第六章CS51单片机系统扩展

1、2022-6-13第1页第六章第六章 CS-51单片机系统扩展单片机系统扩展 片片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和内的资源如不满足需要，需外扩存储器和I/O功能部件。功能部件。 系统扩展系统扩展主要内容有：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接口部件的扩展。接口部件的扩展。2022-6-13第2页6.1 MCS-51单片机的最小系统单片机的最小系统6.1.1 8051/8751的最小系统的最小系统XTAL1 XTAL2 8751 P0P1P2P3 8051 RESET EA GND +5V +5V8 8 88 2022-6-136.1

2、.2 8031最小应用系统最小应用系统2022-6-136.2 存储器扩展存储器扩展6.2.1 存储器扩展概述存储器扩展概述 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-51RAM和和ROM的的最大扩展空间各为最大扩展空间各为64KB。 系统扩展首先要系统扩展首先要构造系统总线。构造系统总线。按功能把系统总线分成三组：按功能把系统总线分成三组：1.地址总线地址总线2.数据总线数据总线3.控制总线控制总线2022-6-13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，M

3、CS51的的系统总线可分为地址总线、数据总线和控制总线。系统总线可分为地址总线、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，以便进行存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储单元和I/O口的选择。地址总线的数目决定可直接访问的存储口的选择。地址总线的数目决定可直接访问的存储单元及单元及I/O口的数目。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外：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部存储单元或I/

4、O口发送给单片机的。口发送给单片机的。2022-6-13构造系统总线构造系统总线2022-6-13地址锁存器地址锁存器74LS3732022-6-13 存储器扩展的读写控制存储器扩展的读写控制 RAM芯片芯片：读写控制引脚：读写控制引脚OE和和WE，与，与MCS51的的RD和和WR引脚相连。引脚相连。 EPROM芯片芯片：只有读出引脚：只有读出引脚OE，与，与MCS51的的PSEN引脚相连。引脚相连。2022-6-13常用常用EPROM芯片介绍芯片介绍 典型芯片是典型芯片是27系列产品，如：系列产品，如： 2764 （8KB*8） 27128（16KB*8） 27256（32KB*8） 275

5、12（64KB*8） 27后面的数字表示其位存储容量后面的数字表示其位存储容量6.2.2 程序存储器扩展程序存储器扩展2022-6-13存储器扩展方法存储器扩展方法 扩展存储器即分配地址空间给每个芯片，注意要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避免地址和数据的冲突 芯片的片选端口为避免数据的冲突提供了方便，芯片的片选端口为避免数据的冲突提供了方便，如何通过如何通过MCS51的地址线产生片选信号是避免地的地址线产生片选信号是避免地址冲突的有效途径。址冲突的有效途径。2022-6-13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

6、址线（未用到的地址线）直接作为外利用高端地址线（未用到的地址线）直接作为外扩芯片的片选线，线路简单扩芯片的片选线，线路简单 地址空间有重叠，即同一存储空间可能对应多个地址空间有重叠，即同一存储空间可能对应多个地址地址 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，高端地址线经译码器译码后作为存储器片选线，线路需加译码器芯片线路需加译码器芯片 地址空间连线，存储芯片空间对应地址唯一地址空间连线，存储芯片空间对应地址唯一2022-6-13芯片译码选通法的分类芯片译码选通法的分类 全译码方式：所有片选地址线（高端地址线）全全译码方式：所有片

7、选地址线（高端地址线）全部参加译码；部参加译码； 部分译码方式：片选地址线（高端地址线）部分部分译码方式：片选地址线（高端地址线）部分参加译码，剩下部分悬空；参加译码，剩下部分悬空；2022-6-13锁存器的应用锁存器的应用2022-6-1374LS138译码器芯片应用译码器芯片应用2022-6-13EPROM2764的相关总线介绍的相关总线介绍2022-6-13一单片程序存储器的扩展一单片程序存储器的扩展P2.6P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P2.7P2.5P0.0ALEVcc8031PSENEAVss+5VA12A11A10

