第2章单片机总线与存储器的扩展2015

1、单片机及接口技术DMUDMU2-12.1 2.1 单片机系统总线和系统扩展方法单片机系统总线和系统扩展方法2.2 2.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展2.3 2.3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展2.4 2.4 小小 结结单片机及接口技术DMUDMU2-2 最小系统最小系统是指在最少的外部电路条件下，形成一个可独立工是指在最少的外部电路条件下，形成一个可独立工作的单片机应用系统。作的单片机应用系统。 一片一片89C5189C51外接晶振电路就构成了一个单片机最小系统。外接晶振电路就构成了一个单片机最小系统。2.1 2.1 单片机系统总线和系统扩展方法单片机系统总线和系统扩展方法 MCS-

2、51MCS-51系列系列单片机的特点单片机的特点是体积小，功能全，系统结构紧凑，是体积小，功能全，系统结构紧凑，硬件设计灵活。对于简单的应用，硬件设计灵活。对于简单的应用，最小系统最小系统即能满足要求。即能满足要求。 在很多复杂的应用情况下，单片机内的在很多复杂的应用情况下，单片机内的RAM RAM ，ROM ROM 和和 I/OI/O接口数量有限，不够使用，这种情况下就需要进行扩展。接口数量有限，不够使用，这种情况下就需要进行扩展。 单片机的系统扩展单片机的系统扩展主要是指主要是指外接外接数据存贮器、程序存贮器数据存贮器、程序存贮器或或I/OI/O接口接口等，以满足应用系统的需要。等，以满足

3、应用系统的需要。单片机及接口技术DMUDMU2-3MCS-51MCS-51单片机的总线接口信号单片机的总线接口信号1 1、单片机系统总线、单片机系统总线单片机是通过单片机是通过数据总线数据总线，地址总线地址总线和和控制总线控制总线与外部交换信息的。与外部交换信息的。地址总线地址总线P2A8 A15D0 D7数据总线数据总线/PSEN/RD/WR控制总线控制总线51单片机单片机地址地址锁存器锁存器ALEP0A0 A7AD0 AD7P22P22单片机及接口技术DMUDMU2-4由图可见：由图可见：1 1）P0P0口：口：分时传送分时传送低低8 8位地址位地址/ /数据数据信息，在接口电路中，通信息

4、，在接口电路中，通常配置地址锁存器，由常配置地址锁存器，由ALEALE信号锁存低信号锁存低8 8位地址位地址A0A0 A7A7，以分离，以分离地址和数据信息。地址和数据信息。 2 2）P2P2口：口：传送高传送高8 8位地址位地址A8A8 A15A15。 1 1、单片机系统总线、单片机系统总线地址总线地址总线P2A8 A15D0 D7数据总线数据总线/PSEN/RD/WR控制总线控制总线51单片机单片机地址地址锁存器锁存器ALEP0A0 A7AD0 AD7单片机及接口技术DMUDMU2-51 1、单片机系统总线、单片机系统总线3 3）/PSEN/PSEN为为程序存储器程序存储器的控制信号，在的

5、控制信号，在取指令码取指令码时或执行时或执行MOVCMOVC指令指令时变为有效。时变为有效。 /RD/RD、/WR/WR为为 数据存储器和数据存储器和 I/OI/O口的读、写控制信号。在口的读、写控制信号。在执行执行MOVXMOVX指令指令时变为有效。时变为有效。地址总线地址总线P2A8 A15D0 D7数据总线数据总线/PSEN/RD/WR控制总线控制总线51单片机单片机地址地址锁存器锁存器ALEP0A0 A7单片机及接口技术DMUDMU2-6系统的扩展系统的扩展归结为归结为三总线的连接三总线的连接，连线时应遵守下列原则：，连线时应遵守下列原则：（1 1）双方双方 数据线数据线-数据线数据线

6、，地址线地址线-地址线；地址线；（2 2）控制线控制线-控制线控制线。要特别。要特别注意注意的是：的是： 程序存储器程序存储器-/PSEN; -/PSEN; 数据存储器数据存储器-/RD-/RD和和/WR/WR（3 3）控制线相同的地址线不能相同，地址线相同的控制线不能控制线相同的地址线不能相同，地址线相同的控制线不能相同。相同。（4 4）片选：片选：用来区别用来区别不同芯片不同芯片的选择信号；的选择信号；（片外选择）（片外选择） 字选：字选：用来选择片内不同用来选择片内不同存储单元存储单元或端口；或端口；（片内选择）（片内选择）2 2、系统扩展方法、系统扩展方法高位地址线高位地址线低位地址线

