【大学课件】单片机的系统扩展

1、第第 九九 章章 单单 片片 机机 的的 系系 统统 扩扩 展展 本章内容本章内容 Single Chip Microcomputer 9-1 单片机最小应用系统单片机最小应用系统 9- 9-3 程序存储器的扩展程序存储器的扩展 概述概述 9-4 数据存储器的扩展数据存储器的扩展 概述 51系列单片机在一个芯片上集成了许多硬件资源，系列单片机在一个芯片上集成了许多硬件资源， 它们能够完成复杂的软件工作和较为简单的硬件操它们能够完成复杂的软件工作和较为简单的硬件操 作。作。 v在做一些智能仪器、仪表，小型检测和控制时，往在做一些智能仪器、仪表，小型检测和控制时，往 往利用单片机的最小系统就能满足

2、要求。但在大多往利用单片机的最小系统就能满足要求。但在大多 数情况下，在构造一个工业控制系统时，最小系统数情况下，在构造一个工业控制系统时，最小系统 一般不能满足系统的需求，这时，就必须在单片机一般不能满足系统的需求，这时，就必须在单片机 外部扩展相应的芯片，以满足系统的要求，这就是外部扩展相应的芯片，以满足系统的要求，这就是 系统扩展。系统扩展。 v 单片机的系统扩展包括单片机的系统扩展包括ROM扩展、扩展、RAM扩展、扩展、I/O 扩展、定时扩展、定时/计数器扩展、中断扩展及其它特殊功能计数器扩展、中断扩展及其它特殊功能 的扩展。的扩展。 问题的提出 在单片机应用在单片机应用 系统的设计中

3、系统的设计中, , 往往出现往往出现RAM, RAM, ROMROM或者或者I/OI/O口口 不够的情况，不够的情况， 怎么办？怎么办？ ROMROM的扩展的扩展 RAMRAM的扩展的扩展 并行并行I/OI/O口的扩展口的扩展 9-1 MCS-519-1 MCS-51单片机最小应用系统单片机最小应用系统 原那么上，一个单片机应用系统除原那么上，一个单片机应用系统除 必须具有单片机外，只要有振荡电路、必须具有单片机外，只要有振荡电路、 复位电路和复位电路和ROM就能工作了，当然，就能工作了，当然， 它们都不能没有电源提供。这就是单片它们都不能没有电源提供。这就是单片 机的最小应用系统。机的最小应

4、用系统。 一、一、8051/8751/89C51/89C2051 最小应最小应 用系统用系统 特点特点 v1、有大量、有大量I/O线，在不线，在不 需外部需外部ROM的系统中，的系统中， EA端应接端应接VCC。 v2、内部、内部RAM和和ROM大大 小有限，但在数据量小小有限，但在数据量小 的小系统中根本够用。的小系统中根本够用。 v3、应用系统开发具有、应用系统开发具有 特殊性。程序量较小，特殊性。程序量较小， 外部电路简单。我们推外部电路简单。我们推 荐使用荐使用89C51或或 89C2051。 晶振晶振 复位复位 电路电路 个并口个并口 ？ 二、二、80318031最小应用系统最小应用

5、系统 由于由于8031内部内部 无无ROM，因此，因此， 由由8031组成的组成的 最小应用系统最小应用系统 必须在片外扩必须在片外扩 展展ROM 与与8051构成的构成的 最小系统相比，最小系统相比， 除均需要振荡除均需要振荡 电路和复位电电路和复位电 路外，其路外，其EA端端 必须接地。必须接地。 宽度为宽度为16位，其高位，其高8位地址总位地址总 线由线由P2口提供，低口提供，低8位地址总位地址总 线由线由P0口经地址锁存器锁存后口经地址锁存器锁存后 提供。提供。用作地址总线后的用作地址总线后的P2口口 不能再用作不能再用作I/O口使用口使用 数据线由数据线由P0口提供，其宽度口提供，其

