第六章單片機并行存儲器擴展

第六章單片機并行存儲器擴展第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日第一節(jié)單片機系統(tǒng)擴展的基本概念一、MCS－51單片機系統(tǒng)擴展及結構單片機內部資源有限，在實際應用中，許多情況下，靠片內資源不足以完成應用要求，為此，需要對單片機進行擴展，其中主要是存儲器擴展和I/O口擴展。單片機數(shù)據(jù)存儲器RAM程序存儲器ROMI/O接口I/O接口地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日1、系統(tǒng)總線及總線構成系統(tǒng)總線總線：連接計算機各部件的一組公共信號線。（1）地址總線（AB）：單向，只能有單片機向外發(fā)出，用于選擇存儲單元或I/O口。地址總線的數(shù)目決定了可以訪問存儲單元的數(shù)目，n條地址線可訪問2n個存儲 單元。 P2口：高8位地址，當用作地址輸出后，不能再做為通用I/O口。 P0口：低8位地址/8位數(shù)據(jù)傳送復用，需要增加8位鎖存器。 所以，MCS－51單片機有16條地址線，尋址范圍64K。（2）數(shù)據(jù)總線（DB）：雙向，單片機與存儲器或I/O口傳送數(shù)據(jù)。單片機數(shù)據(jù)總線的位數(shù)與其處理數(shù)據(jù)的字長一樣。 MCS－51單片機數(shù)據(jù)總線由P0口提供，寬度8位，該口為三態(tài)雙向口，數(shù)據(jù)總線一般要連到多個外圍芯片上，具體那個芯片的數(shù)據(jù)通道有效，由地址來控制各個芯片的片選線來選擇。第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日（3）控制總線（CB）：對于一條控制線來說，是單向的，用于傳送控制信號。不同方向的控制信號組合在一起，構成一組控制線，為雙向的?？偩€構造:（1）P0口作為低8位口線/地址線（2）P2口作為高8位地址線（3）控制信號（自動生成，EA除外）P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0PSENEAALERESET803180518751P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0ALEA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0G+5VVCCVSS鎖存器

數(shù)據(jù)總線(DB)

地址總線(AB)

控制總線(CB)

用戶I/O74LS373ALE:地址鎖存允許，P0口輸出低8位地址總線，在ALE下降沿輸出地址字節(jié)裝入外部鎖存器。PSEN:擴展外部程序存儲器ROM時的讀選通信號，MOVC指令使其有效。RD、WR:作為擴展數(shù)據(jù)存儲器，或I/O端口的讀、寫選通信號。MOVX指令使其有效。EA：片內、外程序存儲器ROM選擇信號。EA＝0，從片外0000H開始且，只訪問片外（無論有無片內ROM）；EA＝1，從片內0000H開始，并可順延至片外。第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日8051/8751最小應用系統(tǒng)二、MCS－51單片機最小應用系統(tǒng)

P0

P1

P2

P3+5V+5VEA80518751XTAL1XTAL28888第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日三、MCS－51單片機常用系統(tǒng)擴展芯片在MCS－51單片機應用系統(tǒng)中，常用系統(tǒng)擴展芯片主要有程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、I/O口以及其他功能如：定時/計數(shù)器、中斷控制器和通信控制器等。程序存儲器（P121-只讀存儲器概述）：（1）EPROM:

2716(2Kx8)、2732(4Kx8)、2764(8Kx8)、27128(16Kx8)、 27256(32Kx8)、27512(64Kx8)（2）EEPROM:高壓（+12V)電寫入E2PROM:2816、2817（2Kx8) +5V電寫入E2PROM:2816A、2817A（2Kx8)、2864

(8Kx8) 串行E2PROM:NCR59308數(shù)據(jù)存儲器：（1）靜態(tài)RAM:無須刷新，功耗大，成本高，常用是6116(2Kx8)，6264(8Kx8)（2）動態(tài)RAM:須要刷新，功耗小，成本低，常用是2164A(64Kx1)（3）集成RAM：把動態(tài)RAM的刷新定時與控制集成于芯片之中，兼有靜態(tài) RAM和動態(tài)RAM的優(yōu)點。常用是2186。I/O口擴展集成芯片：（1）專用I/O口擴展芯片:8255（3x8并行口）、8243（4x4并行口）、280PIO （2x8并行口）（2）I/O口擴展復合芯片:除了I/O口擴展功能外，還有其他外圍電路功能 8155/8255（2x8+6并行I/O口，256x8靜態(tài)RAM，一個14位定時/計數(shù)器） 8755（28并行口，2Kx8EPROM）第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日TTL電路芯片：廣泛用于MCS－51單片機I/O口擴展芯片，主要有：（1）通過P0口擴展的：主要有各類型的鎖存器及三態(tài)緩沖器：

