单片机扩展系统
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7章 单片机的系统扩展
第七章 单片机的系统扩展
74LS138是”3-8”译码器，具有3个选择输入端， 可组成8种输入状态。8个输出端，分别对应8种输 入状态中的1种，0电平有效。
第七章 单片机的系统扩展
第七章 单片机的系统扩展
7.2 数据存储器的扩展
MCS-51单片机内部有128B的RAM存储空间。
内部RAM通常作为工作寄存器、堆栈、软件标志 和数据缓冲区。
第七章 单片机的系统扩展
2864有四种工作方式，如表7-2所示。
第七章 单片机的系统扩展
7.1.3 程序存储器的扩展方法
1. 总线的连接与时序
第七章 单片机的系统扩展
图7-5为MCS-51单片机程序存储器的操作时序。
第七章 单片机的系统扩展
2.单片程序存储器的扩展
第七章 单片机的系统扩展
3.多片程序存储器的扩展
第七章 单片机的系统扩展
8255A的控制字
（1）工作方式控制字
第七章 单片机的系统扩展
（2）置位／复位控制字
第七章 单片机的系统扩展
例如，若将07H写入控制字 功能：PC3置位
若将08H写入控制字
功能：PC4复位
【例】 要求A口工作在方式0输入，B口为方式1输出， C口高4位PC7~PC4为输入，C口低4位PC3~PC0为 输出。设8255控制器地址为FFFDH MOV DPTR, ＃0FFFDH
第七章 单片机的系统扩展
第七章 单片机的系统扩展
2. 8255A芯片的控制字及其工作方式
方式0——基本输入/输出方式。 方式1——选通输入/输出方式。 方式2 ——双向传送方式。
端口A可工作于方式0、1、2，端口 B只可工作于 方式0、1，端口C只可工作于方式0。
单片机系统的扩展技术
INC R0
INC DPTR
; 修改数据指针
DJNZ R7, AG
END
4.2.3 MCS-51对外部存储器的扩展
下 图 所 示 的 8031 扩 展 系 统 中 ， 外 扩 了 16KB 程 序 存 储 器 （ 使 用 两 片 2764芯片）和8KB数据存储器（使用一片6264芯片）。采用全地址译码方 式，用于控制2―4译码器的工作，参加译码，且无悬空地址线，无地址重 叠现象。1# 2764, 2# 2764, 3# 6264的地址范围分别为：0000H～1FFFH, 2000H～3FFFH, 4000～5FFFH。
4.2 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通常使用半导体存储器， 根据用途可以分为程序存储器（一般用ROM）和数据存储器（一般用 RAM）两种类型。
MCS-51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题：
（1）选择合适类型的存储器芯片
引脚符号的含义和功能如下：
D7～D0：三态数据总线； A0～Ai：地址输入线，i=12～15。2764的地址线为13位，i=12； 27512的地址线为16位，i=15； CE ：片选信号输入线； OE ：输出允许输入线；
CE
VPP：编程电源输入线； PGM ：编程脉冲输入线； VCC：电源； GND：接地； NC：空引脚。
8051扩展2764的电路连接方法：
数据线：P0口接EPROM的D0~D7 ；
地址线： 2764容量为8KB，213=8KB，需要A0～A12共13根地址线。P0口
经地址锁存器后接EPROM的A0~A7 ； 为了与片内存储器的空间地址衔 接，～接EPROM的A8~A11 ， 经非门后与A12连接。
单片机系统扩展技术
单片机系统扩展技术1. 引言单片机是一种集成了处理器、存储器和各种输入输出接口的微型计算机系统。
单片机系统的应用范围广泛，涵盖了从工业自动化到家电控制等多个领域。
然而，随着应用需求的不断增加，单片机系统的功能往往面临着限制。
为了满足更高的要求，需要使用扩展技术来增强单片机系统的功能。
本文将介绍一些常见的单片机系统扩展技术。
2. 外部存储器扩展技术在某些应用场景中，单片机的内部存储器容量可能不足以存储所有的数据和程序。
这时可以通过外部存储器扩展技术来扩大系统的存储容量。
常见的外部存储器包括SD卡、EEPROM和闪存等。
2.1 SD卡扩展SD卡是一种常用的便携式存储介质，具有容量大、速度快和易于移植的特点。
通过使用SD卡模块，可以将SD卡连接到单片机系统中，并使用相应的驱动程序实现对SD卡的读写操作。
这样可以使单片机系统具备更大的存储容量，以便存储更多的数据和程序。
2.2 EEPROM扩展EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）是一种可擦写的非易失性存储器。
通过使用外部连接的EEPROM芯片，可以在单片机系统中实现额外的存储容量。
EEPROM的读写速度相对较慢，但具有较高的可擦写次数和较低的功耗，适合存储一些需要长期保存的数据。
