单片机系统的扩展
第4章MCS-51单片机系统功能扩展

74LS373结构示意图
74LS373的引脚
引脚说明如下: D7~D0: 8位数据输入端。 Q7~Q0: 8位数据输出端。 G:数据输入锁存控制端:当G为“1” 时,锁存器 输出端与输入端数据相同;当G由“1” 变“0” 时,数据输入锁存器中。 OE#: 输出允许端。
P0口与地址锁存器74LS373的连接
4.1 系统扩展概述
4.1.1 最小应用系统
图4.1 MCS–51单片机最小化系统 (a) 8051/8751最小系统结构图;(b) 8031最小系统结构图
4.1.2 单片机系统扩展的内容与方法
1.单片机的三总线结构
图4.2 MCS–51单片机的三总线结构形式
(1)以P0口作为低8位地址/数据总线。 (2)以P2口的口线作高位地址线。 (3)控制信号线。 *使用ALE信号作为低8位地址的锁存控制信号。 *以PSEN#信号作为扩展程序存储器的读选通信号。 *以EA#信号作为内外程序存储器的选择控制信号。 *由RD#和WR#信号作为扩展数据存储器和I/O口的 读选通、写选通信号。 尽管MCS-51有4个并行I/O口,共32条口线,但由于系 统扩展需要,真正作为数据I/O使用的,就剩下P1 口和P3口的部分口线。
锁存器8282 功能及内部结构与74LS373完全一样,只是其引脚的排 列与74LS373不同 ,8282的引脚如下图。
4.2.2 74LS244和74LS245芯片
在单片机应用系统中, 扩展的三总线上挂接
很多负载, 如存储器、并行接口、A/D接口、显
示接口等, 但总线接口的负载能力有限, 因此常
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0000H~3FFFH。
第8章 89C51单片机的系统扩展

GND 14
28 VCC 27 WE 26 NC 25 A8 24 A9 23 NC 22 OE 21 A10
20 CE 19 I/O7
18 I/O6 17 I/O5 16 I/O4 15 I/O3
图8-6 2817A引脚图
A0~A10
I/00~I/07 CE OE WE
2、2732EPROM存储器
2732是4K×8紫外线擦除电可编程只读存储 器。单一+5V供电,最大工作电流为100mA, 维持电流为35mA,读出时间为250ns。引 脚如图8-2。
2732
A7 1 A6 2
A5 3 A4 4 A3 5 A2 6 A1 7 A0 8 O0 9 O1 10 O2 11
允许快速写入,内部提供全部定时,给出查询标
志。
NC 1 A12 2 A7 3 A6 4
A5 5 A4 6 A3 7 A2 8 A1 9 A0 10
I/O0 11
I/O1 12 I/O2 13
GND 14
28 VCC 27 WE
A0~A12
26 NC
25 A8 I/00~I/07
24 A9
23 A11
8.1.1 程序存储器的分类
程序存储器ROM也称只读存储器。所谓只 读存储器是指ROM中的信息,一旦写入以 后,就不能随意更改,特别是不能在程序运 行过程中再写入新的内容,只能在程序执行 过程中读出其中的内容。
1、掩膜编程的ROM
其编程由半导体厂家完成,根据用户提出的存 储内容决定MOS管的连接方式,把存储内容 制作在芯片上,用户不能更改所存入的信息。
特点:适合于大批量生产,结构简单、集成度 高。成本高,只有大量生产定型ROM时才合 算。
四 MCS-51单片机存储器系统扩展

74LS373引脚
1、控制位OE: OE=0时,输出导通 2、控制位G: 接ALE 3、Vcc=+5V 4、GND接地
1 74LS373为8D锁存器,其主要特点在于:
控制端G为高电平时,输出Q0~Q7复现输入D0~ D7的状态;G为下跳沿时D0~D7的状态被锁存在Q0 ~Q7上。
MOV DPTR, #0BFFFH ;指向74LS373口地址
MOVX A, @DPTR ;读入
MOV @R0, A
;送数据缓冲区
INC R0
;修改R0指针
RETI
;返回
用74LS273和74LS244扩展输入输出接口
地址允许信号ALE与外部地址锁存信号G相连;
单片机端的EA与单片机的型号有关;
存储器端的CE与地址信号线有关。
P... 2.7 P2.0
ALE 8031
P... 0.7 P0.0
EA
PSEN
外部地址
G
锁存器
I...7
O... 7
I0 O0
A... 15
CE
A8
外部程序
存储器
A... 7 A0
D7. . . D0 OE
6264的扩展电路图
图中CS(CE2)和CE引脚均为6264的片选信号,由于该扩展电路 中只有一片6264,故可以使它们常有效,即CS(CE2)接+5V ,CE接地。6264的一组地址为0000H~1FFFH。
存储器地址编码