6、宽度 为为8位，它为三态双向口，是位，它为三态双向口，是 使用最为频繁的通道。单片使用最为频繁的通道。单片 机与外部交换的数据、指令机与外部交换的数据、指令 等大都经等大都经P0口传送口传送 1 1、地址范围、地址范围 0000H0FFFFH0000H0FFFFH，共，共64KBytes64KBytes。 2 2、空间重叠、空间重叠 外部外部RAMRAM和外部和外部ROMROM地址空间重叠，但因其地址空间重叠，但因其 选通信号、访问指令不同，因而不会造成访选通信号、访问指令不同，因而不会造成访 问混乱。问混乱。 3 3、扩展、扩展I/OI/O与外部与外部RAMRAM统一编址统一编址 单片机不再

7、另外提供信号作扩展单片机不再另外提供信号作扩展I/OI/O用，而是用，而是 同外部同外部RAMRAM统一编址，因而会占用局部统一编址，因而会占用局部RAMRAM地地 址空间。址空间。 9-3 程序存储器的扩展程序存储器的扩展 在在51系列单片机中，系列单片机中，ROM的寻址范的寻址范 围为围为64KBytes，在片内无，在片内无ROM或或 ROM空间不够的情况下，我们需要空间不够的情况下，我们需要 在片外扩展在片外扩展ROM，以满足系统的需，以满足系统的需 求。求。 9-3 程序存储器的扩展程序存储器的扩展 我们还是本着三总线的扩展方法来讲解其扩展方法：我们还是本着三总线的扩展方法来讲解其扩展

8、方法： 低低8位地址那位地址那 么由么由P0口经口经 地址锁存器地址锁存器 后提供后提供 片选那么由片选那么由 P2口剩余口剩余 局部经译码局部经译码 后提供。后提供。 高高8位地位地 址由址由P2口口 直接提供。直接提供。 1、地址总线、地址总线 2 2、数据总线、数据总线 数据总线数据总线 直接由直接由P0 口提供口提供 3、控制总线、控制总线 二、外部二、外部EPROM扩展电路扩展电路 1、使用单片的使用单片的EPROM扩展电路扩展电路 EPROM扩展实例 -在8031单片机上扩展4KB EPROM . . . D7 Q7 373 D0 Q0 G 控制线控制线 A11 A8 A7 A0

9、2732 O7 O0 OE CE P2.3 P2.0 P0.7 8031 P0.0 ALE PSEN 12根地址线根地址线 8根数据线根数据线 2、使用多片的、使用多片的EPROM扩展电路扩展电路 15 14 13 12 11 109876543210 地址地址 110* C000H DFFFH 101* A000H BFFFH 011* 6000H 7FFFH P2.5 15 14 13 12 11 109876543210 地址地址 000* 0000H 1FFFH 001* 2000H 3FFFH 010* 4000H 5FFFH 注注 意意 v利用线选法时，电路简单，但地址线利用线选法

10、时，电路简单，但地址线 利用率较低，造成地址空间浪费。利用率较低，造成地址空间浪费。 v利用地址译码法时，地址空间完全利利用地址译码法时，地址空间完全利 用，但电路比较复杂。用，但电路比较复杂。 在集成电路技术比较兴旺的今天，这种在集成电路技术比较兴旺的今天，这种 方法已不多用，可用方法已不多用，可用1至至2片即可到达最片即可到达最 大扩展容量。如：大扩展容量。如： 程序存储器的扩展 扩展总线 数据总线，P0口 地址总线，高8位P2口、低8位P0口 74LS373 v ROM芯片及其扩展方法 常用ROM芯片特性 芯片型号27C6427C12827C25627C512 容量8 KB16 KB32

11、 KB64 KB 引脚数28282828 读出时间/ns1201209090 最大工作电流/mA20202025 最大维持电流/mA0.10.10.10.03 注：应注意优先选用注：应注意优先选用CMOSCMOS器件，其读出时间短，耗电少。器件，其读出时间短，耗电少。 常用常用ROMROM芯片引脚芯片引脚 扩展电路扩展电路 9-4 数据存储器的扩展数据存储器的扩展 v51单片机的片内单片机的片内RAM为为128Bytes或或 256Bytes，一般情况下都能满足应用系统的，一般情况下都能满足应用系统的 需求，但当数据量较大时，就需要在片外扩需求，但当数据量较大时，就需要在片外扩 展展RAM，其

