第7章MCS-51单片机的常用外设扩展
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项目 一 汽车单片机原理应用(任务五 MCS-51单片机系统扩展)
（3） MCS-51单片机系统地址空间的分配 系统空间分配：通过适当的地址线产生各外部扩展器件的片 选/使能等信号就是系统空间分配。
编址：编址就是利用系统提供的地址总线，通过适当的连接， 实现一个编址惟一地对应系统中的一个外围芯片的过程。编 址就是研究系统地址空间的分配问题。
片内寻址：若某芯片内部还有多个可寻址单元，则称为片内 寻址。
2）全地址译码法
利用译码器对系统地址总线中未被外扩芯片用到的高位 地址线进行译码，以译码器的输出作为外围芯片的片选信 号。常用的译码器有：74LS139，74LS138，74LS154等。 优点是存储器的每个存储单元只有惟一的一个系统空间地 址，不存在地址重叠现象；对存储空间的使用是连续的， 能有效地利用系统的存储空间。缺点是所需地址译码电路 较多，。全地址译码法是单片机应用系统设计中经常采用 的方法。
1。程序和数据之和不大于 存储器总容量。 2。程序必须存放在低地址，
数据存放在高地址。
三、并行I/O口扩展 MCS-51单片机具有四个并行8位I/O口原理均可用做双向并行 I/O接口，但在实际应用中，可提供给用户使用的I/O口只有P1 口和部分P3口线及作为数据总线用的P0口。在单片机的I/O口 线不够用的情况下，可以借助外部器件对I/O口进行扩展 （1）概述 1）单片机I/O口扩展方法 并行I/O口扩展的目的：为外围设备提供一个输入输出通道。 ①并行总线扩展的方法 ②串行口扩展方法（只介绍总线扩展方式下I/O接口扩展方法） ③I/O端口模拟串行方法
二、存储器的扩展 存储器是计算机系统中的记忆装置，用来存放要运行的程 序和程序运行所需要的数据。单片机系统扩展的存储器可分为 程序存储器和数据存储器两种类型。
（1）MCS-51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题
第7章MCS-51单片机的常用外设扩展
（2）数据线
2732的8位数据线直接与单片机的P0口相连。P0口作 为地址/数据线分时复用。
（3）控制线
CPU执行2732中存放的程序指令时，取指阶段就是对 2732进行读操作。注意，CPU对EPROM只能进行读操作， 不能进行写操作。CPU对2732的读操作控制都是通过控制线 实现的。2732控制线的连接有以下几条：
2.硬件电路 单片机与6116的硬件连接如图7-4所示。
3.连线说明
• 地址线：A0～A10连接单片机地址总线P0.0～P0.7、P2.0、P2.1、P2.2 共11根；
• 数据线：I/O0～I/O7连接单片机的数据线，即P0.0～P0.7；
• 控制线：片选端连接单片机的P2.7，即单片机地址总线的最高位A15； 读允许线连接单片机的读数据存储器控制线；
• 对于没有内部ROM的单片机或者程序较长、片内ROM容 量不够时，用户必须在单片机外部扩展程序存储器。 MCS-51单片机片外有16条地址线，即P0口和P2口，因此 最大寻址范围为64K字节（0000H—FFFFH）。
• 这里要注意的是，MCS-51单片机有一个管脚 EA跟程序存 储器的扩展有关。如果接高电平，那么片内存储器地址范 围是0000H—0FFFH（4K字节），片外程序存储器地址范 围是1000H—FFFFH（60K字节）。如果接低电平，不使 用片内程序存储器，片外程序存储器地址范围为0000H— FFFFH（64K字节）。
1. 芯片选择
单片机扩展数据存储器常用的静态RAM芯片有6116（2K×8 位）、6264（8K×8位）、62256（32K×8位）等。
根据题目容量的要求我们选用SRAM6116，采 用单一+5V供电，输入输出电平均于TTL兼容，具有 低功耗操作方式，管脚如图7-3所示。
单片机原理及应用(李桂林)章 (7)
第 7 章 单片机并行扩展技术 图 7－1 8031 最小应用系统
第 7 章 单片机并行扩展技术
8031 芯片本身的连接除了 EA 必 须 接地 地外(选择外 部存储器),其他与 80C51 / 89C51 最小应用系统一样,也必须 有复位及时钟电路。
第 7 章 单片机并行扩展技术
7. 2 总线扩展及编址方法
第 7 章 单片机并行扩展技术
7. 1 单片机的最小系统
最小应用系统,是指能维持单片机运行的最简单配置的系 统。这种系统成本低廉、结构简单,常用来构成简单的控制系 统,如开关状态的输入/输出控制等。对于片内有ROM / EPROM 的单片机,其最小应用系统即为配有晶振、复位电路和电源的 单个单片机。对于片内无 ROM / EPROM 的单片机,其最小系统 除了外部配置晶振、复位电路和电源外,还应当外接 EPROM 或 E2 PROM作为程序存储器使用。