SRAM6264:“64”—— 8K×8b = 8KB 6264有13根地址线。 地址空间: A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 最低地址: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 最高地址: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFFH MCS-51单片机寻址范围:64KB 26×210 = 216即16位地址线 地址空间: A15A14A13A12A11A10A9A8A7······A0 单片机
第6章 MCS-51单片机系统扩展技术

6.3 数据存储器扩展
6.3.1 静态RAM扩展电路
6.3.2 动态RAM扩展电路
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6.3.1 静态RAM扩展电路
常用的静态RAM芯片有6116,6264,62256等,其 管脚配置如图6-13所示。
1.6264静态RAM扩展 额定功耗200mW,典型存取时间200ns,28脚双列直插 式封装。表6-1给出了6264的操作方式,图6-14为6264静 态RAM扩展电路。
图 6 9
A EEPROM
28 17
扩 展 电 路
写入数据
不是指令
查询 中断 延时
2.2864A EEPROM 扩展
2864A有四种工作方式: (1)维持方式 (2)写入方式 (3)读出方式 (4)数据查询方式
图 6 12
28 64
返回本节
A EEPROM
扩 展 电 路
串行E2PROM简介 串行E2PROM占用引线少、接线简单,适用于作为数据存储 器且保存信息量不大的场合。 以AT93C46/56/57/66为例,它是三线串行接口E2PROM, 能提供128×8、256×8、512×8或64×16、128×16、256×16 位,具有高可靠性、能重复擦写100,000次、保存数据100年 不丢失的特点,采用8脚封装。
第6章 MCS-51单片机系统扩展技术
6.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念
6.2 程序存储器扩展技术
6.3 数据存储器扩展 6.4 输入/输出口扩展技术
T0 T1
时钟电路
ROM
RAM
定时计数器
CPU
并行接口 串行接口 中断系统
P0 P1 P2 P3
TXD RXD
INT0 INT1
第6章 80C51单片机的系统扩展

80C51单片机的系统扩展 第6章 80C51单片机的系统扩展
6.1.2 常用程序存储器芯片
1、Flash(闪速 、 闪速)ROM 闪速
FlashROM是一种新型的电擦除式存储器,它是在EPROM工艺的基础上 增添了芯片整体电擦除和可再编程功能。它即可作数据存储器用,又可作程序 存储器用,其主要性能特点为: (1)电可擦除、可改写、数据保持时间长。 (2)可重复擦写/编程大于1万次。 (3)有些芯片具有在系统可编程ISP功能。 (4)读出时间为ns级,写入和擦除时间为ms级。 (5)低功耗、单一电源供电、价格低、可靠性高,性能比EEPROM优越。 FlashROM型号很多,常用的有29系列和28F系列。29系列有29C256 (32K×8)、29C512(64K×8)、29C010(128K×8)、29C020 (256K×8)、29040(512K×8)等,28F系列有28F512(64K×8)、 28F010(128K×8)、28F020(256K×8)、28F040(512K×8)等。
80C51单片机的系统扩展 第6章 80C51单片机的系统扩展
6.2.1 常用数据存储器芯片
静态存储器(SRAM)具有存取速度快、使用方便和价 格低等优点。但它的缺点是,一旦掉电,内部所有数据信 息都会丢失。常用的SRAM有6116(2KB×8)、6264 (8KB×8)、62128(16KB×8)、62256(32KB×8) 等芯片。常用SRAM芯片管脚和封装如图6-8所示,引脚功 能如下。 ① A0~A15:地址输入线。 ② D0~D7:双向三态数据总线,有时也用I/O0~I/O7表示。 ③CE:片选线,低电平有效。6264的26脚(CS)必须接高 电平,并且CE为低电平时才选中该芯片。 ④OE:读选通线,低电平有效。 ⑤WE:写选通线,低电平有效。 ⑥ VCC:电源线,接+5V电源。 ⑦ NC:空。 ⑧ GND:接地。
第6章 89c51系列单片机的扩展

74LS373,直接从P0口送到数据总线上。
2. 最小系统工作时序
如下图所示:
一个机器周期 S1 ALE
一个机器周期
S2 S3
S4
S5
S6
S1
S2 S3
S4
S5
S6
PSEN