7、低位地址线A0A0. . . .AnAn/CS/CS单片机及接口技术DMUDMU2-7片选信号片选信号有效时，芯片才选中工作。有效时，芯片才选中工作。 当仅有一片工作时，片选端可接地当仅有一片工作时，片选端可接地; ; 当同类芯片多片时当同类芯片多片时, ,片选端可通过片选端可通过地址译码器地址译码器输出信号来选择；输出信号来选择；2 2、系统扩展方法、系统扩展方法地址译码方法地址译码方法：线译码、部分译码、全译码。：线译码、部分译码、全译码。A0A0. . . .AnAn/CS/CSA0A0. . . .AnAnA0A0. . . .AnAn/CS/CSA0A0. . . .AnAn译码器A

8、0A0. . . .AnAn/CS/CSA0A0. . . .AnAnAxAxAxAx. . . .A15A15A0A0. . . .AnAn/CS/CSA0A0. . . .AnAn译码器单片机及接口技术DMUDMU2-8(1) (1) 使用逻辑门译码使用逻辑门译码地址译码器地址译码器最常用的地址译码方法最常用的地址译码方法-全译码和部分译码全译码和部分译码就是使用字选余下的就是使用字选余下的高位地址线高位地址线进行译码，其译码输出作为外进行译码，其译码输出作为外围芯片的片选信号。围芯片的片选信号。译码电路可以使用译码电路可以使用逻辑门逻辑门， 也可以使用也可以使用译码芯片译码芯片。P2.4

9、( A12 )P2.4( A12 )/CS/CSA0A0 A11A11& A0A0 A11A11P2.5( A13 )P2.5( A13 )P2.6( A14 )P2.6( A14 )P2.7( A15 )P2.7( A15 )该芯片的该芯片的字选地址线字选地址线为为A0A0 A11A11，容量为，容量为4K4K。 片选线片选线为为A12A12 A15A15单片机及接口技术DMUDMU2-9片片 选选 字字 选选A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6

10、 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1地址范围地址范围： 6000H 6000H 6FFFH 6FFFH 地址译码器地址译码器单片机及接口技术DMUDMU2-10常用的地址译码芯片常用的地址译码芯片-74LS138-74LS138（3-83-8译码器）译码器） 74LS139 74LS139（双（双2-42-4译码器）。译码器）。（2 2）使用

11、译码芯片进行地址译码）使用译码芯片进行地址译码74LS13874LS138（3-83-8译码器）译码器）：3 3个输入端，个输入端，3 3个控制端，个控制端，8 8个输出端。个输出端。单片机及接口技术DMUDMU2-11例例 用用8Kx88Kx8位的存储芯片组成容量为位的存储芯片组成容量为64Kx864Kx8位的存储器，试问：位的存储器，试问：1 1、需要几个芯片？、需要几个芯片？ 共需多少根地址线，其中多少根字选线？共需多少根地址线，其中多少根字选线？ 多少根片选线？多少根片选线？8K=28K=21313 片片 选选 字字 选选 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A

12、7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0/Y0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 /Y0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H0000H 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFFH1FFFH64/864/8=8=864K=264K=216162 2、若用、若用74LS13874LS138进行地址译码，进行地址译码，试画出译

13、码电路，并标出其输出试画出译码电路，并标出其输出线的选址范围。线的选址范围。单片机及接口技术DMUDMU2-12程序存储器由程序存储器由ROMROM构成，掉电后信息不丢失构成，掉电后信息不丢失-存放程序、存放程序、表格表格数据，数据，只有输出允许只有输出允许/OE/OE，没有没有写允许写允许/WE/WE。 EPROMEPROM、EEPROMEEPROM、FLASHFLASH存储器存储器 2.2 2.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展EPROMEPROM：27162716，27322732，27642764，2712827128，2725627256，2701027010 容量：容量： 2KB

14、 4KB 8KB 16KB 32KB 128KB2KB 4KB 8KB 16KB 32KB 128KB地址线：地址线： 11 12 13 14 15 17 11 12 13 14 15 17 写入：编程器写入：编程器 电压：电压：1515 25V 25V 紫外线擦除器擦除紫外线擦除器擦除 1 1、EPROMEPROM的扩展的扩展单片机及接口技术DMUDMU2-132.2 2.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展单片机工作单片机工作：一直处于不断的：一直处于不断的取指令码译码取指令码译码执行执行的工作过的工作过程中，程中，在取指令码时和执行在取指令码时和执行MOVCMOVC指令时，指令时，/PS