第 7 章 单片机并行扩展技术
图 7－3 所示为线选法应用实例。图中所扩展的芯片地址 范围如表 7 －1 所示,其中 ×可以取“0 ”,也可以取 “ 1 ”,用十六进制数表示的地址如下:
2764 ( 1 ): 4000H~5FFFH ,或 C000H~DFFFH ,有地址重 叠现象。
2764 ( 2 ): 2000H~3FFFH ,或 A000H~BFFFH ,有地址重 叠现象。
第 7 章 单片机并行扩展技术
当然,最小系统有可能无法满足应用系统的功能要求。比 如,有时即使有内部程序存储器,但由于程序很长,程序存储器 容量可能不够;对一些数据采集系统,内部数据存储器容量也可 能不够等,这就需要根据情况扩展 EPROM 、 RAM 、 I / O 口 及其他所需的外围芯片。
第 7 章 单片机并行扩展技术
MCS51单片机总线系统与IO口扩展
6.2.2 单片机总线扩展的编址技术
OE
LE
Dn
Qn
L
H
H
H
L
H
L
L
L
L
L
Qn-1
L
L
H
Qn-1
H
×
×
Z
地址锁存器74LS373
CLR D0-D7Q0-Q7 4 6 2 6 74LS24474LS273 E 0123456789E GG 12Q0-Q7CLKD0-D7AAAAAAAAAAA10A11A12I/O0I/O1I/O2I/O3I/O4I/O5I/O6I/O7OWCE1CE2 56? UUU P0.0-P0.7P0.0-P0.7 +5V 11 01234567 E >> QQQQQQQQ O 01234567 E DDDDDDDDL 2 U74LS373 012 YYY ABC 3 U74LS138 R AD E R P20P07P21P06P22P05P23P04P24P03P25P02P26P01P27P00 W ALE 89C51 1 U
MOV
DPTR,#0FEFFH ;确定扩展芯片地址
MOVX
A,@DPTR
;将扩展输入口内容读入累加器A
当与74LS244相连的按键都没有按下时，输入全为1，若按下某键，则所在线 输入为0。
6.2.1 单片机I/O口扩展
输出控制信号由P2.0和相“或”后形成。当二者都为0后，74LS273的控制端 有效，选通74LS273， P0上的数据锁存到74LS273的输出端，控制发光二极管 LED ， 芯 片 地 址 与 74LS244 的 选 通 地 址 相 同 （ 都 是 ×××× ×××0 ×××× ××××B，通常取为FEFFH）。当某线输出为0时，相应的LED发 光。
第7章补充习题
第7章 MCS-51的串行口一、填空1. MCS-51单片机的串行接口有种工作方式。
其中方式为多机通信方式。
2. 串行口中断标志RI/TI由置位，清零。
3. MCS-51串行接口有4种工作方式,这可在初始化程序中用软件填写特殊功能寄存器（）加以选择.4. 用串口扩并口时,串行接口工作方式应选为方式。
5. 串行通信按照数据传送方向可分为三种制式： 、 和 。
6. 波特率定义为 。
串行通信对波特率的基本要求是互相通信的甲乙双方必须具有的 波特率。
7. 多机通信时，主机向从机发送信息分地址帧和数据帧两类，以第9位可编程TB8作区分标志。
TB8=0，表示 ；TB8=1，表示 。
8. 当从机 时，只能接收主机发出的地址帧，对数据不予理睬。
9. 多机通信开始时，主机首先发送地址，各从机核对主机发送的地址与本机地址是否相符，若相符，则置 。
二、判断1. 要进行多机通信，MCS-51串行接口的工作方式应为方式1。
（）2. MCS-51的串行接口是全双工的。
（）3. MCS-51上电复位时，SBUF=00H。
（）。
三、简答1. 串行通信和并行通信有什么区别？各有什么优点？2. 什么是串行异步通信，它有哪些作用？并简述串行口接收和发送数据的过程。
3. 简述MCS-51单片机多机通信的特点。
4. 若异步通信按方式2传送，每分钟传送3000个字符，其波特率是多少？5. 什么是串行异步通信，它有哪些作用？并简述串行口接收和发送数据的过程。
6. 8051单片机四种工作方式的波特率应如何确定？7. 某异步通信接口，其帧格式由1个起始位（0），7个数据位，1个偶校验和1个停止位（1）组成。
当该接口每分钟传送1800个字符时，试计算出传送波特率。
8. 串行口工作方式在方式1和方式3时，其波特率与fosc、定时器T1工作模式2的初值及SNOD位的关系如何？设fosc=6MHz，现利用定时器T1模式2产生的波特率为110bps。
