C、B、A連接。74LS138譯碼器的輸出端通常分別與單片機(jī)擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器和其它各種接口部件的片選(使能)端連接，74LS138譯碼器的輸出端對(duì)應(yīng)的譯碼輸出的64KB地址空間范圍分別為：：1FFFH~0000H(P2.7、P2.6、P2.5=000)：3FFFH~2000H(P2.7、P2.6、P2.5=001)：5FFFH~4000H(P2.7、P2.6、P2.5=010)：7FFFH~6000H(P2.7、P2.6、P2.5=011)：9FFFH~8000H(P2.7、P2.6、P2.5=100)：BFFFH~A000H(P2.7、P2.6、P2.5=101)：DFFFH~C000H(P2.7、P2.6、P2.5=110)：FFFFH~E000H(P2.7、P2.6、P2.5=111)這里采用全地址譯碼方式。存儲(chǔ)器的地址空間分配，實(shí)際上就是將單片機(jī)的地址總線與存儲(chǔ)器芯片的地址引腳按一定規(guī)律連接，最終達(dá)到一個(gè)物理存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)單元地址的要求。278.2程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展及應(yīng)用程序存儲(chǔ)器采用只讀存儲(chǔ)器，因?yàn)檫@種存儲(chǔ)器在電源關(guān)斷后，仍能保存程序（我們稱此特性為非易失性），在系統(tǒng)上電后，CPU可取出這些指令重新執(zhí)行。只讀存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱ROM（ReadOnlyMemory）。ROM中的信息一旦寫(xiě)入，就不能隨意更改，特別是不能在程序運(yùn)行過(guò)程中寫(xiě)入新的內(nèi)容，故稱為只讀存儲(chǔ)器。向ROM中寫(xiě)入信息稱為ROM編程。根據(jù)編程方式不同，分為以下幾種。(1)

掩模ROM。在制造過(guò)程中編程，是以掩模工藝實(shí)現(xiàn)的，因此稱為掩模ROM。由于掩模工藝成本較高，因此只適合于大批量生產(chǎn)。(2)可編程ROM(PROM)。芯片出廠時(shí)沒(méi)有任何程序信息，用獨(dú)立的編程器寫(xiě)入。但PROM只能寫(xiě)一次，寫(xiě)入內(nèi)容后，就不能再修改。(3)EPROM。用紫外線擦除，電信號(hào)編程：編程器將調(diào)試完畢的程序?qū)懭搿?8(4)E2PROM(EEPROM)。電信號(hào)編程，電信號(hào)擦除的ROM芯片。對(duì)E2PROM的讀寫(xiě)操作與RAM存儲(chǔ)器幾乎沒(méi)有什么差別，只是寫(xiě)入的速度慢一些，但斷電后仍能保存信息。(5)FlashROM。又稱閃速存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱閃存），是在EPROM、E2PROM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種電擦除型只讀存儲(chǔ)器。特點(diǎn)是可快速在線修改其存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)，改寫(xiě)次數(shù)可達(dá)1萬(wàn)次，其讀寫(xiě)速度很快，存取時(shí)間可達(dá)70ns，成本比E2PROM低得多，大有取代E2PROM的趨勢(shì)。目前許多公司生產(chǎn)的8051內(nèi)核的單片機(jī)，在芯片內(nèi)部大多集成了數(shù)量不等的FlashROM。8.2.1常用EPROM芯片介紹EPROM的典型芯片是是INTEL公司的27系列產(chǎn)品，例如，2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB）、27512（64KB）。型號(hào)“27”后面的數(shù)字表示其位存儲(chǔ)容量。如果換算成字節(jié)容量，只需將該數(shù)字除以8即可。例如，“27128”中的“27”后的數(shù)字“128”，128/8

=16KB隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，大容量存儲(chǔ)器芯片產(chǎn)量劇增，售價(jià)不斷下降，性價(jià)比明顯增高，且由于小容量芯片停止生產(chǎn)，使市場(chǎng)某些小容量芯片價(jià)格反而比大容量芯片還貴。所以，應(yīng)盡量采用大容量芯片。它們的引腳功能基本類似，均向下兼容。2930圖8-7常用的EPROM芯片引腳圖27系列EPROM芯片的引腳如圖8-7。芯片引腳功能：A0～A15：地址線引腳。它的數(shù)目由芯片的存儲(chǔ)容量決定，用于進(jìn)行單元選擇。D7～D0：數(shù)據(jù)線引腳。