2.3 闪存扩展闪存是一种常见的存储介质，具有容量大、读写速度快和抗震动的特点。
通过使用外部连接的闪存芯片，可以在单片机系统中实现更大的存储容量。
闪存的读写速度相对较快，适合存储需要频繁读写的数据和程序。
3. 通信接口扩展技术在一些应用中，单片机系统需要与外部设备进行通信，例如传感器、执行器和其他单片机等。
为了实现与这些外部设备的通信，可以通过扩展通信接口来满足需求。
3.1 UART扩展UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种常见的串行通信接口。
《单片机应用》课件05扩展单片机的系统总线
《单片机应用》课件05扩展单片机的系统总线在单片机的应用中，有时候我们需要扩展其系统总线，以满足更多的功能需求和连接更多的外部设备。
这就好比我们的房子，原本的空间不够大，需要通过扩建来增加使用面积。
首先，我们来了解一下为什么要扩展单片机的系统总线。
单片机内部的资源是有限的，比如 I/O 端口数量、存储容量等。
当我们要实现较为复杂的系统功能时，这些有限的资源可能就无法满足要求。
例如，我们可能需要连接多个传感器、执行器，或者需要更大的存储空间来存储数据。
此时，扩展系统总线就成为了必要的手段。
那么，什么是系统总线呢？简单来说，系统总线就像是单片机内部各个部件之间以及单片机与外部设备之间的“高速公路”，负责传输数据、地址和控制信号。
常见的系统总线包括数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线用于在单片机与外部设备之间传输数据，其宽度决定了一次能够传输的数据量。
地址总线则用于指定数据的存储位置或外部设备的地址，控制总线则用于控制数据传输的过程，比如读写操作等。
接下来，我们看看如何扩展系统总线。
一种常见的方法是使用并行扩展方式。
在这种方式下，我们可以通过增加外部的锁存器、译码器等芯片来扩展地址总线和数据总线的宽度。
比如说，我们可以使用 74LS373 作为数据锁存器来扩展数据总线。
当单片机输出数据时，先将数据锁存到 74LS373 中，然后再通过74LS373 输出到外部设备。
这样就实现了数据总线的扩展。
对于地址总线的扩展，我们可以使用译码器，如 74LS138。
通过对单片机输出的地址信号进行译码，产生多个片选信号，从而可以连接多个外部存储芯片或其他设备。
在扩展系统总线时，还需要注意一些问题。
首先是时序的匹配。
单片机与外部扩展设备之间的数据传输需要严格按照一定的时序进行，否则可能会导致数据错误或传输失败。
其次是总线的负载能力。
扩展后的总线连接了更多的设备，可能会导致总线的负载增加，从而影响信号的传输质量。
因此，需要合理选择总线驱动芯片，以增强总线的驱动能力。
n第6章80C51单片机的系统扩展
第六章80C51单片机的系统扩展
系统扩展是指单片机内部各功能部件不 能满足应用系统要求时，在片外连接相应的外 围芯片以满足应用系统要求。80C5l系列单片 机有很强的外部扩展能力，外围扩展电路芯片 大多是一些常规芯片，扩展电路及扩展方法较 典型、规范。用户很容易通过标准扩展电路来 构成较大规模的应用系统。 80C51系列单片机的系统扩展有程序存 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
第六章80C51单片机的系统扩展
6.1.2外部串行扩展性能 1 80C51系列单片机的串行总线结构 80C51系列单片机的串行总线包括： SPI（Serial Peripheral Interface）三线总线 和I2C公用双总线两种。 • (1) SPI三线总线结构 SPI三线总线结构是一个同步外围接口，允 许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信。 一个完整的SPI系统有如下的特性：
第六章80C51单片机的系统扩展
(2) I2C公用二总线结构
在器件（IC为集成电路芯片）之间， 使用两根信号线（SDA和SCL）串行的 方法进行信息传送的并允许若干兼容器 件共享的二线总线，称为I2C总线。I2C 总线系统的示意图见图6-4。SDA线称 为串行数据线，其上传输双向的数据； SCL线称为串行时钟线，其上传输时钟 信号，用来同步串行数据线上的数据。
第六章80C51单片机的系统扩展
通常情况下，采用80C51/87C51的 最小应用系统最能发挥单片机体积小、 成本低的优点。但在许多情况下，构成 一个工业测控系统时，考虑到传感器接 口、伺服控制接口以及人机对话接口等 的需要，最小应用系统常常不能满足要 求，因此，系统扩展是单片机应用系统 硬件设计中最常遇到的问题。
第9章 80C51单片机系统扩展技术
15
9.2.2 地址锁存器芯片
1. 锁存器74LS373
74LS373的结构及引脚
04:17
16
2. 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。