试计算定时器初值。
MCS-51单片机原理和接口技术习题参考答案
MCS-51单片机原理及接口技术习题参考答案第一章绪论1-1解答：第一台计算机的研制目的是为了计算复杂的数学难题。
它的特点是：计算机字长为12位，运算速度为5 000次/s，使用18 800个电子管，1 500个继电器，占地面积为150 m2，重达30 t，其造价为100多万美元。
它的诞生，标志着人类文明进入了一个新的历史阶段。
1-2解答：单片微型计算机简称单片机。
一个完整的单片机芯片至少有中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及I/O接口等部件。
1-3解答：单片机的发展大致经历了四个阶段：第一阶段（1970—1974年），为4位单片机阶段；第二阶段（1974—1978年），为低中档8位单片机阶段；第三阶段（1978—1983年），为高档8位单片机阶段；第四阶段（1983年至今），为8位单片机巩固发展阶段及16位单片机、32位单片机推出阶段。
1-4解答：Intel公司的MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列产品；Motorola公司的6801、6802、6803、6805、68HC11系列产品；Zilog公司的Z8、Super8系列产品；Atmel公司的AT89系列产品；Fairchild公司的F8和3870系列产品；TI公司的TMS7000系列产品；NS公司的NS8070系列产品；NEC公司的μCOM87（μPD7800）系列产品；National公司的MN6800系列产品；Hitachi公司的HD6301、HD63L05、HD6305。
1-5解答：（1）8031/8051/8751三种型号，称为8051子系列。
8031片内没有ROM，使用时需在片外接EPROM。
8051片内含有4KB的掩模ROM，其中的程序是生产厂家制作芯片时烧制的。
8751片内含有4KB的EPROM，用户可以先用紫外线擦除器擦除，然后再利用开发机或编程器写入新的程序。
（2）8032A/8052A/8752A是8031/8051/8751的增强型，称为8052子系列。
《单片机原理与应用及上机指导》第7章：80C51单片机系统扩展
表7.4 常用SRAM芯片的主要性能
表7.6 80C51与6264的线路连接
7.2 并行I/O扩展
MCS-51系列单片机共有4个并行I/O口，分别是P0、P1、 P2和P3。其中P0口一般作地址线的低8位和数据线使用； P2口作地址线的高8位使用；P3口是一个双功能口，其第 二功能是一些很重要的控制信号，所以P3一般使用其第二 功能。这样供用户使用的I/O口就只剩下P1口了。另外，这 些I/O口没有状态寄存和命令寄存的功能，所以难以满足复 杂的I/O操作要求。因此，在大部分MCS-5l单片机应用系 统的设计中都不可避免地要进行I/O口的扩展。 7.2.1 并行I/O扩展原理 7.2.2 常用的并行I/O扩展芯片
线选法
若系统只扩展少量的RAM和I/O口芯片，可采用线选法。 线选法是把单片机高位地址分别与要扩展芯片的片选端相连，控制选 择各条线的电路以达到选片目的，其优点是接线简单，适用于扩展芯 片较少的场合，缺点是芯片的地址不连续，地址空间的利用率低。
图7.7 片外RAM的读时序
图7.8 片外RAM的写时序
4．数据存储器芯片及扩展电路
(1) 数据存储器 数据存储器扩展常使用随机存储器芯片，用得较多的是 Intel公司的6116(容量为2KB)和6264(容量为8KB)， 其性能 如表7.4所示。 (2) 数据存储器扩展电路 80C51与6264的连接 如表7.6所示。
全地址译码法
利用译码器对系统地址总线中未被外扩芯片用到的高位地址线进行译 码，以译码器的输出作为外围芯片的片选信号。常用的译码器有 74LS139、74LS138、74LS154等。优点是存储器的每个存储单元只 有唯一的一个系统空间地址，不存在地址重叠现象；对存储空间的使 用是连续的，能有效地利用系统的存储空间。缺点是所需地址译码电 路较多，全地址译码法是单片机应用系统设计中经常采用的方法 。
内容7_MCS-51单片机IO接口扩展设计及应用
C.为了消除按键的抖动，常用的方法有硬件和软件两种方法；
D. 8031的扩展储存器系统中，P0口要接一个8位锁存器，而P2口却不需要。
17
下面的说法错误的有（）。
A. LED显示器采用动态扫描方法进行显示，任一时刻只有一位显示器被点亮；
B. RS-232C的逻辑电平与通常的TTL和MOS电平兼容，故实现与TTL或MOS电路的连接时无需外加电平转换电路；
