CHA6单片机外围扩展技术

1、概述存储器扩展基础数据存储器扩展方法第6章 单片机外围扩展技术 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术本章课程主要内容：本章课程主要内容：外部扩展的基本知识外部扩展的基本知识存储器的扩展方法存储器的扩展方法数据存储器的外扩数据存储器的外扩编程举例编程举例第6章 外围扩展技术 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术6.1 6.1 概述概述片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和I/O功能功能部件。部件。系统扩展主要内容有：系统扩展主要内容有：(1)外部存储器的扩展（外部外部存储器的扩展（外部RAM、ROM）(2) I/O接口

2、部件的扩展。接口部件的扩展。p 本章主要介绍如何扩展外部数据存储器本章主要介绍如何扩展外部数据存储器(外部外部RAM) 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术MCS-51单片机外部存储器结构单片机外部存储器结构:哈佛结构。哈佛结构。MCS-51 RAM和和ROM的最大扩展空间各为的最大扩展空间各为64KB。系统扩展首先要构造系统总线。系统扩展首先要构造系统总线。按功能把系统总线分为三组：按功能把系统总线分为三组：1.地址总线地址总线（AdressBus,简写简写

3、AB）2.数据总线数据总线 (Data Bus，简写，简写DB)3.控制总线控制总线（Control Bus，简写，简写CB） 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术与总线有关的基本概念与总线有关的基本概念系统总线：系统总线：是连接计算机各部件的一组公共信号线，是连接计算机各部件的一组公共信号线，MCS51的系统总线可分为的系统总线可分为地址总线、数据总线和控制总线。地址总线、数据总线和控制总线。地址总线：地址总线：它用来传输单片机所发出的地址信号，以便进行它用来传输单片机所发出的地址信号，以便进行存储单元和存储单元和I/O端口的选择。地址总线的数目决定着可直接访端口的选择。

4、地址总线的数目决定着可直接访问的存储单元及问的存储单元及I/O端口的数目。端口的数目。数据总线：数据总线：单片机与存储单元及单片机与存储单元及I/O口之间传输数据信号口之间传输数据信号控制总线：控制总线：是一组控制信号线，包括单片机发出的也包括从是一组控制信号线，包括单片机发出的也包括从外部存储单元或者外部存储单元或者I/O端口发送给单片机的。端口发送给单片机的。优点：优点：总线结构大大减小了单片机系统中传输线的数目，增总线结构大大减小了单片机系统中传输线的数目，增加了系统的可靠性。加了系统的可靠性。 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术图图1 1 系统扩展的三总线结构图系

5、统扩展的三总线结构图PSENP P2.02.0PP2.72.7ALEALEP P0.00.0PP0.70.7单片机单片机地址地址锁存器锁存器8 88 88 8RDWREA(CB)(CB)D D0 0DD7 7(DB)(DB) 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术1. 以以P0口作为数据总线（口作为数据总线（8位）。位）。2. 以以P0口经口经8位锁存器锁存后的信号作为地址总线的低位锁存器锁存后的信号作为地址总线的低8位。位。3以以P2口作为地址总线高口作为地址总线高8位。位。4.控制信号线：控制信号线：ALEALE（Address Latch EnableAddress L

6、atch Enable）：由）：由CPUCPU输出，寻址时有效，用输出，寻址时有效，用作地址锁存器的锁存允许控制信号。作地址锁存器的锁存允许控制信号。PSENEA ：由：由CPUCPU输出，在读程序时有效，用作片外程序存储输出，在读程序时有效，用作片外程序存储器的输出允许控制信号器的输出允许控制信号：由外围电路输入：由外围电路输入CPUCPU，用作片内程序存储器的选择控制，用作片内程序存储器的选择控制信号。信号。RD/WR：由：由CPUCPU输出，在读输出，在读/ /写片外数据存储器时有效，用作片写片外数据存储器时有效，用作片外数据存储器的读外数据存储器的读/ /写控制信号。写控制信号。 单片