12、最大容量可达，其最大容量可达64KBytes。由于。由于 片外扩展片外扩展I/O与外部与外部RAM采用统一编址，因而采用统一编址，因而 外部外部RAM的实际容量有时不能到达的实际容量有时不能到达 64KBytes。 一、一、数据存储器扩展的方法数据存储器扩展的方法 数据存储器的扩展方法与程序 存储器的扩展方法根本相同。 我们还是本着三总线的扩展方 法来讲解RAM的扩展方法： 数据存储器扩展数据存储器扩展 1.1.低低8 8位地址那么由位地址那么由P0P0口经口经 地址锁存器后提供，其余地址锁存器后提供，其余 局部地址由局部地址由P2P2口直接提供。口直接提供。 片选那么由片选那么由P2P2 口

13、剩余局部经口剩余局部经 译码后提供译码后提供 2.数据总线数据总线 直接由直接由P0 口提供。口提供。 3.控制总线的连接控制总线的连接 3.控制总线的连接控制总线的连接 ALE(地址锁存允许地址锁存允许) LE (地址锁存允许地址锁存允许) /RD (片外读取信号片外读取信号) /OE(输出允许信号输出允许信号) /WR (片外写信号片外写信号) /WE(写选通允许信号写选通允许信号) 二、外部二、外部RAM访问方法访问方法 1、低、低8位地址总线寻址的外部位地址总线寻址的外部RAM区区 MOVXA,Ri MOVXRi,A 2、16位地址总线寻址的外部位地址总线寻址的外部RAM区区 MOVX

14、A,DPTR MOVXDPTR,A 三、常用数据存储器的扩展电路三、常用数据存储器的扩展电路 1、常用静态、常用静态RAM的引脚图的引脚图 2、扩展单片、扩展单片6116数据存储器举例数据存储器举例 2、扩展单片、扩展单片6264数据存储器举例数据存储器举例 数据存储器扩展方法 常用RAM芯片特性 芯片型号62646212862256 容量8 KB16KB32 KB 典型工作电流/mA4088 典型维持电流/mA20.50.5 最大存取时间/ns200200200 常用常用RAMRAM芯片引脚芯片引脚 扩展电路扩展电路 v5151系列单片机有系列单片机有3232个个I/OI/O口，且大多数情况

15、下口，且大多数情况下 不能完全提供给用户，因此在需要大量不能完全提供给用户，因此在需要大量I/OI/O口口 时，我们必须对其进行扩展。时，我们必须对其进行扩展。 v从功能上看，单片机的从功能上看，单片机的I/OI/O口有两种类型：根口有两种类型：根 本本I/OI/O和可编程和可编程I/OI/O。根本。根本I/OI/O结构简单但功能单结构简单但功能单 一，仅适用于简单的数据输入和输出；可编一，仅适用于简单的数据输入和输出；可编 程程I/OI/O功能丰富但本钱较高，使用较灵活。功能丰富但本钱较高，使用较灵活。 vI/O口的扩展原那么为口的扩展原那么为“输入三态、输出锁存，因输入三态、输出锁存，因 此利用此利用TTL或或MOS电路可进行简单电路可进行简单I/O口的扩展。口的扩展。 v如：用如：用8位三态缓冲器位三态缓冲器74LS244可扩展输入口；可扩展输入口； v 用用8D锁存器锁存器74LS273、74LS373、 74LS377 v 等可组成输出口。等可组成输出口。 v利用片选信号对外部利用片选信号对外部I/O进行编址，对其访问就象访进行编址，对其访问就象访 问外部问外部RAM一样。使用一样。使用MOVX指令。指令。 v/RD及及/WR信号参加片选。信号参加片选。 其其I/O口地址为口地址为