P2 PCH输出
PCH输出
PCH输出
PCH输出
PCH输出
PCH输出
输入
PCL
输出
指令 输入
PCL
输出
指令 输入
PCL
输出
指令 输入
PCL
输出
PCL输出有效
PCL输出有效
PCL输出有效
PCL输出有效
最小系统的工作时序
PCL 输出 有效
P2口送PCH 信息,P0口送PCL 信息和输 入指令。在每一个Tcy中,ALE两次有效, PSEN两次有效。ALE第一次发生在S1P2和 S2P1期间,在S2状态周期内,ALE下降沿将P0 口低8位地址信息PCL锁入74LS373。在S4状 态周内,PSEN上升沿将指令读入CPU。
VppVccCE GND
A7 A8 23 22 A10 19
I/O
74LS373 8Q 8D
GND G OE
A0
2716
28 39 O0 . . O7 OE 20
32
P0口具有分时传送低8位地址和8位数据 信息的复用功能。通过ALE信号与地址锁存
器配合使用,从而使得地址信息和数据信息
区分开。
工作原理如下:
2. 具体应用
使用单片E2PROM扩展外部程序存储器
一 片 2864E2PROM 和 地 址 锁 存 器
74LS373构成MCS-51系列单片机中8031
第8章 单片机系统扩展_练习

第8章单片机系统扩展1. 什么是AT89C51单片机的最小应用系统?答:所谓最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置系统。
AT89C51芯片外加晶振电路和复位电路就构成了一个简单可靠的最小应用系统。
其在简单应用场合,可满足用户的要求。
2. 在AT89C51扩展系统中,程序存储器与数据存储器共用16位地址线和8位数据线,为什么两个存储空间不会冲突?答:AT89C51在片外扩展RAM的地址空间为0000H~FFFFH,共64KB,与ROM地址空间重叠。
但因各自使用不同的指令和控制信号,因而不会“撞车”。
读ROM时用MOVC指令,由PSEN选通ROM的OE端;读/写片外RAM时用MOVX指令,用RD选通RAM的OE端,用WR选通RAM的WE端。
但扩展RAM与扩展I/O 口是统一编址的,使用相同的指令和控制信号。
这在设计硬件系统和编制软件程序时应注意统筹安排。
3. 利用一片74LS138,用全译码方法,设计一个外部扩展8片6116的扩展电路。
写出各芯片的地址空间。
解:(图7.2 74LS138译码片选8片6116(2K×8)存储电路图(2)各芯片地址空间为:(假定无关位取1)芯片(1):1000 0000 0000 0000B~1000 0111 1111 1111B=8000H~87FFH芯片(2):1000 1000 0000 0000B~1000 1111 1111 1111B=8800H~8FFFH芯片(3):1001 0000 0000 0000B~1001 0111 1111 1111B=9000H~97FFH芯片(4):1001 1000 0000 0000B~1001 1111 1111 1111B=9800H~9FFFH芯片(5):1010 0000 0000 0000B~1010 0111 1111 1111B=A000H~A7FFH芯片(6):1010 1000 0000 0000B~1010 1111 1111 1111B=A800H~AFFFH芯片(7):1011 0000 0000 0000B~1011 0111 1111 1111B=B000H~B7FFH芯片(8):1011 1000 0000 0000B~1011 1111 1111 1111B=B800H~BFFFH4.用串行传送方式,在AT89C51上扩展2片AT24C01A,画出硬件连接图,编程向每片传送100个数据。
单片机原理与应用第6章

三、系统扩展及总线结构
80C51
图5.2
P0口分时复用
D0~n ~ P0 ALE R/W 单片机 ALE
锁 存 地 址 地址 采 样 数 据 采 样 数 据 Di Qi G 地址锁存器
A0~n ~
R/W 存储器
锁 存 地 址
P0
地址
R/W
三、系统扩展及总线结构
地址锁存器
MCS-51单片机的P0口是地址线/数据线分时复用的,实现 这一功能需要引入地址锁存器。常用的地址锁存器的芯片一 般有两类:一类是8D触发器,如74LS273、7474LS377等,另 一类是位锁存器,如74LS373、8282等。
74LS373
8031
6264的地址分配表
P2.7 P2.6 1 1 0 1 0 1
P2.5 0 1 1
选中芯片 6264(1) 6264(2) 6264(3)
地 址 范 围 C000--DFFFH A000--BFFFH 6000--7FFFH
存储容量 8K 8K 8K
例3:某微机系统用62128构成64K存储系统,试将其与 8051进行连接
