《单片机原理与应用技术》课件第7章

第七章MCS-51单片机系统扩展技术7.1单片机并行扩展总线7.2并行扩展外ROM7.3并行扩展外RAM7.4单片机系统综合扩展外ROM和RAM7.5简单并行I/O口的扩展7.6可编程并行I/O口扩展7.7串行扩展技术7.8习题实训七MCS-51单片机系统扩展

7.1单片机并行扩展总线

7.1.1三总线扩展连接

1．三总线构成

图7-1三总线片外扩展示意图7.1.2地址空间分配

1．线选法

线选法是将高位地址线直接连到存储器芯片的片选端，电路简单，不需要另外增加地址译码器硬件电路。如外扩3片都是2K × 8位存储器芯片A、B、C，高位地址线A11～A13分别与各片的连接实现片选，均为低电平有效，低位地址线A0～A10实现片内寻址。为了不出现寻址错误，要求A11～A13中只允许有一根为低电平，另两根必须为高电平，否则出错。三片存储器芯片地址分配如表7-1所示。表7-1线选法三片存储器芯片地址分配表

2．译码法

译码法是使用译码器对单片机的高位地址进行译玛，将译码器的译码输出作为存储芯片的片选信号，这是一种最常用的地址空间分配的方法，它能有效地利用存储器的空间，适用于多芯片的存储器扩展。2条地址线能译成4种片选信号，3条地址线能译成8种片选信号，4条地址线能译成16种片选信号。所对应的TTL译码芯片有74139(双2/4译码器)、74138(3/8译码器)和74154(4/6译码器)。下面以74LS138为例说明译码器的译码。

74LS138是一种3/8译码器，有3个数据输入端，经译码产生8种状态。其引脚如图7-2所示。图7-274LS138引脚图表7-2为74LS138真值表。表7-274LS138真值表三个存储器芯片的地址空间分配见表7-3。表7-3译码法三片存储器芯片地址分配表7.1.3外部地址锁存器

MCS-51单片机受引脚数的限制，P0口兼用数据线和低8位地址线，为了将它们分离出来需要在单片机外部加地址锁存器。目前，常用的地址锁存器芯片有74LS373和74LS573。

74LS373是一种带有三态门的8D锁存器，引脚见图7-3,其功能见表7-4。表7-474LS373功能表图7-374LS373引脚图

7.2并行扩展外ROM

7.2.1并行扩展程序存储器EPROM

1．常用EPROM芯片

常用EPROM芯片有2716、2732、2764、27128、27256、27521，其中，27是EPROM芯片的代号，后2位数字代表EPROM的存储容量。例如2764的64代表64 kbit。按字节计算,每字节8位，2764的存储容量为64÷8=8，即8 KB(字节)。

CMOSEPROM芯片有27C32、27C64、27C128等，中间字母C代表CMOSEPROM芯片，CMOSEPROM芯片与普通EPROM芯片相比，功耗要小，使用方法相同。

2．EPROM基本参数

27系列EPROM芯片的基本参数如表7-5所示。表7-5常用EPROM芯片的基本参数

3．EPROM引脚功能

表7-6为常用EPROM芯片引脚。表7-6常用EPROM芯片引脚表7-7EPROM的5种工作方式

5．典型扩展电路

图7-4为2764与8051的典型连接电路，图7-5为27128与8051的典型连接电路。图7-42764与8051典型连接图7-527128与8051典型连接

6．读EPROM

对EPROM读的操作有两种形式：一是CPU自动读。CPU在执行程序时，会按照程序计数器PC所指出的地址读出存放在EPROM中的程序指令；另一种是在执行程序时读存放在EPROM中的数据的指令。

【例7-1】

外部扩展一片EPROM2764，读取2764中从地址1000H单元开始的30个单元的数据，存放到片内RAM中，从地址40H开始存放。

解：编写程序如下：7.2.2并行扩展E2PROM

E2PROM是电擦除可编程ROM，比EPROM具有更大的灵活性。EPROM擦除是必须在专用的强紫外线擦除器中照射若干分钟，又必须在特定的电压(例如12.5 V)下才能写入，使用起来尚不方便。