7、机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术单片机系统的串行扩展技术单片机系统的串行扩展技术优点：串行接口器件体积小，与单片机接口时需要的优点：串行接口器件体积小，与单片机接口时需要的I/O口线口线少少, 可靠性提高。可靠性提高。缺点缺点:串行接口器件速度较慢串行接口器件速度较慢在多数应用场合，还是并行扩展占主导地位。在多数应用场合，还是并行扩展占主导地位。*串行总线是当前发展很迅速的一个领域串行总线是当前发展很迅速的一个领域 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术存储器扩展的读写控制存储器扩展的读写控制 单片

8、机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术6.2 6.2 存储器扩展基础存储器扩展基础只读存储器只读存储器 ROM PROM EPROM可读写存储器可读写存储器 SRAM DRAM不挥发性读写存储器不挥发性读写存储器 E2PROM NOVRAM：不挥发随机访问存储器，如背装锂电池的：不挥发随机访问存储器，如背装锂电池的SRAM特殊存储器特殊存储器 加密型加密型ROM；双端口；双端口RAM；先进先出；先进先出RAM; 快擦写型存储器快擦写型存储器存储器分类介绍存储器分类介绍 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术6.2.1 存储器扩展方法存储器扩展方法l 扩展存储器即

9、分配地址空间给每个芯片，注意要避免地址和扩展存储器即分配地址空间给每个芯片，注意要避免地址和数据的冲突数据的冲突l 芯片的片选端口为避免数据的冲突提供了方便，如何通过芯片的片选端口为避免数据的冲突提供了方便，如何通过MCS51的地址线产生片选信号是避免地址冲突的有效途径。的地址线产生片选信号是避免地址冲突的有效途径。片选控制片选控制 线选法线选法 适用于系统芯片数目较少适用于系统芯片数目较少 利用高端地址线（未用到的地址线）直接作为外扩芯片的片选线，线路利用高端地址线（未用到的地址线）直接作为外扩芯片的片选线，线路简单简单 地址空间有重叠，即同一存储空间可能对应多个地址地址空间有重叠，即同一存

10、储空间可能对应多个地址译码选通法译码选通法 适用于多片存储器扩展适用于多片存储器扩展 高端地址线经译码器译码后作为存储器片选线，线路需增加译码器芯片高端地址线经译码器译码后作为存储器片选线，线路需增加译码器芯片 地址空间连续，存储芯片空间对应地址唯一地址空间连续，存储芯片空间对应地址唯一 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术线选法寻址的最大特点是简单，适用于规模较小的单线选法寻址的最大特点是简单，适用于规模较小的单片机系统。假定单片机系统分别扩展了程序存储器芯片机系统。假定单片机系统分别扩展了程序存储器芯片片2716、数据存储器芯片、数据存储器芯片6116、并行接口芯片、并

11、行接口芯片8255、键盘键盘/显示器接口芯片显示器接口芯片8279和和D/A转换芯片转换芯片0832，则采，则采用线选法寻址的扩展片选连接下图所示。用线选法寻址的扩展片选连接下图所示。（1）线选法）线选法 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术（2）译码法）译码法 译码法，就是使用译码器对高位地址进行译码，以其译译码法，就是使用译码器对高位地址进行译码，以其译码输出作为扩展芯片的片选信号。这是一种最常用的寻码输出作为扩展芯片的片选信号。这是一种最常用的寻址方法，能有效地利用存储空间，适用于大容量、多芯址方法，能有效地利用存储空间，适用于大容量、多芯片的系统扩展。以译码法寻址的

12、系统扩展片选连接示意片的系统扩展。以译码法寻址的系统扩展片选连接示意如下图所示。如下图所示。 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术强调：强调：MCS51外扩存储器应注意的问题外扩存储器应注意的问题l程序存储器与数据存储器空间独立，各拥有程序存储器与数据存储器空间独立，各拥有64k寻寻址空间址空间l数据存储器扩展与数据存储器扩展与I/O口扩展占用数据口扩展占用数据64k空间，统空间，统一编址一编址l数据总线与低数据总线与低8位地址总线复用，必须运用地址锁位地址总线复用，必须运用地址锁存器实现低存器实现低8位地址总线的分离。位地址总线的分离。 单片机及接口技术 第六章第六章 外