8、A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D5D4D3D2D1D0OED6CEGNDVff+5V8D7D6D5D4D3D2D1DGOE8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1QVcc74LS3732022-6-13其其8个重叠的地址范围为如下：个重叠的地址范围为如下：00000000000000000001111111111111，即，即0000H1FFFH；00100000000000000011111111111111，即，即2000H3FFFH；01000000000000000101111111111111，即，即4000H5FFFH；01100000000000000111111111111

9、111，即，即6000H7FFFH；10000000000000001001111111111111，即，即8000H9FFFH；10100000000000001011111111111111，即，即A000HBFFFH；11000000000000001101111111111111，即，即C000HDFFFH；11100000000000001111111111111111，即，即E000HFFFFH。2022-6-13第18页二多片程序存储器的扩展二多片程序存储器的扩展P2.6P2.5P2.4P2.0ALE8031PSENEAGP2.774LS373OEA0A7A8A12 CED0D7

10、OE2764(1)A0A7A8A12 CE2764(2)D0D7OEP0588885885线选法线选法2022-6-13其两片的地址空间分别为：其两片的地址空间分别为：第一片：第一片：000000000000000000001111111111111，即，即0000H1FFFH；001000000000000000011111111111111，即，即2000H3FFFH；010000000000000000101111111111111，即，即4000H5FFFH；011000000000000000111111111111111，即，即6000H7FFFH；第二片：第二片：10000000

11、0000000001001111111111111，即，即8000H9FFFH；101000000000000001011111111111111，即，即A000HBFFFH；110000000000000001101111111111111，即，即C000HDFFFH；111000000000000001111111111111111，即，即E000HFFFFH。2022-6-13P2.6P2.5P 2 . 4 P2.0ALE8031PSENEAGP2.774LS373OEA0A7A8A12CED0D7OE2764(1)A0A7A8A12CE2764(2)OEP0588885885CBAD0

12、D7GG1G2AG2BY3Y2Y1Y08D0D7OE2764(3)A0A7A8A12CE8D0D7OECEA8A12A0A72764(4)8585Vcc74LS138全译码法全译码法2022-6-13第21页 由于由于采用全译码，每片采用全译码，每片2764的地址空间都是唯一的。它们分的地址空间都是唯一的。它们分别是：别是：000000000000000000001111111111111，即，即0000H1FFFH；001000000000000000011111111111111，即，即2000H3FFFH；010000000000000000101111111111111，即，即4000

13、H5FFFH；011000000000000000111111111111111，即，即6000H7FFFH。2022-6-13P2.6P2.5P2.4P2.0ALE8051RDEAGP2.774LS373OEA0A7 A8A12CE1D0D7OE6264(1)A0A7 A8A12CE16264(2)D0D7OEP058885885WRWEWE88CE2CE2P2.7为低电平为低电平0，两片，两片6264芯片的地址空间为：芯片的地址空间为：第一片：第一片：010000000000000000101111111111111，即，即4000H5FFFH；第二片：第二片：00100000000000

14、0000011111111111111，即，即2000H3FFFH；P2.7为高电平为高电平1，两片，两片6264芯片的地址空间为：芯片的地址空间为：第一片：第一片：110000000000000001101111111111111，即，即C000HDFFFH；第二片：第二片：101000000000000001011111111111111，即，即A000HBFFFH；6.2.3 数据存储器扩展数据存储器扩展2022-6-136.3 输入输入/输出口扩展输出口扩展6.3.1 简单简单I/O口扩展口扩展简单简单I/O口的扩展主要由口的扩展主要由74系列的电路进行扩展；系列的电路进行扩展；在许多

15、情况下，有些开关量或并行数据需直接输出或输在许多情况下，有些开关量或并行数据需直接输出或输入。入。经常用经常用8位锁存器和三态驱动门等进行扩展。位锁存器和三态驱动门等进行扩展。（74LS373,74LS244）2022-6-13P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.08051 WRD0D1D2D3D4D5D6D7GOEQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q774LS373P2.0 RDQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q71G2G74LS244+L1L2L3L4L5L6L7L0+5VD0D1D2D3D4D5D6D7K1K2K3K4K5K6K7K02022-6-13 图图中，扩展的输入