04:17
17
引脚的排列为绘制印刷 电路板时的布线提供了方便。
04:17
18
04:17
10
地址总线(AB): 由P2口提供高8位地址线, 此口具有输出锁存 的功能, 能保留地址信息。 由P0口提供低8位地址线。
数据总线(DB): 由P0口提供。 此口是双向、 输入三态控制的 8位通道口。
控制总线(CB): 扩展系统时常用的控制信号为:
ALE——地址锁存信号, 用以实现对低8位地址的锁存。
04:17
13
9.2.1 数据存储器芯片
典型型号有:6116、6264、62128、62256。+5V电源供电， 双列直插，6116为24引脚封装，6264、62128、62256为28 引脚封装。
6116：2KB 6264：8KB 62128：16KB 62256：32KB
04:17
14
04:17
3. 锁存器74LS573
输入的D端和输出的Q端也是依次排在芯片的两侧，与锁存 器8282一样，为绘制印刷电路板时的布线提供了方便。
04:17
19
9.2.3 数据存储器的扩展电路
需要考虑与80C51相连的存储芯片引脚：
80C51 CPU
存储芯片
(1)地址总线P0.0-P0.7 74LS373 (2)地址总线P2.0-P2.n-9 (3)数据总线的P0.0-P0.7
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
返回本章首页
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10章 单片机系统扩展
译码法又分为全译码和部分译码
20
译码法
21
译码法
22
存储器扩展
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通常使用半导体存储 器，根据用途可以分为程序存储器（一般用 ROM）和数据存储器（一般用RAM）两种类型。
23
存储器扩展
单片机系统存储器的扩展主要包括：程序存储器 和数据存储器的扩展。 程序存储器扩展比较方便，一般都是扩展一片并 行接口的EPROM、EEPROM或Flash，如常用的 EPROM芯片有27C64（8KB）、27C256（32KB） 和27C512（64KB）； 数据存储器的扩展按芯片采用的接口技术不同， 可分为并行接口的芯片和串行接口的芯片扩展。.
第10章 单片机系统扩展
由于51单片机片内的ROM和RAM容量、并行I/O 端口、串行口、定时器及中断源等资源有限，且相当 多的芯片内部没有集成A/D和D/A等功能芯片。在实际 应用中经常要考虑人机接口、参数检测、系统监控、 报警等需要，会出现内部资源不够用的情况。因此系 统扩展是单片机应用系统设计时经常遇到的问题。 系统扩展问题，内容主要有外部存储器的扩展和 I/O接口部件的扩展。
24
4.2.1 程序存储器ROM扩展
25
读写存储器RAM扩展
静态RAM典型型号有:6116、6264、62128、62256。
26
8.5.2 读写片外RAM操作时序
27
RAM和EPROM的综合扩展
扩展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROM。 RAM选6264，EPROM选2764。 各芯片地址空间分配 控制信号及片选信号
1. 以 P0 口作地址／数据总线 此处的地址总线是指系统的低8位地址线。
第10章--单片机系统扩展
方式2： 双向总线方式。只有PA口可工作 于此方式，这时PA口既可作输入又可作输 出，PC口的PC3~PC7作输入/输出的同步 控制信号。此时，PB口可以工作于方式0， 但不能工作于方式1。
4、8255A控制字
8255A的控制字分为两种类型控制字：方式 控制字和C口置位/复位控制字。用户通过程 序可以把方式控制字写入8255的控制寄存器， 以设定8255A的工作方式和C口各个位状态。
B组 D1 B口 0：输出 1：输入
D0 C 口低 4 位
0：输出 1：输入
表10.2.3 方式选择控制字格式
（2）C口置位/复位控制字
该控制字可以使C口的各位单独置位或复位， 以实现某些控制功能。
C口控制字格式
0
XX X
D3
D2
D1
D0
特征位
000：PC0 001：PC1 010：PC2 011：PC3 0：复位
AT89C51
P2.7 P2.2 P2.1 P2.0 ALE
8 P0
PSEN
G
8
74LS373 8
2716 CE A10 A9 A8
A0~A7
D0~D7 OE
图10.4.1 单片程序存储器扩展举例
2）译码法：通过对系统的高 8 位地址线译 码产生系统扩展芯片的片选信号的译码方 法，称为译码法。译码法又可以分为部分 译码和全译码。
多片存储器扩展连接图，如图10.4.2所示。
P2.7
5
P2.4~P2.0
AT89C51
ALE
8 P0
PSEN
G 74LS373
A12~A8 CE 2764
D0~D7 A0~A7 OE
8