：片選控制端。

：輸出允許控制端。

：編程時(shí)，編程脈沖的輸入端。VPP：編程時(shí)，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(wú)用端。318.2.2EPROM芯片的工作方式5種工作方式，由

、、

信號(hào)的組合確定。5種工作方式如表8-2。表8–2中，×表示為任意狀態(tài)，可以是“0”，也可以是“1”32(1)

讀出方式。工作在該方式的條件是使片選控制線為低電平，同時(shí)讓輸出允許控制線

為低電平，VPP為+5V，就可把指定地址單元的內(nèi)容從D7～D0上讀出。(2)未選中方式。當(dāng)片選控制線

為高電平時(shí)，芯片未選中方式，數(shù)據(jù)輸出為高阻抗懸浮狀態(tài)，不占用數(shù)據(jù)總線。EPROM處于低功耗的維持狀態(tài)。(3)編程方式。VPP端加上規(guī)定好的高壓，

為高電平，

端加上合適的電平脈沖（不同芯片要求不同），能將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到指定的地址單元。編程地址和編程數(shù)據(jù)分別由系統(tǒng)的A15～A0和D7～D0提供。33(4)編程校驗(yàn)方式。VPP端保持相應(yīng)的編程電壓（高壓），再按讀出方式操作，讀出固化好的內(nèi)容，校驗(yàn)寫(xiě)入內(nèi)容是否正確。(5)編程禁止方式。為高電平，

為高電平。348.2.3程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展同樣是按三總線模式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)

數(shù)據(jù)總線：D7~D0；(2)

地址總線：A15~A0(根據(jù)程序存儲(chǔ)器的不同容量，應(yīng)用地址總線的數(shù)量有所不同)

；(3)

控制總線：ALE—用于低8位地址鎖存控制；—外部程序存儲(chǔ)器取指控制信號(hào)，與EPROM的端連接；—訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器接地。1.單片程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

圖8–8是28引腳的EPROM2764與51單片機(jī)的連接電路，擴(kuò)展8K的EPROM程序存儲(chǔ)器。8K×8位的2764芯片的地址引腳線有13條，順次和單片機(jī)的地址總線A12~A0相接。因?yàn)橹粩U(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器，所以將2764芯片的片選信號(hào)直接接地。由于不采用地址譯碼器，所以高3位地址線P2.7、P2.6、P2.5懸空，也稱P2.7、P2.6、P2.5(A15、A14、A13)為無(wú)關(guān)地址線(位)，故有23=8個(gè)重疊的8KB地址空間。35圖8–8單片EPROM2764與51單片機(jī)的擴(kuò)展電路3637圖8–8所示擴(kuò)展電路中，8個(gè)重疊的8KB地址范圍為：0000000000000000~0001111111111111，即0000H~1FFFH；0010000000000000~0011111111111111，即2000H~3FFFH；0100000000000000~0101111111111111，即4000H~5FFFH；0110000000000000~0111111111111111，即6000H~7FFFH；1000000000000000~1001111111111111，即8000H~9FFFH；1010000000000000~1011111111111111，即A000H~BFFFH；1100000000000000~1101111111111111，即C000H~DFFFH；1110000000000000~1111111111111111，即E000H~FFFFH。通常在應(yīng)用中，根據(jù)個(gè)人習(xí)慣將無(wú)關(guān)地址線全部取0，或全部取1。無(wú)關(guān)地址線全部取0，地址為：0000H~1FFFH；無(wú)關(guān)地址線全部取1，地址為：E000H~FFFFH。如果擴(kuò)展8K的存儲(chǔ)容量不夠，可將2764改為27128或27256等容量更大的EPROM，在只擴(kuò)展1片EPROM的情況下，每增加一倍的存儲(chǔ)容量，增加一根地址線。2．采用線選法的多片程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