15、EN/PSEN会变为有效会变为有效，和其，和其它信号配合完成从程序存储器读取数据。它信号配合完成从程序存储器读取数据。ALEALE、/PSEN/PSEN、P0P0和和P2P2配合使程序存储器完成取指操作。配合使程序存储器完成取指操作。单片机及接口技术DMUDMU2-142.2 2.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展从外部程序存储器取指操作时序从外部程序存储器取指操作时序 一个机器周期单片机及接口技术DMUDMU2-158XX518XX51单片机扩展程序存储器单片机扩展程序存储器27322732的电路图的电路图单片机及接口技术DMUDMU2-162.2 2.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展

16、当把当把ALEALE与与G G相连后，相连后，ALEALE的下跳沿正好把的下跳沿正好把P0P0端口上出现的端口上出现的PCPC寄存器指示的低寄存器指示的低8 8位指令地址位指令地址A0A0 A7A7锁存在锁存在74LS37374LS373的的Q0Q0 Q7Q7上；上； PC PC的高的高4 4位地址位地址A8 A8 A11A11则直接由则直接由P2.0 P2.0 P2.3P2.3提供。提供。图中，图中，74LS37374LS373为为8D8D锁存器，锁存器， 其主要特点在于：其主要特点在于：控制端为控制端为高电平高电平时时，输出，输出Q=D Q=D 即即 Q0Q0 Q7=D0Q7=D0 D7D

17、7； G G为为下跳沿下跳沿时时 锁存。锁存。单片机及接口技术DMUDMU2-172.2 2.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展 /PSEN /PSEN 低电平时低电平时使使/OE/OE有效，打开有效，打开27322732中由中由A0A0 A11A11指定的指定的地址单元，该单元中的指令码从地址单元，该单元中的指令码从27322732的的OO0 0 O O7 7输出，输出， /PSEN/PSEN上升沿时，将上升沿时，将数据内容数据内容读入读入P0P0端口输入到单片机内端口输入到单片机内, , 经译码执经译码执行。行。由于只扩展了一片由于只扩展了一片2732EPROM2732EPROM，因此，

18、因此27322732的片选端的片选端 /CE/CE接接地地。/PSEN/PSEN与与27322732的输出允许的输出允许/OE/OE相连，相连，这就是从外存指定地址单元中取这就是从外存指定地址单元中取1 1字节指令的整个过程。字节指令的整个过程。单片机及接口技术DMUDMU2-182.2 2.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展单片机及接口技术DMUDMU2-192 2、EEPROMEEPROM的扩展的扩展EEPROMEEPROM即可像即可像EPROMEPROM那样长期非易失地保存信息，又可像那样长期非易失地保存信息，又可像RAMRAM那样随时用电改写，广泛用作单片机的程序存储器和数据那样随时

19、用电改写，广泛用作单片机的程序存储器和数据存储器。存储器。特点：特点： * *单单+5V+5V供电，供电，电可擦除电可擦除可可改写改写。 * *使用次数为使用次数为1 1万次，信息保存时间为万次，信息保存时间为1010年。年。 * *读出时间为读出时间为nsns级，级，写入时间为写入时间为msms级级 * *芯片引脚信号与相应的芯片引脚信号与相应的RAMRAM和和EPROMEPROM芯片兼容。芯片兼容。单片机及接口技术DMUDMU2-20型型 号号引引 脚脚 数数容量容量/字节字节引脚兼容的存储器引脚兼容的存储器281628162864286428C25628C25628F51228F5122

20、8F01028F01028F02028F02028F04028F040 2424 28 28 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 2KB2KB 8KB 8KB 32KB 32KB 64KB 64KB 128KB 128KB 256KB 256KB 512KB 512KB 27162716，61166116 2764 2764，62646264 27C256 27C256 27C512 27C512 27C010 27C010 27C020 27C020 27C040 27C040常用的常用的EEPROMEEPROM单片机及接口技术DMUDMU2-21EEPROM2864

21、EEPROM2864和单片机的连接方法和单片机的连接方法* * 28642864为为8KB EEPROM8KB EEPROM* *典型读出时间为典型读出时间为200200 350ns350ns，* *字节编程写入时间为字节编程写入时间为10 10 20ms20ms，* *芯片内有电压提升电路，编程时不必芯片内有电压提升电路，编程时不必增高压，单一增高压，单一+5V+5V供电。供电。* *引脚和引脚和62646264，27642764兼容，兼容，引脚配置引脚配置见右图。见右图。单片机及接口技术DMUDMU2-22操作操作/CE/CE/OE/OE/WE/WED0D0 D7D7维持维持1 1X XX

