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第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展4.1 系统扩展概述系统扩展概述4.2 常用扩展器件简介常用扩展器件简介4.3 存储器的扩展存储器的扩展4.4 I/O扩展扩展第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展4.1 系统扩展概述系统扩展概述4.1.1 最小应用系统最小应用系统(a)8051/8751最小系统结构图；(b)8031最小系统结构图图4.1 MCS51单片机最小化系统 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展4.1.2 单片机系统扩展的内容与方法单片机系统扩展的内容与方法 1单片机的三总线结构单片机的三总线结构 图4.2 MCS51单片机的三总线结构形式 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展 2系统扩展的内容与方法系统扩展的内容与方法 (1)系统的扩展一般有以下几方面的内容：外部程序存储器的扩展。外部数据存储器的扩展。输入/输出接口的扩展。管理功能器件的扩展(如定时器/计数器、键盘/显示器、中断优先级编码器等)。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展 (2)系统扩展的基本方法：一般来讲，所有与计算机扩展连接芯片的外部引脚线都可以归属为三总线结构。扩展连接的一般方法实际上是三总线对接。要保证单片机和扩展芯片协调一致地工作，即要共同满足其工作时序。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展4.2 常用扩展器件简介常用扩展器件简介表表4.1 常用的扩展器件常用的扩展器件第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展表表4.1 常用的扩展器件常用的扩展器件第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展4.2.1 8D锁存器锁存器74LS373图4.3 74LS373结构示意图 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展图4.4 74LS373用作地址锁存器 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展4.2.2 74LS244和和74LS245芯片芯片图4.5 74LS244内部逻辑与引脚图 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展图4.6 74LS245内部逻辑与引脚图 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展图4.7 总线驱动器的连接图(a)P2外接74LS244；(b)P0外接74LS245 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展4.2.3 3-8译码器译码器74LS138图4.8 74LS138引脚图 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展表4.2 74LS138的译码逻辑关系 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展4.3 存储器的扩展存储器的扩展4.3.1 存储器扩展概述存储器扩展概述 1MCS-51单片机的扩展能力单片机的扩展能力 根据MCS-51单片机总线宽度(16位)，在片外可扩展的存储器最大容量为64 KB，地址为0000HFFFFH。因为MCS-51单片机对片外程序存储器和数据存储器的操作使用不同的指令和控制信号，所以允许两者的地址空间重叠，故片外可扩展的程序存储器与数据存储器分别为64 KB。为了配置外围设备而需要扩展的I/O口与片外数据存储器统一编址，即占据相同的地址空间。因此，片外数据存储器连同I/O口一起总的扩展容量是64 KB。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展 2扩展的一般方法扩展的一般方法 存储器除按读写特性不同区分为程序存储器和数据存储器外，每种存储器还有不同的种类。程序存储器又可分为掩膜ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除ROM(EPROM或EEPROM)；数据存储器又可分为静态RAM和动态RAM。因此，存储器芯片有多种。即使是同一种类的存储器芯片，容量的不同，其引脚数目也不同。尽管如此，存储器芯片与单片机扩展连接具有共同的规律。不论何种存储器芯片，其引脚都呈三总线结构，与单片机连接都是三总线对接。另外，电源线应接对应的电源线上。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展 存储器芯片的控制线：对于程序存储器，一般来说，具有读操作控制线(OE)，它与单片机的PSEN信号线相连。除此之外，对于EPROM芯片还有编程脉冲输入线(PRG)、编程状态线(READY/BUSY)。PRG应与单片机在编程方式下的编程脉冲输出线相接；READY/BUSY在单片机查询输入/输出方式下，与一根I/O口线相接；在单片机中断工作方式下，与一个外部中断信号输入线相接。存储器芯片的数据线：数据线的数目由芯片的字长决定。1位字长的芯片数据线有一根；4位字长的芯片数据线有4根；8位字长的芯片数据线有8根；存储器芯片的数据线与单片机的数据总线(P0.0P0.7)按由低位到高位的顺序顺次相接。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展 存储器芯片的地址线：地址线的数目由芯片的容量决定。容量(Q)与地址线数目(N)满足关系式：Q=2N。存储器芯片的地址线与单片机的地址总线(A0A15)按由低位到高位的顺序顺次相接。一般来说，存储器芯片的地址线数目总是少于单片机地址总线的数目，如此相接后，单片机的高位地址线总有剩余。剩余地址线一般作为译码线，译码输出与存储器芯片的片选信号线相接。存储器芯片有一根或几根片选信号线。对存储器芯片访问时，片选信号必须有效，即选中存储器芯片。片选信号线与单片机系统的译码输出相接后，就决定了存储器芯片的地址范围。因此，单片机的剩余高位地址线的译码及译码输出与存储器芯片的片选信号线的连接，是存储器扩展连接的关键问题。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展 (1)部分译码：所谓部分译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后，剩余的高位地址线仅用一部分参加译码。参加译码的地址线对于选中某一存储器芯片有一个确定的状态，而与不参加译码的地址线无关。也可以说，只要参加译码的地址线处于对某一存储器芯片的选中状态，不参加译码的地址线的任意状态都可以选中该芯片。