例8–1

使用兩片2764擴(kuò)展16KB的程序存儲(chǔ)器，采用線選法編地址選擇存儲(chǔ)器芯片。與單片EPROM擴(kuò)展電路相比，多片EPROM的擴(kuò)展除片選線以外，其它的三總線均與單片EPROM擴(kuò)展電路相同。38圖8–9兩片EPROM2764與51單片機(jī)連接的擴(kuò)展電路39圖8–9給出了應(yīng)用2片2764擴(kuò)展16KB程序存儲(chǔ)器的方法。圖8–9中采用線選法連接，以P2.5作為片選，P2.5=0：選中2764(1)；P2.5=1：選中2764(2)。因兩根地址線P2.7、P2.6未用，故兩塊芯片各有22=4個(gè)重疊的地址空間。若無(wú)關(guān)地址線P2.7、P2.6全部取0，2764(1)的地址為：0000H~1FFFH；2764(2)的地址為：2000H~3FFFH。若無(wú)關(guān)地址線P2.7、P2.6全部取1，2764(1)的地址為：C000H~DFFFH；2764(2)的地址為：E000H~FFFFH。在多片程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)還可以采用譯碼法編地址，這與本節(jié)介紹的擴(kuò)展電路的主要區(qū)別在于程序存儲(chǔ)器片選端的連接，采用譯碼法編地址方法將在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和其它外部擴(kuò)展芯片擴(kuò)展的章節(jié)中進(jìn)行介紹。8.2.4程序存儲(chǔ)器的讀控制與時(shí)序1．訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)51單片機(jī)訪問(wèn)片外擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)用了3根控制線。(1)ALE：低8位地址鎖存控制。(2)

：片外程序存儲(chǔ)器“讀選通”控制信號(hào)。它與擴(kuò)展的EPROM的引腳連接。(3)

：片內(nèi)、片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)的控制信號(hào)。當(dāng)=1，單片機(jī)發(fā)出的地址值小于片內(nèi)程序存儲(chǔ)器最大地址值時(shí)，訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；當(dāng)=0，只訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。如果從片外EPROM中讀取指令，除了ALE用于低8位地址鎖存信號(hào)之外，控制信號(hào)還有，接片外EPROM的引腳。此外，P0口分時(shí)用作低8位地址總線和數(shù)據(jù)總線，P2口用作高8位地址線。2．操作時(shí)序AT89S51對(duì)片外ROM的操作時(shí)序分兩種，即執(zhí)行非MOVX指令的時(shí)序和執(zhí)行MOVX指令的時(shí)序，如圖8-10和圖8-11所示。40（1）應(yīng)用系統(tǒng)中無(wú)片外RAM系統(tǒng)無(wú)片外RAM（或I/O）時(shí)，不用執(zhí)行MOVX指令。在執(zhí)行非MOVX指令時(shí)，時(shí)序如圖8-10所示。P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用的雙向總線，用于輸入指令或輸出程序存儲(chǔ)器的低8位地址PCL。P2口專門(mén)用于輸出程序存儲(chǔ)器的高8位地址PCH。P0口分時(shí)復(fù)用，故首先要將P0口輸出的低8位地址PCL鎖存在鎖存器中，然后P0口再作為數(shù)據(jù)口。在每個(gè)機(jī)器周期中，允許地址鎖存兩次有效，ALE在下降沿時(shí)，將P0口的低8位地址PCL鎖存在鎖存器中。4142圖8-10無(wú)MOVX指令的執(zhí)行時(shí)序同時(shí)，

也是每個(gè)機(jī)器周期中兩次有效，用于選通片外程序存儲(chǔ)器，將指令讀入片內(nèi)。系統(tǒng)無(wú)片外RAM（或I/O）時(shí)，此ALE信號(hào)以振蕩器頻率的1/6出現(xiàn)在引腳上，它可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)脈沖信號(hào)。（2）應(yīng)用系統(tǒng)中接有片外RAM在執(zhí)行訪問(wèn)片外RAM（或I/O）的MOVX指令時(shí)，16位地址應(yīng)轉(zhuǎn)而指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，時(shí)序如圖8-11。在指令輸入以前，P2口輸出的地址PCH、PCL指向程序存儲(chǔ)器；在指令輸入并判定是MOVX指令后，ALE在該機(jī)器周期S5狀態(tài)鎖存的是P0口發(fā)出的片外RAM（或I/O）低8位地址。4344圖8-11執(zhí)行MOVX指令的時(shí)序若執(zhí)行的是“MOVX

A，@DPTR”或“MOVX

@DPTR，A”指令，則此地址就是DPL（數(shù)據(jù)指針低8位）；同時(shí)，在P2口上出現(xiàn)的是DPH（數(shù)據(jù)指針的高8位）。若執(zhí)行的是“MOVXA，@Ri”或“MOVX@Ri，A”指令，則Ri的內(nèi)容為低8位地址，而P2口線上將是P2口鎖存器的內(nèi)容。在同一機(jī)器周期中將不再出現(xiàn)有效取指信號(hào)，下一個(gè)機(jī)器周期中ALE的有效鎖存信號(hào)也不再出現(xiàn)；當(dāng)/有效時(shí)，P0口將讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。判定是MOVX指令后，ALE在該機(jī)器周期S5狀態(tài)鎖存的是P0口發(fā)出的片外RAM（或I/O）低8位地址。若執(zhí)行的是“MOVX