第6章 单片机系统扩展
6-1 系统扩展及总线结构 6-2 数据存储器扩展 6-3 程序存储器扩展 6-4 I/O扩展 I/O扩展
6-1 系统扩展及总线结构 一、单片机内部资源
8位CPU; 位 ; 4KB字节掩膜 字节掩膜ROM程序存贮器(8031无); 程序存贮器( 字节掩膜 程序存贮器 无 128字节内部 字节内部RAM数据存贮器; 数据存贮器; 字节内部 数据存贮器 21个特殊功能寄存器 个特殊功能寄存器(SFR); 个特殊功能寄存器 ; 2个16位的定时器 计数器; 位的定时器/计数器 个 位的定时器 计数器; 1个全双工的异步串行口 个全双工的异步串行口; 个全双工的异步串行口 4个8位并行 口; 位并行I/O口 个 位并行 5个中断源、2级中断优先级的中断控制器; 个中断源、 级中断优先级的中断控制器 级中断优先级的中断控制器; 个中断源
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一、并行总线 单片机进行并行扩展时将I/O口看作为一般的微型机总线接口形式。 1、地址总线
MCS-51单片机可以提供16位地址线,高8位地址由P2口提供(P2口 具有锁存功能,可以和外部芯片的高8位地址直接相连),低8位地址 线由P0口提供,P0口为地址/数据分时复用的I/O口,需外加地址锁存器, 以锁存低8位地址信息。在CPU的地址锁存允许信号ALE的下降沿将地址 的低8位信息锁存到锁存器中。 2、数据总线
ALE P2口
PSEN
A0
锁存器
~
A7 低8位地址总线
高8位地址总线
A8
~
An
CE OE
引脚相连,若采用74LS273,则对ALE取反之
图 8-1 程序存储器扩展接口电路图
后使用,与CLK引脚相连。
P2.7 P2.6 P2.0~P2.2 AT89C51 ALE
P0.0~P0.7
PSEN
(1)
(2)
74LS373 LE Q0~Q7
OE D0~D7
A0~A7 A8~A10 CE
2716(I)
D0~D7
OE
Байду номын сангаас
A0~A7 A8~A10 CE
2716(II)
D0~D7
OE
(2)地址范围 地址范围的判断只与地址线和片选端的连接有关,通常情况下P2口中没有连接到外
部存储器的线称之为无关位,可取“1”或“0”,而P0口和P2口中与外部存储器的地 址线相连接的线的地址范围为全“0”至“1”。由于一般情况下片外芯片的片选端为 低电平有效,所以P2口中与片选端相连接的线取“0”代表选择某个片外芯片,取“1” 代表不选择某个片外芯片。上图中各2716地址范围如下表,此处无关位取全“0”。
P口
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7~P0.0 地址范围
/
/
/
A10 A9
A8
A7~A0
2716(I) 1
0
0
0
0
0
0
8000H
0
00000000
~
87FFH
1
0
0
0
0
1
1
1
11111111
/
/
/
A10 A9
A8
A7~A0
2716(II) 0
1
储空间中,高128B是特殊功能寄存器 EA
ALE
区,一般不进行数据的存取;低128B P2口
空间中的单元还涉及到工作寄存器区、
堆栈的使用等,这样就使得当我们需
RD
要存储大量数据时片内数据寄存器空
WR
数据总线
数据存储器
D0 ~ D7
A0
锁存器
~
A7 低8位地址总线
高8位地址总线
A8
~
An
CE OE
WE
/
2716(II) 0
0
0
0
0
0
0
0
/ A10 A9
0
0
0
0
1
1
A8
A7~A0
0000H
0
00000000
~
07FFH
1
11111111
8.2.2 数据存储器扩展
MCS-51系列单片机的数据存储器最大 寻址范围也可达到64KB,其内部只有
51单片机 P0口
256B的数据存储空间。在这256B的存
数据存储器扩展常使用的有静态RAM和动态RAM两种。在51单片机应 用系统中,最常用的是静态数据存储器RAM 芯片,有6116(2Kx8B)和 6264 (8Kx8B)两种。
P2.7 P2.6 P2.0~P2.4
AT89C51 ALE
P0.0~P0.7 RD WR
(1)
(2)
74LS373 LE Q0~Q7
0
0
0
0
0
4000H
0
00000000
~
47FFH
0
1
0
0
0
1
1
1
11111111
表 74LS138真值表
输入
输出
E1
A2 A1 A0
×H××××11111111
××H×××11111111
L×××××11111111
H
L
L
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
H
L
L