13、围扩展技术外围扩展技术6.2.2 常用的锁存器芯片常用的锁存器芯片地址锁存芯片地址锁存芯片74LS273,74LS373,8282等等74LS373真值表真值表74LS273真值表真值表 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术锁存器锁存器8282功能及内部结构与功能及内部结构与74LS373完全一样，只是其引脚的排列与完全一样，只是其引脚的排列与74LS373不同不同 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术锁锁存存器器的的应应用用 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术6.2.3 常用的译码器芯片常用的译码器芯片地址译码芯片地址译码芯片74

14、LS13874LS138真值表真值表3-8译码器译码器 6543210YYYYYYY1 12 23 34 45 56 67 78 8A A0 0A A1 1A A2 2G G1 1GNDGND16161515141413131212111110109 9V Vcccc7 74 4L LS S1 13 38 8B2A2GG7YG1GG=G2A+G2B 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术常用的译码器芯片常用的译码器芯片地址译码芯片地址译码芯片74LS13974LS139真值表真值表74LS139管脚图管脚图74LS139为双为双2-4译码器译码器 1 12 23 34 45

15、56 67 78 81G1G1A1A1B1BGNDGND16161515141413131212111110109 9V Vcccc2G2G2A2A2B2B7 74 4L LS S1 13 39 93210Y1Y1Y1Y13210Y2Y2Y2Y2G 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术6.3 6.3 静态数据存储器的扩展静态数据存储器的扩展常用的静态常用的静态RAMRAM（SRAMSRAM）芯片）芯片典型型号有典型型号有:6116（2K）、）、6264（8K）、）、62128（16K）、）、62256（32K）。）。+5V电源供电，双列直插，电源供电，双列直插，6116为为

16、24引脚封装，引脚封装，6264、62128、62256为为28引脚封装。引脚封装。 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术RAM芯片芯片6264的相关总线介绍的相关总线介绍控制总线控制总线 存储器读选通存储器读选通OE 存储器写选通存储器写选通WE 存储器片选控制存储器片选控制CS数据总线数据总线 数据接口数据接口IO0IO7。地址总线地址总线 地址总线接口地址总线接口A0A12Intel Intel 62646264V VDDDDWEWE* *OEOE* *CSCS* *GNDGNDA A0 0-A-A1212I/OI/O0 0-I/O-I/O7 7随机存储器随机存储器6

17、2646264引脚引脚 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术ALEALE8 80 0C C5 51 1P P0.00.0 P P0.70.7Q Q0 0 Q Q7 7LELE7 74 4L LS S3 37 73 3D D0 0 D D7 7P P2.02.0 P P2.42.46 62 26 64 4A A0 0 A A7 7A A8 8 A A1212I/OI/O0 0 I/OI/O7 7P P2.72.7OECSWEOERDWR芯片芯片6264占用系统地址空间占用系统地址空间(00001FFFH)or(20003FFFH)or(4000H5FFFH)or(6000H7

18、FFFH) 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术ALEALE8 80 0C C5 51 1P P0.00.0 P P0.70.7Q Q0 0 Q Q7 7LELE7 74 4L LS S3 37 73 3D D0 0 D D7 7P P2.02.0 P P2.42.46 62 26 64 4A A0 0 A A7 7A A8 8 A A1212I/OI/O0 0 I/OI/O7 7P P2.72.7OECSWEOERDWR思考：改为非门后，寻址范围是多少？思考：改为非门后，寻址范围是多少？ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术数据存储器读数据存储器读/写

19、时序写时序 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术用线选法扩展多片外部数据存储器用线选法扩展多片外部数据存储器6264的电路的电路 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术地址线为地址线为A0A12，故剩余地址线为三根。用线选法可扩展，故剩余地址线为三根。用线选法可扩展3片片6264。3片片6264对应的地址空间如下。对应的地址空间如下。 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术ALEALE8 80 0C C5 51 1P P0.00.0 P P0.70.7Q Q0 0 Q Q7 7LELE7 74 4L LS S3 37 73 3D D0 0