16、口接了中，扩展的输入口接了K0K7 8个开关，扩展的输出个开关，扩展的输出口接了口接了L0L7 8个发光二极管，如果要实现个发光二极管，如果要实现K0K7开关的状开关的状态通过态通过L0L7发光二极管显示，则相应的汇编程序为：发光二极管显示，则相应的汇编程序为：LOOP：MOV DPTR，#0FEFFHMOVX A，DPTRMOVX DPTR，ASJMP LOOP如果用如果用C语言编程，相应程序段为：语言编程，相应程序段为：#include /定义绝对地址访问定义绝对地址访问#define uchar unsigned charuchar i;i=XBYTE0 xfeff;XBYTE0 xfe

17、ff= i;2022-6-13第26页输入输入/输出口扩展的小结输出口扩展的小结:原因原因:MCS-51单片机本身提供的口线不多单片机本身提供的口线不多 (P1,P3)方法方法:MCS-51单片机将外扩单片机将外扩I/O和外部数据存储器统和外部数据存储器统一编址一编址,用户可以把一部分外部数据存储器的空间用户可以把一部分外部数据存储器的空间(64K)做为做为I/O地址地址,通过通过MOVX指令完成对外扩口的输指令完成对外扩口的输入输出入输出.实现实现:采用专门的外围接口芯片采用专门的外围接口芯片8155,8255等等采用一般的采用一般的TTL芯片芯片74LS377,74LS3732022-6-

18、136.3.2 可编程可编程I/O扩展扩展(8255A)一一8255A的结构与功能的结构与功能数据总线数据总线缓冲器缓冲器读读/ /写控制写控制部件部件双向数据总线双向数据总线 D0D7 D0D7 RD RD WR WR A1 A1 A0 A0RESETRESETCSCSB B组控组控制部件制部件A A组控组控制部件制部件A A组组端口端口A AA A组组端口端口C CB B组组端口端口C CB B组组端口端口B BA A组组B B组组PA7PA0PC7PC4PC3PC0PB7PB08 8位内部总线位内部总线2022-6-13CSA1A0RDWRI/O操作操作00001读读A口寄存器内容到数据

19、总线口寄存器内容到数据总线00101读读B口寄存器内容到数据总线口寄存器内容到数据总线01001读读C口寄存器内容到数据总线口寄存器内容到数据总线00010数据总线上内容写到数据总线上内容写到A口寄存器口寄存器00110数据总线上内容写到数据总线上内容写到B口寄存器口寄存器01010数据总线上内容写到数据总线上内容写到C口寄存器口寄存器01110数据总线上内容写到控制口寄存器数据总线上内容写到控制口寄存器8255A的端口选择的端口选择2022-6-13第29页二二8255A的引脚信号的引脚信号8255A共共40引脚，采用双列直插式封装，如下图所示：引脚，采用双列直插式封装，如下图所示：RESE

20、T：复位信号线。：复位信号线。VCC：+5V电源线。电源线。GND：地信号线。：地信号线。8255A12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221PA3PA2PA1RDCSGNDA1A0PC7PC6PC5PC4PC0PC1PC2PC3PB0PB1PB2PA0PA4PA5PA6PA7WRRESETD0D1D2D3D4D5D6D7VccPB7PB6PB5PB4PB32022-6-13三三8255A的控制字的控制字 8255A有两个控制字：工作方式控制字和有两个控制字：工作方式控制字和C口按位置位口按位置

21、位/复复位控制字。位控制字。 1工作方式控制字工作方式控制字端口端口A A0:0:输出输出1:1:输入输入端口端口C C高高4 4位位0:0:输出输出1:1:输入输入端口端口B B0:0:输出输出1:1:输入输入特征位特征位1A A组工作方式位组工作方式位00:00:方式方式0 001:01:方式方式1 11X:1X:方式方式2 2B B组工作方式位组工作方式位0:0:方式方式0 01:1:方式方式1 1端口端口C C低低4 4位位0:0:输出输出1:1:输入输入D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0D7位为特征位。位为特征位。D7=1表示为工作方式控制字。表示为工作方