（B）RAM式
（C）FLASHROM
（D）EPROM
47
某种存储器芯片是8KB*4/片,那么它的地址线根数是()。
(A)11根
(B)12根
(C)13根
(D)14根
48
若某存储器芯片地址线为12根,那么它的存储容量为()。
(A)1KB
(B)2KB
(C)4KB
(D)8KB
49
下面哪条指令产生信号()。
(A)MOVXA,@DPTR
D．P3
E．P0．7
28
MCS-51单片机的P0口可以作为( )使用。
A．低8位地址总线
B．高8位地址总线
C．数据总线
D．控制总线
E．一般的I/O使用
29
071-0029、ATMEL公司的AT24CXX系列EEPROM是（）。
A．I C接口的EEPROM
B．SPI接口的EEPROM
C．并行接口的EEPROM
A．16D触发器
B．8D触发器
C．32位锁存器
D．16位锁存器
E．8位锁存器
15
071-0001、单片机扩展的内容有（）等。
A．总线扩展
B．程序存储器扩展
C．数据存储器扩展
D．外围扩展
E．I/O口的扩展
D. 8031的扩展储存器系统中，P0口要接一个8位锁存器，而P2口却不需要。
17
下面的说法错误的有（）。
A. LED显示器采用动态扫描方法进行显示，任一时刻只有一位显示器被点亮；
B. RS-232C的逻辑电平与通常的TTL和MOS电平兼容，故实现与TTL或MOS电路的连接时无需外加电平转换电路；
（B）RAM式
（C）FLASHROM
（D）EPROM
47
某种存储器芯片是8KB*4/片,那么它的地址线根数是()。
(A)11根
(B)12根
(C)13根
(D)14根
48
若某存储器芯片地址线为12根,那么它的存储容量为()。
(A)1KB
(B)2KB
(C)4KB
(D)8KB
49
下面哪条指令产生信号()。
(A)MOVXA,@DPTR
D．P3
E．P0．7
28
MCS-51单片机的P0口可以作为( )使用。
A．低8位地址总线
B．高8位地址总线
C．数据总线
D．控制总线
E．一般的I/O使用
29
071-0029、ATMEL公司的AT24CXX系列EEPROM是（）。
A．I C接口的EEPROM
B．SPI接口的EEPROM
C．并行接口的EEPROM
A．16D触发器
B．8D触发器
C．32位锁存器
D．16位锁存器
E．8位锁存器
15
071-0001、单片机扩展的内容有（）等。
A．总线扩展
B．程序存储器扩展
C．数据存储器扩展
D．外围扩展
E．I/O口的扩展
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第7章MCS-51单片机的常用外 设扩展
目录
7.1 存储器扩展设计
7.1.1 单片机程序存储器概述 7.1.2 EPROM扩展
7.2 数据存储器扩展
7.2.1 SRAM扩展实例 7.2.2 外部RAM与I/O同时扩展
7.3 并行I/O口扩展
7.3.1 简单I/O接口扩展 7.3.2 基于可编程芯片8255A的扩展
• 2.硬件电路 • 单片机与6116的硬件连接如图7-4所示。
• 3.连线说明 • 地址线：A0～A10连接单片机地址总线P0.0～P0.7、P2.0、P2.1、 P2.2共11根； • 数据线：I/O0～I/O7连接单片机的数据线，即P0.0～P0.7； • 控制线：片选端连接单片机的P2.7，即单片机地址总线的最高位A15； 读允许线连接单片机的读数据存储器控制线； • 写允许线连接单片机的写数据存储器控制线。 • 单片机对RAM的读写可以使用下面两条命令： • MOVX @DPTR，A ；64K字节内写入数据 • MOVX A，@DPTR ；64K字节内读取数据 • 还可以使用以下对低256字节的读写指令： • MOVX @Ri，A ；低256字节内写入数据 • MOVX A，@Ri ；低256字节内读取数据
• 对于没有内部ROM的单片机或者程序较长、片内ROM容 量不够时，用户必须在单片机外部扩展程序存储器。 MCS-51单片机片外有16条地址线，即P0口和P2口，因此 最大寻址范围为64K字节（0000H—FFFFH）。 • 这里要注意的是，MCS-51单片机有一个管脚跟程序存储 器的扩展有关。如果接高电平，那么片内存储器地址范围 是0000H—0FFFH（4K字节），片外程序存储器地址范 围是1000H—FFFFH（60K字节）。如果接低电平，不使 用片内程序存储器，片外程序存储器地址范围为0000H— FFFFH（64K字节）。 • 8031单片机没有片内程序存储器，因此管脚总是接低电平。
2.硬件电路图 8031单片机扩展一片2732程序存储器电路如 图7-1所示。