20、 D D7 7P P2.02.0 P P2.42.46 62 26 64 4(1)(1)A A0 0 A A7 7A A8 8 A A1212I/OI/O0 0 I/OI/O7 76 62 26 64 4(2)(2)A A0 0 A A7 7A A8 8 A A1212I/OI/O0 0 I/OI/O7 7P P2.72.7P P2.62.6P P2.52.5G G1 1 G2G2 G GA A2 2A A1 1A A0 07 74 4L LS S1 13 38 85v5vOECSWEOE0127YYYYCSWEOERDWR扩展两片扩展两片8KB8KB数据数据存储器存储器 单片机及接口技术 第

21、六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术第一片存储器的地址范围为：第一片存储器的地址范围为：0000 0000 0000 0000B0001 0000 0000 0000 0000B0001 1111 1111 1111B1111 1111 1111B，即，即0000H1FFFH0000H1FFFH；第二片存储器的地；第二片存储器的地址范围为：址范围为：0010 0000 0000 0000B0011 1111 1111 1111B0010 0000 0000 0000B0011 1111 1111 1111B，即即2000H3FFFH2000H3FFFH。 例例2 2：系统扩展图如上图所示，设：

22、系统扩展图如上图所示，设(DPTR)=1000H(DPTR)=1000H，指令，指令MOVX A,DPTRMOVX A,DPTR的执行时序为：地址的执行时序为：地址1000H=0001 0000 1000H=0001 0000 0000 0000B0000 0000B。首先。首先ALEALE、地址总线、地址总线P2P2、P0P0输出地址。其次输出地址。其次，从，从P0.7-P0.0P0.7-P0.0输出的低输出的低8 8位地址锁存在位地址锁存在74LS37374LS373中，中，P0P0总线总线空出；由于空出；由于P2.7P2.5=000BP2.7P2.5=000B，译码器，译码器74LS13

23、874LS138的的Y Y0 0( (平平) )有效有效，选中第一片，选中第一片62646264。第三，。第三，RD(RD(平平) )信号驱使信号驱使62646264的的OE(OE(平平) )信号有效，将第一片存储器地址信号有效，将第一片存储器地址1000H1000H中的数据经数据总中的数据经数据总线线P0P0输入到输入到CPUCPU内。内。 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术例例1编写程序将片外编写程序将片外RAM中中5000H50FFH单元全部清零。单元全部清零。方法方法1：用用DPTR作为数据区地址指针，同时使用字节计数器。作为数据区地址指针，同时使用字节计数器。M

24、OV DPTR，#5000H；设置数据块指针的初值；设置数据块指针的初值MOV R7，#00H；设置块长度计数器初值；设置块长度计数器初值CLR ALOOP：MOVX DPTR，A ；把某一单元清零；把某一单元清零INC DPTR；地址指针加；地址指针加1DJNZ R7，LOOP ；数据块长度减；数据块长度减1，若不为，若不为0则继续清零则继续清零HERE：SJMP HERE；执行完毕，原地踏步；执行完毕，原地踏步以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术方法方法2：用用DPTR作为数据区地址指针，但不使用字节计数器，作为数据区地址指针，但不使用字节计数器，而

25、是比较特征地址。而是比较特征地址。MOV DPTR，#5000HCLR ALOOP：MOVX DPTR，AINC DPTRMOV R7，DPLCJNE R7，#0，LOOP ；与末地址；与末地址+1比较比较HERE：SJMP HERE以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术例例1 1：若扩展：若扩展4 4片片16KB16KB数据存储器数据存储器 图图6.4 6.4 地址译码地址译码1G1G1A1A1B1B7 74 4L LS S1 13 39 9 #0 #0存储器存储器 #1 #1存储器存储器 #2 #2存储器存储器 #3 #3存储器存储器+5v+5vP P

26、2.62.6P P2.72.7M MC CS S5 51 13210Y1Y1Y1Y1以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术用用P P2.72.7P P2.62.6作为作为74LS13974LS139的第一组输入，的第一组输入，74LS13974LS139的第一组输的第一组输出作为这出作为这4 4片数据存储器的片选信号，当片数据存储器的片选信号，当P P2.72.7P P2.62.6输出输出0011B0011B时，分别选中时，分别选中#0#3#0#3存储器，则存储器，则#0#0存储器的地址范围为存储器的地址范围为0000H3FFFH0000H3FFFH（P2