A，@DPTR”或是“MOVX

@DPTR，A”指令，則此地址就是DPL（數(shù)據(jù)指針低8位）；同時(shí)，在P2口上出現(xiàn)的是DPH（數(shù)據(jù)指針的高8位）。45若執(zhí)行的是“MOVXA，@Ri”或“MOVX@Ri，A”指令，則Ri內(nèi)容為低8位地址，而P2口線將是P2口鎖存器內(nèi)容。在同一機(jī)器周期中將不再出現(xiàn)有效取指信號(hào)，下一個(gè)機(jī)器周期中ALE的有效鎖存信號(hào)也不再出現(xiàn)；而當(dāng)/有效時(shí)，P0口將讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。由圖8-11可以看出：(1)

將ALE用作定時(shí)脈沖輸出時(shí)，執(zhí)行一次MOVX指令就會(huì)丟失一個(gè)ALE脈沖；(2)

只有在執(zhí)行MOVX指令時(shí)的第二個(gè)機(jī)器周期中，才對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（或I/O）讀/寫(xiě)，地址總線才由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。4647

8.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展及應(yīng)用擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本技能，本節(jié)僅討論靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與51單片機(jī)的接口與編制地址的方法。

8.3.1常用的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片介紹51單片機(jī)擴(kuò)展靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的芯片主要有6116(2K×8位)、6264(8K×8位)、62128(16K×8位)、62256(32K×8位)等，其雙列直插封裝的引腳如圖8–12所示。它們都使用單一的＋5V電源，6116為24腳封裝，6264、62128、62256為28腳封裝。這些RAM芯片的引腳如圖8-12所示。48圖8-12

常用的RAM引腳圖各引腳功能：A0～A14：地址輸入線。D0～D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。

：片選信號(hào)輸入線。對(duì)6264芯片，當(dāng)24腳（CS）為高電平且

為低電平時(shí)才選中該片。

：讀選通信號(hào)輸入線，低電平有效。

：寫(xiě)允許信號(hào)輸入線，低電平有效。VCC

—工作電源+5V。GND—地。4950

8.3.2RAM芯片的工作方式靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器有3種工作方式，分別是輸出、輸入和維持。3種工作方式如表8–3所示。對(duì)于6264芯片，有兩個(gè)片選控制端和，只有當(dāng)為低電平和為高電平時(shí)才能選中該芯片。：讀選通信號(hào)輸入線。：寫(xiě)允許信號(hào)輸入線。8.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

與程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展類似，靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展依然是三總線的擴(kuò)展，它們分別是：數(shù)據(jù)總線：D7~D0地址總線：A15~A0(根據(jù)不同容量，地址總線數(shù)量有所不同)控制總線：—用于低8位地址鎖存控制；—外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀”控制信號(hào)，接RAM的端；—外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的“寫(xiě)”控制信號(hào)，接RAM的端。在擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，除了“讀”、“寫(xiě)”控制信號(hào)外，其它信號(hào)線與單片機(jī)的連接方法和程序存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接方法完全相同。訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可采用低8位地址線尋址，此時(shí)可尋址空間為256B，具體指令為： MOVX A,@Ri ;(i=0，1) MOVX @Ri,A ;(i=0，1)當(dāng)采用16位地址線尋址時(shí)，可尋址空間為64KB，具體指令為：

MOVX A,@DPTR MOVX @DPTR,A

51例8–2

采用全譯碼方式用4片62128芯片擴(kuò)展64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。用全譯碼法擴(kuò)展64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的電路如圖8–13所示。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62128為16K容量，該芯片地址線為A0~A13，順次和單片機(jī)的地址總線A0~A13相接，剩余的高2位地址線P2.6、P2.7提供給74LS139譯碼器譯碼，譯碼后輸出的4個(gè)譯碼信號(hào)作為片選，分別提供給4個(gè)存儲(chǔ)器芯片。各個(gè)62128芯片地址分配見(jiàn)表8–4。由表8–4可見(jiàn)，譯碼法進(jìn)行地址分配，各芯片的地址空間是連續(xù)的。5253圖8–13多片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路(全譯碼方式)548.3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)控制與時(shí)序?qū)ζ釸AM讀和寫(xiě)兩種操作時(shí)序的基本過(guò)程相同。1．讀片外RAM操作時(shí)序若外擴(kuò)一片RAM，應(yīng)將