• 3.芯片说明 • （1）74LS373 • 74LS373是带三态缓冲输出的8D锁存器，由于单片机的三总线结构中， 数据线与地址线的低8位共用P0口，因此必须用地址锁存器将地址信 号和数据信号区分开。74LS373的锁存控制端G直接与单片机的锁存 控制信号ALE相连，在ALE的下降沿锁存低8位地址。 • （2）EPROM2732 • EPROM2732的容量为4K×8位。4K表示有4×1024个存储单元，8位 表示每个单元存储数据的宽度是8位。前者确定了地址线的位数是12 位（A0～A11），后者确定了数据线的位数是8位（O0～O7），目前 除了串行存储器之外，一般情况下我们使用的都是8位数据存储器）。 2732单一+5V供电，最大静态工作电流为100mA，维持电流为35mA， 读出时间最大为250ns。2732的管脚如图7-2所示。
• 其中A0～A11：地址线 • O0～O7：数据线 • 为片选线，低电平有效，也就是说，只有当为低 电平时，2732才被选中，否则，2732不工作。 /VPP为双功能管脚，当2732用作程序存储器时， 其功能是允许读数据出来；当对EPROM编程 （也称为固化程序）时，该管脚用于高电压输入， 不同生产厂家的芯片编程电压也有不同。当我们 把它作为程序存储器使用时，不必关心其编程电 压。
• 2.硬件连线 • 用单片机扩展8KSRAM的硬件连线图如图7-6所示。
• 单片机的高三位地址线A13、A14、A15用 来进行3-8译码，译码输出的1Y接6264的片 选线；剩余的译码输出用于选通其它的I/O 扩展接口； • 6264的片选线CE2直接接高电平，+5V； • 6264的输出允许信号接单片机的，写允许 信号接单片机的。
由于MCS-51系列单片机将片外并行I/O接口地址与片外数据 存储器统一编址，片外I/O被看成是片外数据存储器的存 储单元，通过片外数据存储器的访问方式访问。因此，片 外的I/O的扩展方法和片外数据存储器的扩展方法完全相 同，即两者的读/写时序一致，三总线连接方法相同。同 时也要注意，如果扩展的外部I/O接口占用了其中的某些 地址空间，那么扩展的数据存储器就不能使用这些地址空 间。相应地扩展外部I/O接口时，必须给每个扩展的I/O接 口的功能寄存器分配一个专用的地址(或片选信号)，MCS51单片机访问扩展的I/O接口的操作同访问扩展的并行接 口存储器的操作完全相同。单片机执行读操作时，可以将 输入端口的状态读回到内部变量中；单片机执行写操作时， 可以根据用户指定的控制字写到输出端口。
• 7.3 并行I/O口扩展 • MCS-51单片机有4个并行I/O口，每个8位，但这些I/O口 并不能全部提供给用户使用，只有对于片外中断、定时/计数器时，才能对4个并行I/O口进行使用。 如果片外要扩展资源，则P0口、P2口要用来作为数据、 地址总线，P3口中的某些位也要被用来作为第二功能信号 线，这时留给用户的I/O线就很少了。因此，在大部分的 MCS-51单片机系统中都要进行I/O扩展。 • I/O扩展接口的种类很多，按其功能可分为简单I/O接口和 可编程I/O接口。简单I/O扩展是通过数据缓冲器、锁存器 来实现的，结构简单、价格便宜，但功能简单。可编程 I/O扩展通过可编程接口芯片来实现，电路复杂、价格相 当较高，但功能强、使用灵活。
• 7.1.2 EPROM扩展 • 紫外线擦除电可编程只读存储器EPROM是国内用得较多的程序存储 器。EPROM芯片上均有一个玻璃窗口，在紫外线照射下，存储器中 的各位信息均变1，即处于擦除状态。擦除干净的EPROM可以通过编 程器将应用程序固化到芯片中。 • 1.选择芯片 • 8031系列单片机，内部无ROM区，无论程序长短都必须扩展程序存 储器。在选择程序存储器芯片时，首先必须满足程序容量，其次在价 格合理情况下尽量选用容量大的芯片。芯片少，接线简单，芯片存储 容量大，程序调整余量大。如估计程序总长3KB左右，最好扩展一片 4KB的EPROM2732，而不选用2片2716（2KB）。这是因为在单片 机应用系统硬件设计中，应尽量减少芯片使用个数，使得电路结构简 单，提高可靠性。
• 7.2.2外部RAM与I/O同时扩展 • 外部RAM与外部I/O口采用相同的读写指令，二者统一编 址。因此，当同时扩展二者时，就必须考虑地址的合理分 配，通常采用译码法来实现。 • 例如：要求扩展8KRAM，地址范围是2000H—3FFFH， 并且具有唯一性；其余地址均作为外部I/O扩展地址。 • 1.芯片选择 • （1）静态RAM芯片6264 • 6264是8K×8位的静态RAM，它采用CMOS工艺制造，单 一+5V供电，额定功耗200mW，典型读取时间200ns，封 装形式为DIP28，管脚如图8-12所示。