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
H
L
L
0
1
0
1
1
0
1
1
1
A8
A7~A0
6264(I) 1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
8000H
0
00000000
~
9FFFH
1
11111111
/ A12 A11 A10 A9
A8
A7~A0
6264(II) 0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
00000000 4000H
~
5FFFH
1
11111111
AT89C51 P2.7 P2.6 P2.5
第八章 单片机系统的扩展
第一节 单片机总线结构
8.1.1 总线概述
广义上讲总线是一组信号线的集合,是一种传送规定信息的 公共通路,它定义了各引线的信号、电气和机械特性。利用总线 可以实现芯片内部、印制电路板各部件之间、机箱内个模块之间、 主机与外设之间或系统与系统之间的连接与通信。
51系列单片机系统扩展属于外部总线,故我们这里只介绍外 部总线。按传输方式可划分为并行总线和串行总线,按照传输的 信息的性质又分为数据总线、地址总线、控制总线和电源总线。
间满足不了实际要求,必须进行数据 存储器的扩展,增加数据存储容量。
图 8-4 程序存储器扩展接口电路图
51系列扩展片外数据存储器的一般接
口电路如图8-4。
在数据存储器的扩展中,地址线和数据线的连接方式和程序存储器的 扩展是相同的,不同的在于读写线上,由于对于51单片机的程序存储 器在工作时是“只读不写”的,所以程序存储器的只有读线,而数据 存储器是可读写的,故有两条,分别与单片机的读写线相连。
PSEN
74LS373 LE Q0~Q7
OE D0~D7
A0~A7 A8~A10 CE
2716(I)
D0~D7
OE
A0~A7 A8~A10 CE
2716(II)
D0~D7
OE
(2)地址范围 由于采用的是3-8译码器来控制2716的片选端,所以地址范围与线选法相比发生 了变化。各2716地址范围如表。
字选是选择出该芯片的某一存储单元(或I/O接口芯片的寄 存器),即确定信息存在的芯片内部的具体位置。
而为了确定具体芯片的存储单元一般常采用的选址方法有 线选法和译码法两种。
一、线选法
若系统中之扩展少量的外部ROM、RAM和I/O接口芯片,一般用线选 法。线选法就是把单独的地址线(一般取P2口线)接到某外接芯片的片 选端,利用该地址线引脚电平信号来选择是否选中该芯片。在一般情况 下,大部分芯片的片选端都是低电平有效。
二、译码法
对于需要ROM、RAM和I/O容量大的系统,当所需芯片过多,所用的 芯片片选端已经超过了可用的地址线时,采用译码法。译码法就是用译 码器对高位地址进行译码,译出的信号作为片选信号,用低位地址线选 择芯片的片内地址。常用的74系列译码芯片有74LS138(3-8译码器)、 74LS139(2-4译码器)、74HC4514(4-16译码器)等。
非编码键盘指的是利用软件识别按钮的状态,单片机系统使用的基本都是非编码键盘。
在键盘设计中常有独立式键盘和矩阵式键盘两种,而键盘的抖动问题是键盘设计的关 键技术之一。所谓键盘抖动是指由于按钮触点的弹性作用,一个按钮在闭合和断开时不会 立即达到稳定状态,也就是说按钮的操作在闭合和断开的瞬间会伴随着一连串的抖动现象, 如图8-8,而抖动的时间是由按钮的机械特性决定的,一般为5~10ms。
与非型FLASH也是一种并行结构的FLASH,但是其数据、地址和控制线是分时 复用I/O总线的,相对于并行FLASH引脚数大大减少,但是这种芯片在使用时 要对接口的时序要求较高。常见的芯片型号如三星的K9F5608系列。
第三节 人机交互扩展
在单片机应用系统中,为了更好的进行变量的控制,往往 都需要输入一些数据或状态命令,而为了使人们跟更能直观的 观察系统运行的状态和数据的变化,往往又需要将这些信息显 示出来,这就是最常见的人机交互,通常使用键盘和显示器来 实现人机交互功能。
8.3.1 键盘技术
键盘是一种最常见的输入设备,由多个按钮的组成,现场人员可通过对键盘的操作输入数据 或命令实现人机对话。通常使用的按钮有弹簧按钮、自锁按钮、拨码开关等,这些按钮大部分都 是常开按钮。由多个按钮组成键盘,有编码键盘和非编码键盘。
编码键盘指的是由专用的硬件译码芯片来识别按钮的状态,产生键的编号或键值,如商场售 货机键盘、个人电脑键盘。
由P0口提供,当P0口作为地址/数据口时,是双向的具有输入三态 控制的通道口,可以与外部芯片的数据口直接相连。
8.1.2 选址方法
为了唯一的选中外部某一存储单元(I/O口芯片可作为数 据存储器的一部分),必须进行两种选择方式:片选和字选。