正因如此，部分译码使存储器芯片的地址空间有重叠，造成系统存储器空间的浪费。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展图4.9 地址译码关系图 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展 图4.9中与存储器芯片连接的低11位地址线的地址变化范围为全0 全1。参加译码的4根地址线的状态是唯一确定的。不参加译码的A15位地址线有两种状态都可以选中该存储器芯片。当A15=0时，占用的地址是00100000000000000010011111111111，即2000H2FFFH。当A15=1时，占用的地址是10100000000000001010011111111111，即A000HAFFFH。同理，若有N条高位地址线不参加译码，则有2N个重叠的地址范围。重叠的地址范围中真正能存储信息的只有一个，其余仅是占据，因而会造成浪费。这是部分译码的缺点。它的优点是译码电路简单。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展 (2)全译码：所谓全译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后，剩余的高位地址线全部参加译码。这种译码方法存储器芯片的地址空间是唯一确定的，但译码电路相对复杂。这两种译码方法在单片机扩展系统中都有应用。在扩展存储器(包括I/O口)容量不大的情况下，选择部分译码，译码电路简单，可降低成本。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展 3扩展存储器所需芯片数目的确定扩展存储器所需芯片数目的确定 若所选存储器芯片字长与单片机字长一致，则只需扩展容量。所需芯片数目按下式确定：存储器芯片容量系统扩展容量芯片数目 若所选存储器芯片字长与单片机字长不一致，则不仅需扩展容量，还需字扩展。所需芯片数目按下式确定：存储器芯片字长系统字长存储器芯片容量系统扩展容量芯片数目第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展4.3.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展1EPROM芯片芯片图4.10 常用EPROM芯片的引脚图 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展2程序存储器扩展举例程序存储器扩展举例 1)不用片外译码器的单片程序存储器的扩展 例例1 试用EPROM2764构成8031的最小系统。2764是8K8位程序存储器，芯片的地址引脚线有13条，顺次和单片机的地址线A0A12相接。由于不采用地址译码器，所以高3位地址线A13、A14、A15不接，故有23=8个重叠的8 KB地址空间。因只用一片2764，其片选信号CE可直接接地(常有效)。其连接电路如图 4.11所示。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展图4.11 2764与8031的扩展连接图 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展图4.11所示连接电路的8个重叠的地址范围为00000000000000000001111111111111，即0000H1FFFH；00100000000000000011111111111111，即2000H3FFFH；01000000000000000101111111111111，即4000H5FFFH；01100000000000000111111111111111，即6000H7FFFH；10000000000000001001111111111111，即8000H9FFFH；10100000000000001011111111111111，即A000HBFFFH；11000000000000001101111111111111，即C000HDFFFH；11100000000000001111111111111111，即E000HFFFFH。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展2)采用线选法的多片程序存储器的扩展 例2 使用两片2764扩展16 KB的程序存储器，采用线选法选中芯片。扩展连接图如图4.12所示。以P2.7作为片选，当P2.7=0时，选中2764(1)；当P2.7=1时，选中2764(2)。因两根线(A13、A14)未用，故两个芯片各有22=4个重叠的地址空间。它们分别为第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展图图4.12 用两片用两片2764 EPROM的扩展连接图的扩展连接图 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展左片：000000000000000000001111111111111，即0000H1FFFH；001000000000000000011111111111111，即2000H3FFFH；010000000000000000101111111111111，即4000H5FFFH；011000000000000000111111111111111，即6000H7FFFH；右片：100000000000000001001111111111111，即8000H9FFFH；101000000000000001011111111111111，即A000HBFFFH；110000000000000001101111111111111，即C000HDFFFH；111000000000000001111111111111111，即E000HFFFFH。第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展 3)采用地址译码器的多片程序存储器的扩展 例3 要求用2764芯片扩展8031的片外程序存储器，分配的地址范围为0000H3FFFH。本例要求的地址空间是唯一确定的，所以要采用全译码方法。由分配的地址范围知：扩展的容量为3FFFH-0000H+1=4000H=4 KB，2764为8 K8位，故需要两片。第1片的地址范围应为0000H1FFFH；第2片的地址范围应为2000H3FFFH。由地址范围确定译码器的连接。为此画出译码关系图如下：第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展图4.13 全译码、两片2764 EPROM的扩展连接图 第4章 MCS-51单片机系统功能的扩展4.3.3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展 1数据存储器芯片数据存储器芯片图4.14 常用静态RAM芯片的引脚图118217316415514613712811910VCCA7A8A9I/O1I/I/I/WE2114A6A5A4A3A0A1A2CSGND1242233224215206197188179161015111412136116A7A6A5