• MCS-51单片机扩展片外数据存储器的地址 线也是由P0口和P2口提供的，因此最大寻 址范围为64K字节（0000H—FFFFH）。 • 一般情况下，SRAM用于仅需要小于64KB 数据存储器的小系统，DRAM经常用于需要 大于64KB的大系统。在本节将主要介绍 SRAM与单片机的接口设计。
• 7.2.1 SRAM扩展实例 • 1.芯片选择 • 单片机扩展数据存储器常用的静态RAM芯片有6116 （2K×8位）、6264（8K×8位）、62256（32K×8位） 等。
• 7.1 存储器扩展设计 • 在进行单片机应用系统设计时，首先考虑 的就是存储器的扩展，包括程序存储器和 数据存储器。单片机的程序存储器空间和 数据存储器空间是相互独立的。程序存储 器的寻址空间是64K字节（0000H～ FFFFH）。
• 7.1.1单片机程序存储器概述 • 单片机应用系统由硬件和软件组成，软件 的载体就是硬件中的程序存储器。对于 MCS-51系列8位单片机，片内程序存储器 的类型及容量如表7-1所示。 •
其中A0～A12：13条地址线；I/O0—I/O7：8条数据线，双 向； 片选线1，低电平有效；CE2：片选线2，高电平有效 读允许信号线，低电平有效；：写信号线，低电平有效
• （2）3-8译码器74LS138 • 题目要求扩展RAM的地址范围是唯一的2000H-3FFFH，其余地址用于外部I/O接口。由于外部 I/O占用外部RAM的地址范围，操作指令都是 MOVX指令，因此，I/O和RAM同时扩展时必须进 行存储器空间的合理分配。这里采用全译码方式， 6264的存储容量是8K×8位，占用了单片机的13 条地址线A0～A12，剩余的3条地址线A13～A15 通过74LS138来进行全译码。
• 4.扩展总线的产生 • MCS-51系列单片机由于受管脚的限制，数据线与地址线 是复用的，为了将它们分离开来，必须在单片机外部增加 地址锁存器，构成与一般CPU相类似的三总线结构。 • 5.连线说明 • （1）地址线 • 单片机扩展片外存储器时，地址线是由P0和P2口提供的。 图8-2中，2732的12条地址线（A0～A11）中，低8位 A0～A7通过锁存器74LS373与P0口连接，高4位A8～A11 直接与P2口的P2.0～P2.3连接，P2口本身有锁存功能。 注意，锁存器的锁存使能端G必须和单片机的ALE管脚相 连。
• 根据题目容量的要求我们选用SRAM6116， 采用单一+5V供电，输入输出电平均于TTL 兼容，具有低功耗操作方式，管脚如图7-3 所示。 • 6116有11条地址线A0～A10；8条双向数据 线I/O0～I/O7；为片选线，低电平有效；写 允许线，低电平有效；读允许线，低电平 有效。6116的操作方式如表7-2所示。
• 7.2 数据存储器扩展 • RAM是用来存放各种数据的，MCS-51系列8位单片机内 部有128字节RAM存储器，CPU对内部RAM具有丰富的操 作指令。但是，当单片机用于实时数据采集或处理大批量 数据时，仅靠片内提供的RAM是远远不够的。此时，我们 可以利用单片机的扩展功能，扩展外部数据存储器。 • 常用的外部数据存储器有静态RAM （StaticRandomAccessMemory——SRAM）和动态RAM （DynamicRandomAccessMemory——DRAM）两种。 前者相对读写速度高，一般都是8位宽度，易于扩展，且 大多数与相同容量的EPROM引脚兼容，有利于印刷板电 路设计，使用方便；缺点是集成度低，成本高，功耗大。 后者集成度高，成本低，功耗相对较低；缺点是需要增加 一个刷新电路，附加另外的成本。
目录
7.1 存储器扩展设计
7.1.1 单片机程序存储器概述 7.1.2 EPROM扩展
7.2 数据存储器扩展
7.2.1 SRAM扩展实例 7.2.2 外部RAM与I/O同时扩展
7.3 并行I/O口扩展
7.3.1 简单I/O接口扩展 7.3.2 基于可编程芯片8255A的扩展
• 2.硬件电路 • 单片机与6116的硬件连接如图7-4所示。
• 3.连线说明 • 地址线：A0～A10连接单片机地址总线P0.0～P0.7、P2.0、P2.1、 P2.2共11根； • 数据线：I/O0～I/O7连接单片机的数据线，即P0.0～P0.7； • 控制线：片选端连接单片机的P2.7，即单片机地址总线的最高位A15； 读允许线连接单片机的读数据存储器控制线； • 写允许线连接单片机的写数据存储器控制线。 • 单片机对RAM的读写可以使用下面两条命令： • MOVX @DPTR，A ；64K字节内写入数据 • MOVX A，@DPTR ；64K字节内读取数据 • 还可以使用以下对低256字节的读写指令： • MOVX @Ri，A ；低256字节内写入数据 • MOVX A，@Ri ；低256字节内读取数据