腳與RAM的

腳連接，

腳與芯片

腳連接。51單片機(jī)讀片外RAM操作時(shí)序如圖8–14所示。在第一個(gè)機(jī)器周期的S1狀態(tài)，ALE信號(hào)由低變高（①處），讀RAM周期開(kāi)始。在S2狀態(tài)，CPU把低8位地址送到P0口總線上，把高8位地址送上P2口（在執(zhí)行“MOVXA，@DPTR”指令階段才送高8位；若執(zhí)行“MOVXA，@Ri”則不送高8位）。ALE下降沿（②處）用來(lái)把低8位地址信息鎖存到外部鎖存器74LS373內(nèi)。而高8位地址信息一直鎖存在P2口鎖存器中（③處）。在S3狀態(tài)，P0口總線變成高阻懸浮狀態(tài)④。在S4狀態(tài)，執(zhí)行指令“MOVXA，@DPTR”后使

信號(hào)變有效（⑤處），

信號(hào)使被尋址的片外RAM過(guò)片刻后把數(shù)據(jù)送上P0口總線（⑥處），當(dāng)

回到高電平后（⑦處），P0總線變懸浮狀態(tài)（⑧處）。5556圖8-1451單片機(jī)讀片外RAM操作時(shí)序圖572．寫(xiě)片外RAM操作時(shí)序向片外RAM寫(xiě)數(shù)據(jù)，單片機(jī)執(zhí)行“MOVX@DPTR，A”指令。指令執(zhí)行后，51單片機(jī)的

信號(hào)為低有效，此信號(hào)使RAM的

端被選通。寫(xiě)片外RAM的時(shí)序如圖8-15所示。開(kāi)始的過(guò)程與讀過(guò)程類似，但寫(xiě)的過(guò)程是CPU主動(dòng)把數(shù)據(jù)送上P0口總線，故在時(shí)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（③處）。此間，P0總線上不會(huì)出現(xiàn)高阻懸浮現(xiàn)象。在S4狀態(tài)，寫(xiě)信號(hào)

有效（⑤處），選通片外RAM，稍過(guò)片刻，P0口上的數(shù)據(jù)就寫(xiě)到RAM內(nèi)了，然后寫(xiě)信號(hào)

變?yōu)闊o(wú)效（⑥處）。58圖8-1551單片機(jī)寫(xiě)片外RAM操作時(shí)序圖8.4程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的綜合擴(kuò)展

例8–3

設(shè)在一個(gè)51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，應(yīng)用了2片2764芯片和2片6264芯片擴(kuò)展16KB程序存儲(chǔ)器和16KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的綜合擴(kuò)展電路，由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的地址空間是各自獨(dú)立，能夠分別獨(dú)立的進(jìn)行編址，二者的綜合擴(kuò)展可以理解為各自獨(dú)立擴(kuò)展的簡(jiǎn)單“并聯(lián)”，具體擴(kuò)展電路如圖8–16所示，圖8–16中4塊芯片的地址范圍見(jiàn)表8–5。圖8–16中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線和地址總線公用，在控制總線中，2片2764芯片應(yīng)用51單片機(jī)的2片6264芯片應(yīng)用51單片機(jī)的、，2片6264的CE2

直接與+5V電源連接為高電平，由為低電平來(lái)選中6264芯片。5960圖8-16采用譯碼法的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器綜合擴(kuò)展電路采用全譯碼方式進(jìn)行編址，應(yīng)用74LS138譯碼器對(duì)P2.7、P2.6、P2.5譯碼得到8個(gè)片選信號(hào)，，…，，由于只擴(kuò)展2片2764和2片6264，片選信號(hào)可以只使用2根，圖8–16中使用了和。其中同時(shí)與2764(1)的和6264(1)的連接，同時(shí)與2764(2)的和6264(2)的連接。從表8–5中可以看出，2片2764芯片和2片6264芯片的地址范圍相同，這樣2764(1)和6264(1)芯片相互之間、2764(2)和6264(2)芯片相互之間都存在一個(gè)地址相同的兩個(gè)單元，將會(huì)同時(shí)被選通，但兩個(gè)地址相同的單元一個(gè)在程序存儲(chǔ)器中，另一個(gè)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，其控制信號(hào)不同，控制程序存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀出，而信號(hào)控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀出，信號(hào)控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)入。而和、信號(hào)在任何時(shí)刻不會(huì)同時(shí)有效，所以，即使兩個(gè)相同