22、 X高阻抗高阻抗读读0 00 01 1数据输出数据输出写写0 01 10 0数据输入数据输入单片机及接口技术DMUDMU2-23既可作为数据存储器，又可作为程序存储器。由于只扩展了一片，片选端接地。由于只扩展了一片，片选端接地。单片机及接口技术DMUDMU2-24FlashFlash存储器逐步替代存储器逐步替代EEPROMEEPROM广泛用作固态盘，通过广泛用作固态盘，通过USBUSB接口与接口与PCPC机通信机通信-U U盘盘 工控机上的工控机上的Compact Flash Card-Compact Flash Card-CFCF卡卡快擦写快擦写、非易失的、非易失的EEPROMEEPROM存

23、储器存储器主要性能特点主要性能特点：1 1、高速整体擦除高速整体擦除；2 2、高速访问，最大读取时间不超过、高速访问，最大读取时间不超过150 ns;150 ns;3 3、高速编程；高速编程；4 4、低功耗，低价格，可靠性高，集成度高。、低功耗，低价格，可靠性高，集成度高。单片机及接口技术DMUDMU2-25 RAM RAM分类：分类： DRAMDRAM（动态（动态RAMRAM），需要定时刷新，），需要定时刷新，不用在不用在单片机系统中单片机系统中 SRAMSRAM（静态（静态RAMRAM）-单片机电路单片机电路常用常用 2.3 2.3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展1 1、SRAMSRAM

24、的扩展的扩展SRAMSRAM：62646264，6212862128，6225662256 容量容量： 8KB 16KB 32KB 8KB 16KB 32KB 地址线地址线：13 14 1513 14 155151单片机内只有单片机内只有128128字节的数据字节的数据RAMRAM，当应用中需要更多的，当应用中需要更多的RAMRAM时，只能在片外扩展。可扩展的最大容量为时，只能在片外扩展。可扩展的最大容量为64KB64KB。单片机及接口技术DMUDMU2-26当执行指令当执行指令 MOVX AMOVX A，RiRi或或 MOVX AMOVX A，DPTR DPTR 时进入时进入外部数据外部数据

25、RAMRAM是的读周期。是的读周期。单片机对片外单片机对片外RAMRAM进行读操作的进行读操作的时序时序。单片机及接口技术DMUDMU2-27 在在ALEALE下跳沿下跳沿，P0P0输出的低输出的低8 8位地址被锁存在锁存器中，随后位地址被锁存在锁存器中，随后P0P0又进入高阻三态；又进入高阻三态； 在在ALEALE的上升沿的上升沿，把外部程序存储器的指令读入后就开始了对，把外部程序存储器的指令读入后就开始了对片外片外RAMRAM的读过程。的读过程。 ALEALE高电平高电平期间，根据指令间址提供的地址，期间，根据指令间址提供的地址，P2P2口输出外部口输出外部RAMRAM的高的高8 8位地址

26、位地址A15A15 A8 A8 ，P0P0端口输出低端口输出低8 8位地址位地址A7 A7 A0 A0 ； /RD/RD信号有效后信号有效后，被选中的，被选中的RAMRAM的数据出现在数据总线上，的数据出现在数据总线上，P0 P0 处于输入状态，处于输入状态，CPUCPU从从P0 P0 口读取外部口读取外部RAMRAM的数据的数据 。单片机及接口技术DMUDMU2-28当执行当执行MOVX MOVX RiRi，A A 或或 MOVXMOVX DPTR DPTR，A A指令时进入指令时进入外部数据存储器的写周期，其写周期时序如下：外部数据存储器的写周期，其写周期时序如下：单片机及接口技术DMUD

27、MU2-29外部外部RAMRAM：有读有读 有写有写，用，用/RD/RD或或/WR/WR选通；选通； 一个机器周期中一个机器周期中ALEALE只有一次有效。只有一次有效。 写写外部外部RAMRAM与与读读外部外部RAMRAM的时序的时序差别差别：控制信号（指令）：控制信号（指令） /WR-/WR-写数据写数据RAM RAM /RD-/RD-读数据读数据RAMRAM ； 访问访问外部外部数据数据RAMRAM操作与操作与外部外部程序程序存储器存储器操作的差别操作的差别外部程序存储器外部程序存储器：只有读只有读 而而 无写；用无写；用/PSEN/PSEN选通；选通； 一个机器周期中一个机器周期中AL