• 对于没有内部ROM的单片机或者程序较长、片内ROM容 量不够时，用户必须在单片机外部扩展程序存储器。 MCS-51单片机片外有16条地址线，即P0口和P2口，因此 最大寻址范围为64K字节（0000H—FFFFH）。 • 这里要注意的是，MCS-51单片机有一个管脚跟程序存储 器的扩展有关。如果接高电平，那么片内存储器地址范围 是0000H—0FFFH（4K字节），片外程序存储器地址范 围是1000H—FFFFH（60K字节）。如果接低电平，不使 用片内程序存储器，片外程序存储器地址范围为0000H— FFFFH（64K字节）。 • 8031单片机没有片内程序存储器，因此管脚总是接低电平。
2.硬件电路图 8031单片机扩展一片2732程序存储器电路如 图7-1所示。
• 3.芯片说明 • （1）74LS373 • 74LS373是带三态缓冲输出的8D锁存器，由于单片机的三总线结构中， 数据线与地址线的低8位共用P0口，因此必须用地址锁存器将地址信 号和数据信号区分开。74LS373的锁存控制端G直接与单片机的锁存 控制信号ALE相连，在ALE的下降沿锁存低8位地址。 • （2）EPROM2732 • EPROM2732的容量为4K×8位。4K表示有4×1024个存储单元，8位 表示每个单元存储数据的宽度是8位。前者确定了地址线的位数是12 位（A0～A11），后者确定了数据线的位数是8位（O0～O7），目前 除了串行存储器之外，一般情况下我们使用的都是8位数据存储器）。 2732单一+5V供电，最大静态工作电流为100mA，维持电流为35mA， 读出时间最大为250ns。2732的管脚如图7-2所示。
• 其中A0～A11：地址线 • O0～O7：数据线 • 为片选线，低电平有效，也就是说，只有当为低 电平时，2732才被选中，否则，2732不工作。 /VPP为双功能管脚，当2732用作程序存储器时， 其功能是允许读数据出来；当对EPROM编程 （也称为固化程序）时，该管脚用于高电压输入， 不同生产厂家的芯片编程电压也有不同。当我们 把它作为程序存储器使用时，不必关心其编程电 压。
• 2.硬件连线 • 用单片机扩展8KSRAM的硬件连线图如图7-6所示。
• 单片机的高三位地址线A13、A14、A15用 来进行3-8译码，译码输出的1Y接6264的片 选线；剩余的译码输出用于选通其它的I/O 扩展接口； • 6264的片选线CE2直接接高电平，+5V； • 6264的输出允许信号接单片机的，写允许 信号接单片机的。
由于MCS-51系列单片机将片外并行I/O接口地址与片外数据 存储器统一编址，片外I/O被看成是片外数据存储器的存 储单元，通过片外数据存储器的访问方式访问。因此，片 外的I/O的扩展方法和片外数据存储器的扩展方法完全相 同，即两者的读/写时序一致，三总线连接方法相同。同 时也要注意，如果扩展的外部I/O接口占用了其中的某些 地址空间，那么扩展的数据存储器就不能使用这些地址空 间。相应地扩展外部I/O接口时，必须给每个扩展的I/O接 口的功能寄存器分配一个专用的地址(或片选信号)，MCS51单片机访问扩展的I/O接口的操作同访问扩展的并行接 口存储器的操作完全相同。单片机执行读操作时，可以将 输入端口的状态读回到内部变量中；单片机执行写操作时， 可以根据用户指定的控制字写到输出端口。
• 7.3 并行I/O口扩展 • MCS-51单片机有4个并行I/O口，每个8位，但这些I/O口 并不能全部提供给用户使用，只有对于片外中断、定时/计数器时，才能对4个并行I/O口进行使用。 如果片外要扩展资源，则P0口、P2口要用来作为数据、 地址总线，P3口中的某些位也要被用来作为第二功能信号 线，这时留给用户的I/O线就很少了。因此，在大部分的 MCS-51单片机系统中都要进行I/O扩展。 • I/O扩展接口的种类很多，按其功能可分为简单I/O接口和 可编程I/O接口。简单I/O扩展是通过数据缓冲器、锁存器 来实现的，结构简单、价格便宜，但功能简单。可编程 I/O扩展通过可编程接口芯片来实现，电路复杂、价格相 当较高，但功能强、使用灵活。