22、式控制字。D6、D5用于设定用于设定A组的工作方式。组的工作方式。D4、D3用于设定用于设定A口和口和C口的高口的高4位是输入还是输出。位是输入还是输出。D2用于设定用于设定B组的工作方式。组的工作方式。D1、D0用于设定用于设定B口和口和C口的低口的低4位是输入还是输出。位是输入还是输出。2022-6-132C口按位置位口按位置位/复位控制字复位控制字特征位特征位0这三位不用这三位不用位选择位位选择位000:C口口0位位001:C口口1位位111：C口口7位位0：复位：复位1：置位：置位D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0D7位为特征位。位为特征位。D7=0表示为表

23、示为C口按位置位口按位置位/复位控制字。复位控制字。D6、D5、D4这三位不用这三位不用D3、D2、D1这三位用于选择这三位用于选择C口当中的某一位。口当中的某一位。D0用于置位用于置位/复位设置，复位设置，D0=0则复位，则复位，D0=1则置位。则置位。2022-6-13四四8255A的工作方式的工作方式1方式方式0（基本的输入（基本的输入/输出方式）输出方式）方式方式0 0特点如下：特点如下：（1 1）具有两个）具有两个8 8位端口（位端口（A A、B B）和两个）和两个4 4位端口（位端口（C C口的口的高高4 4位和位和C C口的低口的低4 4位）。位）。（2 2）任何一个端口都可以设

24、定为输入或者输出。）任何一个端口都可以设定为输入或者输出。（3 3）每一个端口输出时是锁存的，输入是不锁存的。）每一个端口输出时是锁存的，输入是不锁存的。 方式方式0 0输入输入/ /输出时没有专门的应答信号，通常用于无输出时没有专门的应答信号，通常用于无条件传送。例如：下图是条件传送。例如：下图是8255A8255A工作于方式工作于方式0 0的例子，其中的例子，其中A A口输入，口输入，B B口输出。口输出。 2022-6-138051系统总线8255APA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7+5V+5VK0K7L0L72022-6-1

25、32方式方式1(选通输入选通输入/输出方式输出方式)方式方式1输入：输入： 无论是无论是A口输入还是口输入还是B口输入，都用口输入，都用C口的三位作应答口的三位作应答信号，一位作中断允许控制位。信号，一位作中断允许控制位。 INTE&PC4PC5PC3PC6、PC7PA0PA7STBAIBFAI/OINTRAB口输入INTE&A口输入PC2PC1PC088IBFBSTBBPB0PB7INTRB2022-6-13各应答信号含义如下：各应答信号含义如下：STB：选通输入，是由输入外设送来的输入信号：选通输入，是由输入外设送来的输入信号,低电平有效。低电平有效。IBF：输入缓冲器满，高电平有效，表示

26、数据已送入：输入缓冲器满，高电平有效，表示数据已送入8255A的的输入锁存器，它由输入锁存器，它由STB信号的下降沿置位，由信号的上升沿使信号的下降沿置位，由信号的上升沿使其复位。其复位。 INTR：8255A送给送给CPU的的“中断请求中断请求”信号，高电平有效。信号，高电平有效。 INTEA： A口口 中断允许，中断允许， 由由PC4的置位的置位/复位控制。复位控制。INTEB： B口口 中断允许，中断允许， 由由PC2的置位的置位/复位控制。复位控制。2022-6-13PB口作为方式口作为方式1的输入的输入2022-6-13方式方式1输出：输出：应答信号含义如下：应答信号含义如下：OBF： 输出缓冲器满信号，输出缓冲器满信号， 8255A送给外设的联络信号，外送给外设的联络信号，外设可以将数据取走。设可以将数据取走。 ACK：外设的：外设的“应答应答”信号，外设已将数据取走。信号，外设已将数据取走。 INTR：8255A送给送给CPU的的“中断请求中断请求”信号，高电平有效。信号，高电平有效。 INTEA： A口口 中断允许，中断允许， 由由PC6的置位的置位/复位控制复位控制。INTEB： B口口 中断允许，中断允许， 由由PC2的置位的置位/复位控制。复位控制。2022-6-13PB口作为方式口作为方式1输出输出2022-6-133方式方式2只有只有A口才能