单片机原理及应用-第六章80C51单片机的系统扩展课件

主讲：张松灿河南科技大学电子信息工程学院自动化系单片机原理与应用第六章80C51单片机的系统扩展16.1 概述（实现方法、内容）6.1.l外部并行扩展性能--重点6.1.2外部串行扩展性能6.2 单片机的外部并行扩展6.2.1程序存储器的扩展6.2.2片外数据存储器的扩展6.2.3扩展片外程序存储器和片外数据存储器6.2.4通过并行总线扩展I/O口6.3 单片机的外部串行扩展6.3.1串行扩展E2PROM6.3.2串行扩展I/O接口6.4 外部中断源的扩展思考与练习2

80C51最小应用系统最能发挥单片机体积小、成本低的优点。最小应用系统常常不能满足要求,往往需要进行系统扩展。◆系统扩展的方法：（1）并行扩展法:利用单片机三组总线进行扩展；（2）串行扩展法:利用SPI总线和I2C双总线串行扩展。◆系统扩展内容：程序存储器(ROM)扩展、数据存储器(RAM)扩展、I/O口扩展、中断系统扩展以及其它特殊功能扩展。串行扩展的优点：串行接口器件体积小，明显地减小电路板空间和成本；需用的I/O口线很少，提高可靠性。缺点：串行接口器件速度较慢。高速应用场合，并行扩展法占主导地位。6.1概述36.1.1外部并行扩展性能1、80C51单片机的片外总线结构三总线结构：地址总线(AB)、数据总线(DB)和控制总线(CB)。外部芯片都通过这三组总线进行扩展。（1）地址总线(AB)

由P0口提供低8位A0-A7，P2口提供高8位A8-A15。由于P0还要作数据总线口，只能分时用做地址线，故P0口输出的低8位地址必须用锁存器锁存。

P2口具有输出锁存功能，故不需外加锁存器。

P0、P2口在系统扩展中用做地址线后便不能作为一般I/O口使用。地址总线宽为16位，故可寻址范围为216=64KB。4图6-180C51系列单片机的三总线结构5(3)控制总线(CB)

片外系统扩展用控制线和片外信号对单片机的控制线。系统扩展用控制线有ALE、、、、。

ALE：输出，用于锁存P0口输出的低8位地址数据的控制线。通常，ALE在P0口输出地址期间出现低电平，用这个低电平信号控制锁存器来锁存地址数据。：输出，用于片外程序存储器(EPROM)的“读”数控制。“读”取EPROM中数据(指令)时，不用“RD”信号，而用。(2)数据总线(DB)

由P0口提供，其宽度为8位。当连到多个外围芯片时，由地址线控制各个芯片的片选线来选择哪个芯片的数据通道有效。6：输入，用于选择片内或片外程序存储器。当EA=0时，只访问外部程序存储器，不论片内有无程序存储器。因此，在扩展并使用片外程序存储器时，必须使EA接地。、：输出，用于片外数据存储器(RAM)的读/写控制。当执行片外数据存储器操作指令MOVX时，这两个控制信号自动生成。72、80C51单片机的并行扩展能力地址总线宽度为16位，在片外可扩展的存储器最大容量为64KB，地址为0000H-FFFFH。

片外数据存储器与程序存储器的操作使用不同的指令和控制信号，允许两者的地址重复，故片外可扩展的数据存储器与程序存储器分别为64KB。

片外数据存储器与片内数据存储器的操作指令不同(片外RAM只能用MOVX指令)，允许两者地址重复，亦即外部扩展数据存储器地址可从0000H开始。

I/O口扩展，可与片外数据存储器统一编址，不再另外提供地址线。8存储器扩展及编址技术（1）线选法线选法：直接以系统的地址作为存储芯片的片选信号，为此只需把高位地址线与存储芯片的片选信号直接连接即可。

特点：简单明了，不需增加另外电路。缺点：存储空间不连续。适用于小规模单片机系统的存储器扩展。【例】现有2K*8位存储器芯片，需扩展8K*8位存储结构采用线选法进行扩展。扩展8KB的存储器结构需2KB的存储器芯片4块。2K的存储器所用的地址线为A0～A10共11根地址线和片选信号与CPU的连接如表5-1所示。980C51存储器P0口经锁存器形成A0～A7与A0～A7相连P2.0、P2.1、P2.2与A8～A10相连P0口与D0～D7相连P2.3与存储器1的片选信号相连P2.4与存储器2的片选信号相连P2.5与存储器3的片选信号相连P2.6与存储器3的片选信号相连80C51与存储器的线路连接

10线选法连线图扩展存储器的硬件连接11这样得到四个芯片的地址分配如下表所示

线选方式地址分配表

A15A14A13A12A11A10….A0地址范围芯片100111111000….01….17000H---77FFH芯片200111100110

….01

….16800H---6FFFH芯片300110011110

….01

….15800H---5FFFH芯片400001111110

….01

….13800H—3FFFH12（2）译码法译码法：使用译码器对系统的高位地址进行译码，以其译码输出作为存储芯片的片选信号。是一种最常用的存储器编址方法，能有效地利用空间，特点：存储空间连续，适用于大容量多芯片存储器扩展。常用的译码芯片有：74LS139（双2－4译码器）和74LS138（3－8译码器）等，它们的CMOS型芯片分别是74HC139和74HC138。