1．常用E2PROM芯片

常用E2PROM芯片有2816A、2817A、2864A，其中28是E2PROM芯片的代号，后2位数字代表E2PROM的存储容量。例如2864的64代表64 kbit。按字节计算，每字节8位，2864的存储容量为64 ÷ 8 = 8，即8KB(字节)。2816和2817的容量均为2 KB，区别在于后者设置了写入结束联络控制信号引脚端。

2．典型连接电路

图7-6为2864A与8051的典型连接电路。图7-62864A与8051典型连接

【例7-2】

将2864A中2000H为首地址的20个数据读出取反后写入原存储单元。

解：编程如下：

7.3并行扩展外RAM

1．常用RAM芯片

扩展外RAM芯片一般采用静态RAM(SRAM)，也可根据需要采用E2PROM芯片或其它RAM芯片。

常用的RAM芯片有6116(2 KB)24引脚、6264(8 KB)28引脚和62128(16KB)28引脚，6116引脚与2716兼容，6264引脚与2764兼容，如表7-8所示。

2．工作方式

RAM存储器有读出、写入、维持三种工作方式，这些工作方式的控制如表7-9所示。表7-8常用RAM芯片引脚

3．典型连接电路

图7-7为6116与8051连接的典型电路。表7-96116、6264、62256芯片三种工作方式的控制图7-76116与8051典型连接

【例7-3】

试编写程序，将外RAM7020H为首地址的20个数据读出并写入外RAM7040为首地址的存储单元中。

解：编程如下：

7.4单片机系统综合扩展外ROM和RAM

在实际应用中经常需要同时扩展外ROM和外RAM才能满足要求。

单片机对外部ROM的访问采用MOVC指令，外部RAM的访问采用MOVX指令。外部ROM和外部RAM的地址可以重叠。图7-8为8051同时扩展外ROM和外RAM的典型应用电路。图7-88051同时扩展外ROM和外RAM时典型连接 7.5简单并行I/O口的扩展

7.5.1输入口扩展

扩展输入口的74系列芯片有很多，以74373最为方便和常用。

1．74373芯片

图7-974373扩展输入口

2．典型应用电路

图7-9是74373与8051单片机连接的典型应用电路。7.5.2输出口扩展

输出口扩展常用的典型芯片为74377。

1．74377芯片

图7-10为74377DIP封装引脚图，表7-10为其功能表。图7-1074377封装引脚图表7-1074377功能表

2.典型应用电路

图7-11为74377与8051单片机连接的典型应用电路。图7-1174377扩展输出口7.5.3总线扩展驱动

1.双向总线扩展

1)74245芯片

图7-12为74245DIP封装引脚图，表7-11为74245的功能表。表7-1174245功能表图7-1274245引脚

1) 74244芯片

图7-13为74244DIP封装引脚图，表7-12为74244的功能表。表7-1274244功能表图7-1374244封装引脚图 7.6可编程并行I/O口扩展

1．可编程并行输入/输出接口芯片8255

8255是Intel公司生产的一种可编程并行I/O接口芯片，是专门针对单片机而开发设计的，其内部集成了锁存、缓冲及与CPU联络的控制逻辑。可通过编程改变其功能，它是一种灵活方便、应用广泛，可以与8051单片机方便地连接，简单地编程应用的I/O接口芯片。

图7-14为8255DIP封装引脚图，共有40个引脚，内有3个8位并行I/O口。图7-148255封装引脚图

2．可编程多功能接口芯片8155

8155是Intel公司生产的一种可编程并行I/O接口芯片，除有两个可扩展并行I/O口外，还有256个字节的静态RAM和一个14位减法计数器。8155有4种工作方式，功能丰富，使用方便，特别适合于扩展少量RAM和定时/计数器的场合，是单片机系统中的传统芯片。

图7-15为8155DIP封装引脚图，共40个引脚，片内3个I/O口。图7-158155引脚图

3．键盘、显示器接口芯片8279

Intel公司的8279是一种通用可编程键盘、显示器接口芯片，共40个引脚，它能同时完成键盘输入和显示控制两种功能。采用8279作为键盘、显示接口，能简化键盘处理和显示程序，减少CPU运行时间。

键盘接口部分提供一种扫描控制方式。最多可以和具有64个按键或传感器的阵列相连，能对键盘不断扫描，自动消除开关抖动，自动识别出按下的键并给出编码，具有多键同时按下保护功能。