• 7.1.2 EPROM扩展 • 紫外线擦除电可编程只读存储器EPROM是国内用得较多的程序存储 器。EPROM芯片上均有一个玻璃窗口，在紫外线照射下，存储器中 的各位信息均变1，即处于擦除状态。擦除干净的EPROM可以通过编 程器将应用程序固化到芯片中。 • 1.选择芯片 • 8031系列单片机，内部无ROM区，无论程序长短都必须扩展程序存 储器。在选择程序存储器芯片时，首先必须满足程序容量，其次在价 格合理情况下尽量选用容量大的芯片。芯片少，接线简单，芯片存储 容量大，程序调整余量大。如估计程序总长3KB左右，最好扩展一片 4KB的EPROM2732，而不选用2片2716（2KB）。这是因为在单片 机应用系统硬件设计中，应尽量减少芯片使用个数，使得电路结构简 单，提高可靠性。
• 7.2.2外部RAM与I/O同时扩展 • 外部RAM与外部I/O口采用相同的读写指令，二者统一编 址。因此，当同时扩展二者时，就必须考虑地址的合理分 配，通常采用译码法来实现。 • 例如：要求扩展8KRAM，地址范围是2000H—3FFFH， 并且具有唯一性；其余地址均作为外部I/O扩展地址。 • 1.芯片选择 • （1）静态RAM芯片6264 • 6264是8K×8位的静态RAM，它采用CMOS工艺制造，单 一+5V供电，额定功耗200mW，典型读取时间200ns，封 装形式为DIP28，管脚如图8-12所示。
• MCS-51单片机扩展片外数据存储器的地址 线也是由P0口和P2口提供的，因此最大寻 址范围为64K字节（0000H—FFFFH）。 • 一般情况下，SRAM用于仅需要小于64KB 数据存储器的小系统，DRAM经常用于需要 大于64KB的大系统。在本节将主要介绍 SRAM与单片机的接口设计。
• 7.2.1 SRAM扩展实例 • 1.芯片选择 • 单片机扩展数据存储器常用的静态RAM芯片有6116 （2K×8位）、6264（8K×8位）、62256（32K×8位） 等。
• 7.1 存储器扩展设计 • 在进行单片机应用系统设计时，首先考虑 的就是存储器的扩展，包括程序存储器和 数据存储器。单片机的程序存储器空间和 数据存储器空间是相互独立的。程序存储 器的寻址空间是64K字节（0000H～ FFFFH）。
• 7.1.1单片机程序存储器概述 • 单片机应用系统由硬件和软件组成，软件 的载体就是硬件中的程序存储器。对于 MCS-51系列8位单片机，片内程序存储器 的类型及容量如表7-1所示。 •
其中A0～A12：13条地址线；I/O0—I/O7：8条数据线，双 向； 片选线1，低电平有效；CE2：片选线2，高电平有效 读允许信号线，低电平有效；：写信号线，低电平有效
• （2）3-8译码器74LS138 • 题目要求扩展RAM的地址范围是唯一的2000H-3FFFH，其余地址用于外部I/O接口。由于外部 I/O占用外部RAM的地址范围，操作指令都是 MOVX指令，因此，I/O和RAM同时扩展时必须进 行存储器空间的合理分配。这里采用全译码方式， 6264的存储容量是8K×8位，占用了单片机的13 条地址线A0～A12，剩余的3条地址线A13～A15 通过74LS138来进行全译码。
• 4.扩展总线的产生 • MCS-51系列单片机由于受管脚的限制，数据线与地址线 是复用的，为了将它们分离开来，必须在单片机外部增加 地址锁存器，构成与一般CPU相类似的三总线结构。 • 5.连线说明 • （1）地址线 • 单片机扩展片外存储器时，地址线是由P0和P2口提供的。 图8-2中，2732的12条地址线（A0～A11）中，低8位 A0～A7通过锁存器74LS373与P0口连接，高4位A8～A11 直接与P2口的P2.0～P2.3连接，P2口本身有锁存功能。 注意，锁存器的锁存使能端G必须和单片机的ALE管脚相 连。
• 根据题目容量的要求我们选用SRAM6116， 采用单一+5V供电，输入输出电平均于TTL 兼容，具有低功耗操作方式，管脚如图7-3 所示。 • 6116有11条地址线A0～A10；8条双向数据 线I/O0～I/O7；为片选线，低电平有效；写 允许线，低电平有效；读允许线，低电平 有效。6116的操作方式如表7-2所示。
• 7.2 数据存储器扩展 • RAM是用来存放各种数据的，MCS-51系列8位单片机内 部有128字节RAM存储器，CPU对内部RAM具有丰富的操 作指令。但是，当单片机用于实时数据采集或处理大批量 数据时，仅靠片内提供的RAM是远远不够的。此时，我们 可以利用单片机的扩展功能，扩展外部数据存储器。 • 常用的外部数据存储器有静态RAM （StaticRandomAccessMemory——SRAM）和动态RAM （DynamicRandomAccessMemory——DRAM）两种。 前者相对读写速度高，一般都是8位宽度，易于扩展，且 大多数与相同容量的EPROM引脚兼容，有利于印刷板电 路设计，使用方便；缺点是集成度低，成本高，功耗大。 后者集成度高，成本低，功耗相对较低；缺点是需要增加 一个刷新电路，附加另外的成本。