13译码器管脚图74LS138译码器74LS139译码器14【例】现有2K*8位存储器芯片，需扩展8K*8位存储结构，采用译码法进行扩展。扩展8KB的存储器结构需2KB的存储器芯片4块。2K的存储器所用的地址线为A0～A10共11根。地址线和片选信号与CPU的连接如图所示。

15 80C51 存储器P0口经锁存器形成A0～A7与A0～A7相连P2.0、P2.1、P2.2与A8～A10相连P0口与D0～D7相连B--P2.4A--P2.3译码输出与存储器的片选信号连接00与存储器1的片选信号相连01与存储器2的片选信号相连10与存储器3的片选信号相连11与存储器4的片选信号相连Y0有效Y1有效Y2有效Y3有效

P2.3、P2.4作为二-四译码器的译码地址，译码输出作为扩展4个存储器芯片的片选信号，P2.5、P2.6、P2.7悬空。1617这样得到四个芯片的地址分配如下表所示。译码方式地址分配表

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2….P0地址范围芯片100000000000….01….10000H---07FFH芯片200000000110….01….10800H---0FFFH芯片300000011000….01….11000H---17FFH芯片400000011110….01….11800H—1FFFH18当应用系统扩展的存储器容量超过地址总线范围时，可用换体的办法解决。图中用4个32KB容量的数据存储器62256来组成两个存储器体，存储器体Ⅰ、Ⅱ分别为64KB。

4个62256的使能端通过由P2.7和P1.0控制的2-4译码器来选通。可以看出每增加一条I/O口线，可以再扩大地址容量一倍。当复位后，由于P1.0为高电平，64KB地址指向Ⅱ体；当给P1.0置低电平后，则64KB地址指向Ⅰ体。（3）超过64KB容量时的扩展方法19图6--2用I/O线来控制片外存储器换体201、扩展EPROM片外程序存储器的方法（1）扩展4K×8位片外程序存储器本片2732的地址范围为1000H-1FFFH。电路中只扩展一片2732，它的片选CE接地，PSEN作为其输出允许信号，ALE作为锁存器74HC373的锁存允许信号。

P2口的其它线虽然未作高位地址线用，但是也不能作I/O线用。21(2)扩展两片8K×8位片外程序存储器的电路（1）EA是接地的，适用于80C31；对于其它的单片机，只能放弃片内程序存储器。（2）P2.5线作片选信号当P2.5=0时选通第一片,当P2.5=1时选通另一片。（3）这种选通方式称为线选方式。222、扩展片外数据存储器的硬件电路片外数据存储器由随机存取存储器组成，最大可扩展64KB。一般采用静态RAM，如6116（2K×8位）和6264（8K×8位）两种。地址锁存器采用74HC273或锁存缓冲器74HC373。23(1)扩展2K×8位片外数据存储器扩展2K×8位

P0口提供低8位地址、通过ALE锁存；P2.0-P2.2提供高3位地址(A8-A10)；WR及RD分别与6116的写允许（WE）及读允许（OE）连接，实现写/读控制。6116的片选CE，有两种连接方法：其一，以WR及RD的“与”逻辑控制；另一种是将它直接接地。电路中6116的地址范围为0000H-07FFH。24有两种访问方法：①读操作：MOVDPTR,#0000HMOVXA,@DPTR

写操作:MOVDPTR,#0000HMOVX@DPTR,A

此处只使用了P2.2-P2.0，但是P2.7-P2.3却不宜再作I/O口线使用了。②用P2.2-P2.0来传送地址，而其余的P2.7-P2.3仍保留I/O口的功能。不过P2.2-P2.0的高位地址需要通过程序来设定。25（2）扩展16K×8位片外数据存储器当用两片芯片扩展，采用线选法寻址，是最简单的。用P2.5来寻址:当P2.5=0时,访问片(1)；当P2.5=1时，访问片(2)。(1)的地址范围为0000H-1FFFH；片(2)的地址范围为2000H-3FFFH。

266.4外部中断源的扩展

80C51单片机，只有两个外部中断请求输入端INT0、INT1。当有多个外部中断源时，采用“OC门”经“线或”后，引入外部中断请求输入端（INT0、INT1），就可很方便地扩展多个外部中断源。27上图就是占用一个80C51的INT0(或INT1)，扩展4个外部中断源的电路。

4个扩展外部中断源中有一个或几个出现高电平，反相器输出为0，引起INT0低电平触发中断，所以这些中断源都是电平触发方式。当满足外部中断请求条件时，则CPU响应中断，转入0003H单元开始执行中断服务程序。在中断服务程序中，由软件设定的顺序查询外中断哪一位是高电平，然后进入该中断处理程序。

查询的顺序就是外部扩展中断源的中断优先级顺序。28图6--48中断源查询程序的流程图29INT0的中断服务程序如下：PINT0：PUSHPSW；保护现场

…PUSHACCJBP1.0，LOOP1；转向中断服务程序1JBP1.1,LOOP2；转向中断服务程序2JBP1.2,LOOP3；转向中断服务程序3JBP1.2,LOOP4；转向中断服务程序4INTEND：PO