4．单片机内闪存储器

AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4 KB/8 KB/20 KB的Flash可编程/可擦除ROM的8位CMOS单片机。其片内的Flash存储器允许在线编程。

89C51的主要性能：

(1) 89C51与MCS-51系列单片机兼容。

(2)片内的Flash存储器可循环写入/擦除10 000次。

(3)数据保存时间为10年，工作电压范围为1.7～6 V。

(4)掉电后存储器中内容保持不变。

(5)可省去外扩程序存储器的工作。

7.7串行扩展技术

1．单总线

单总线制的典型代表为Dallas公司推出的单总线(1-wire)。串行扩展芯片DS1820只有一根信号线与MCU相连接，DS1820的DQ端为数据输入/输出端，漏极开路，需外接上

拉电阻R，多片DS1820全部挂在一根总线上，MCU通过总线对每片DS1820寻址和传输信号。

2．双总线

双总线制的典型代表为Philips公司推出的I2C总线(IntelIntegratedCircuitBUS)，它是目前使用较广泛的芯片间串行扩展总线。该总线用两条连线实现全双工同步数据传输。它可以使用具有I2C总线的单片机直接与具有I2C总线接口的各种扩展器件连接，实现I2C总线的串行功能。

I2C总线由数据线SDA和时钟线SCL构成，SDA/SCL总线上可以挂接单片机(MCU)、外围器件(如A/D、D/A、日历时钟、ROM、RAM和I/O口等)和外设接口(如键盘、显示器、打印机等)，但所有挂接在I2C总线的器件和接口电路都应具有I2C总线接口，总线输出端为漏极开路，需外接上拉电阻，总线驱动能力为400 pF(通过驱动扩展可达4000 pF)，信号传输速率为100 kb/s(最新可达400 kb/s)。MCU通过总线对挂接到总线上的串行扩展器件寻址和读写。

4．移位寄存器串行扩展

MCS-51的串行口有四种工作方式，其中方式0为同步移位寄存器工作方式，通过移位寄存器方式可将串行数据并行输出，也可以将并行数据串行输入。TXD(P3.1)发出移位脉冲，RXD端(P3.0)输入/输出数据。74HC164为串行输入并行输出移位寄存器，74HC165为并行输入串行输出移位寄存器。

5．USB总线

USB(通用串行总线)总线是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通信。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展外设的目的。 7.8习题

1．填空题

(6) MCS-51中，PC和DPTR都用于提供地址，但PC是为访问()存储器提供地址，而DPTR是为访问()存储器提供地址。

(7) MCS-51能扩展ROM的容量是()，扩展RAM的容量是()。

2．MCS-51同时并行扩展外ROM和外RAM时，共同使用16位地址线和8位数据线，为什么两个存储空间不会发生冲突？

3．MCS-51并行扩展外ROM时，为什么P0口要接一个8位锁存器74373，而P2口却不接？

4．并行扩展存储器，片选方式有哪几种？各有什么特点？

5．并行展多片存储器芯片时，什么叫地址空间不连续和|“地址重叠”现象？原因是什么？

6．简述74138性能和使用方法。

7．单片机常用的EPROM有哪些型号的芯片？如何识别其存储容量？

8．比较归纳EPROM/E2PROM及RAM读写速度的性能特点。

10．为什么8051并行扩展外RAM芯片时，一般需要片选？而扩展外ROM芯片时，却不需要片选？

11．8051并行扩展外存储器时，真正提供给用户使用的I/O口有哪些？为什么？

12．与并行扩展相比，串行扩展有什么优缺点？

13．简述MCS-51系统总线的构成。

实训七MCS-51单片机系统扩展

实训7.1I/O口扩展

一、实验目的

(1)学习在单片机系统中扩展简单I/O口的方法。

(2)学习数据输入/输出程序的设计和调试。

二、实验设备

EL-8051型单片机实验系统。三、实验原理

MCS-51外部扩展空间很大，但数据总线口和控制信号线的负载能力是有限的。若需要扩展的芯片较多，则MCS-51总线口的负载过重，74LS244是一个扩展输入口，同时也是一个单向驱动器，以减轻总线口