28、EALE两次有效。两次有效。书上说反了书上说反了P150/142P150/142单片机及接口技术DMUDMU2-30P2.4P2.0P0.7.P0.1P0.0ALE8XX51OEA8D7.D1D0GQ7.Q1Q074LS373D7D1D0OEA7A1A0VccGND6264RAM+5V8XX51扩展6264外部数据RAMRDWRCE1WE.A12CE2.单片机及接口技术DMUDMU2-31由图可见：由图可见： ALEALE把把P0P0端口输出的低端口输出的低8 8位地址位地址A0A0 A7A7锁存在锁存在74LS37374LS373； P2P2口的口的P2.0 P2.0 P2.4P2.4直接输

29、出高直接输出高5 5位地址位地址A8 A8 A12A12； 单片机的单片机的/RD/RD /WR/WR 输出允许输出允许/OE/OE 62646264 写信号写信号/WE/WE P2.4P2.0P0.7.P0.1P0.0ALE8XX51OEA8D7.D1D0GQ7.Q1Q074LS373D7D1D0OEA7A1A0VccGND6264RAM+5V8XX51扩展6264外部数据RAMRDWRCE1WE.A12CE2.单片机及接口技术DMUDMU2-32 执行执行读指令读指令时，时，/RD/RD使使/OE/OE有效，有效，6264 RAM6264 RAM中指定地址单元中指定地址单元的数据经的数据经

30、D0 D0 D7D7由由P0P0口读入；口读入； 执行执行写指令写指令时，时，/WR/WR使使/WE/WE有效，由有效，由P0P0口提供的数据经口提供的数据经Do Do D7D7写入写入62646264的指定地址单元中。的指定地址单元中。P2.4P2.0P0.7.P0.1P0.0ALE8XX51OEA8D7.D1D0GQ7.Q1Q074LS373D7D1D0OEA7A1A0VccGND6264RAM+5V8XX51扩展6264外部数据RAMRDWRCE1WE.A12CE2.单片机及接口技术DMUDMU2-33例如例如：将外部数据：将外部数据RAM1050HRAM1050H地址单元中的内容读入地

31、址单元中的内容读入A A累加器累加器DPTRDPTR间址：间址： MOV MOVDPTRDPTR，#1050H #1050H ；1616位地址位地址 MOVXMOVXA A， DPTR DPTR 读读/ /写外部数据写外部数据RAMRAM的的操作指令操作指令MOVXMOVX， 可采用可采用RiRi或或DPTRDPTR间址间址。 C51 C51语言可以采用语言可以采用指针指针或或绝对地址访问绝对地址访问。 指针：指针： uchar xdata uchar xdata * *point;point; point=(uchar xdata point=(uchar xdata * *)0 x1050

32、;)0 x1050; ACC= ACC=* *point;point;绝对地址：绝对地址： ACC=XBYTE0 x1050ACC=XBYTE0 x1050单片机及接口技术DMUDMU2-34RiRi间址间址: : MOV MOVP2,P2,#10H #10H ; ;高高8 8位位 地址地址 MOV MOVR1,R1,#50H #50H ; ;低低8 8位位 地址地址 MOVX MOVXA,A,R1R1 指针：指针： uchar pdata uchar pdata * *point;point; P2=0 x10; P2=0 x10; point=(uchar pdata point=(uch

33、ar pdata * *)0 x50;)0 x50; ACC= ACC=* *point;point;绝对地址：绝对地址： P2=0 x10;P2=0 x10; ACC=PBYTE0 x50;ACC=PBYTE0 x50;单片机及接口技术DMUDMU2-35例如例如: : 把把A A累加器中内容写入外部数据累加器中内容写入外部数据RAM 1050HRAM 1050H地址单元地址单元DPTRDPTR间址：间址： MOV MOVDPTRDPTR，#1050H #1050H ；1616位地址位地址 MOVX DPTR, AMOVX DPTR, A 指针：指针： uchar xdata uchar x

34、data * *point;point; point=(uchar xdata point=(uchar xdata * *)0 x1050;)0 x1050; * *point=ACC;point=ACC;绝对地址：绝对地址： XBYTE0 x1050=ACC;XBYTE0 x1050=ACC;单片机及接口技术DMUDMU2-36RiRi间址间址: : MOV MOVP2,P2,#10H #10H ; ;高高8 8位位 地址地址 MOV MOVR1,R1,#50H #50H ; ;低低8 8位位 地址地址 MOVX MOVXR1,R1, A A 指针：指针： uchar pdata uchar pdata