27、P0=0000 0000 0000 0000B0011 1111 P2P0=0000 0000 0000 0000B0011 1111 1111 1111B1111 1111B），），#1#1、#2#2、#3#3存储器的地址范围分别为存储器的地址范围分别为4000H7FFFH4000H7FFFH、8000HBFFFH8000HBFFFH、C000HFFFFHC000HFFFFH。 以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术6.4 程序存储器的扩展程序存储器的扩展EPROM 2764的相关总线介绍的相关总线介绍控制总线控制总线存储器读选通存储器读选通OE存储器片

28、选控制存储器片选控制CE存储器编程脉冲存储器编程脉冲PGM编程电压输入编程电压输入Vpp数据总线数据总线数据接口数据接口D0D7。地址总线地址总线地址总线接口地址总线接口A0A12以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术2764为为8K字节字节EPROM存储存储器，一般有五种工作方式器，一般有五种工作方式读方式读方式未选中方式未选中方式编程方式编程方式编程校核方式编程校核方式编程禁止方式编程禁止方式以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术程序存储器程序存储器EPROM的扩展的扩展线选法扩展线选法扩展芯片芯片2764占用系统

29、地址空间占用系统地址空间(00001FFFH)or(20003FFFH)or(4000H5FFFH)or(6000H7FFFH)以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术EPROM读时序读时序外部程序存储器的操作时序图（不执行外部程序存储器的操作时序图（不执行MOVX类指令类指令）以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术EPROM读时序读时序外部程序存储器的操作时序图（执行外部程序存储器的操作时序图（执行MOVX类指令）类指令）以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术程序存储器程序存储器E

30、PROM的扩展的扩展译码法扩展译码法扩展芯片芯片2764占用系统地址空间（占用系统地址空间（2000H3FFFH) 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术使用多片使用多片EPROM的扩展电路的扩展电路扩展扩展4片片27128，每片，每片16K字节字节以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术扩展扩展1 1片片27128 27128 ALEALEP P0 08 80 0C C5 51 1P P2.02.0 P P2.52.5LELE74LS37374LS373D D0 0 D D7 7Q Q0 0 Q Q7 72 27 71 12 28 8O

31、O0 0 O O7 7A A8 8 A A1313A A0 0 A A7 7OEPSENCEOE问题：问题：2712827128的地址范围？的地址范围？ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术扩展扩展1 1片片16KB 16KB EPROMEPROM和和1 1片片8KB RAM 8KB RAM ALEALEP P0 08 80 0C C5 51 1P P2.02.0 P P2.42.4LELE74LS37374LS373D D0 0 D D7 7Q Q0 0 Q Q7 76 62 26 64 4I/OI/O0 0 I/OI/O7 7A A8 8 A A12122 27 71

32、12 28 8O O0 0 O O7 7A A8 8 A A1212A A0 0 A A7 7A A1313P P2.52.5A A0 0 A A7 7OECSWEOEPSENCEOEEAWRRD问题：问题：ROMROM和和RAMRAM各自的地各自的地址范围？址范围？以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术1. 1.如下图所示的系统扩展，请问如下图所示的系统扩展，请问62646264的地址范围？试编写的地址范围？试编写通过通过74HC37374HC373输出输出#30H#30H的汇编指令。的汇编指令。 ALEALEP P0.00.0PP0.70.780C51

33、80C51P P2.02.0PP2.42.4G G74HC37374HC373D D0 0DD7 7Q Q0 0QQ7 762646264I/OI/O0 0 I/OI/O7 7A A8 8AA1 12 2A A0 0AA7 7 P P2.52.5D D0 0DD7 774LS37374LS373CLKCLKQ Q0 0QQ7 7WRRDCSWEOEOEE练习：练习： 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术2. 2.设计并画出扩展一片设计并画出扩展一片62646264的电路图，要求该数据存的电路图，要求该数据存储器的地址范围为储器的地址范围为8000H9FFFH8000H9FFFH。 以下部分不作要求！ 单片机及接口技术 第六章第六章 外围扩展技术外围扩展技术403938373680C3180C518