74LS373,273,367,374,377,244等（2）通過串口擴展的：主要是移位寄存器：74LS164、165等其他各種芯片：8253：可編程通用定時器8259：可編程中斷控制器8279：可編程鍵盤/顯示控制器第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日FFFFH1000H外部ROM0FFFH0000H內部ROMEA=1外部ROMEA=080C51工作寄存器0～3組位尋址區(qū)RAMSFR00H20H30H7FHFFH外部RAM64K0000HFFFFHFFH80H80H80C52內部RAM80C51四、MCS－51單片機存儲器結構64KMOVCMOVCMOVMOV間接尋址@RiMOV直接尋址MOVX第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日外部程序存儲器一般連接方法進行擴展時,需要注意:(1)程序存儲器單獨編址(0000H--FFFFH),64K尋址范圍,與數(shù)據(jù)存儲器地址重疊(外部ROM和外部RAM共用地址線和數(shù)據(jù)線).但不會沖突,因為片外ROM的讀操作由/PSEN控制，而片外RAM的讀寫操作由/RD和/WR控制，不會發(fā)生總線沖突。(2)對片內、外ROM，采用相同的指令。片內外ROM的選擇（起始端）由EA決定。(3)程序存儲器使用單獨的控制信號（PSEN）和指令(MOVC)，不用RD和MOVX。(4)地址線選擇多采用線選法，而不采用譯碼法。第二節(jié)程序存儲器擴展技術EA8031P2.7P2.0～P0.7P0.0～地址鎖存器PSENOEA15A8～CEA7A0～D7D0～外部程序存儲器0K～64KALE第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日在單片機系統(tǒng)擴展時，首先要解決尋址問題，即如何找到要訪問的擴展芯片，也就是芯片的選擇。常用的芯片選擇方法有兩種，線選法和譯碼法。線選法：直接以位地址信號作為芯片的片選信號。使用時，只需把地址線與擴展芯片的片選信號引腳直接相連即可。特點：適用于規(guī)模較小的單片機擴展系統(tǒng)。譯碼法：使用譯碼器對高位地址進行譯碼，以其譯碼輸出作為擴展芯片的片選信號。特點：有效利用存儲空間，適用于大容量，多芯片的系統(tǒng)擴展。第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日程序存儲器的一般連接方式CE：片選線OE：輸出允許Ax：地址線，A0為低位Dx：數(shù)據(jù)線，D0為低位VCC：+5VGND：接地PSENP2.0P2.1P2.2P2.7A8A9A10QOA0A1A2A3A4A5A6A7Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7D0D1D2D3D4D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALED0D1D2D3D4D5D6D7CEGOE80312716CEEA74HC373

擴展2K（211）字節(jié)程序存儲器的連線圖2716自身地址范圍：0000H~07FFH（211）,2K單片機有效地址范圍(16個映象區(qū)）：8000H~87FFH(P2.6~P2.3：0000）、8800H~8FFFH(P2.6~P2.3：0001）、9000H~97FFH(P2.6~P2.3：0010）、9800H~9FFFH(P2.6~P2.3：0011）、…….第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日PSENP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A8A9A10A11A12QOA0A1A2A3A4A5A6A7Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7D0D1D2D3D4D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALED0D1D2D3D4D5D6D7CEGOE80312764CEEA74HC373

擴展8K（213）字節(jié)程序存儲器的連線圖第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日擴展兩片8KBEPROMA7~A0D7~D0A12~A8OECE2764P0ALEP2.4~P2.0PSENP2.7A7~A0D7~D0A12~A8OECE276474LS373G非EA+5V80C51第十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日1.所有的EPROM擴展電路中，單片機的/PSEN信號均與EPROM的輸出允許端/OE連接，ALE信號加到鎖存器的鎖存控制端G或STB，以鎖存低八位地址。擴展一片EPROM時，其片選端/CE接地。如用8031時（只使用片外存儲器），/EA必須直接接地。若是其他單片機/EA視情況接＋5V或接地。總結2.鎖存器的G信號說明：（G與ALE相連）當G=1時，Q隨D的變化而變化，這時Q為地址（有效的低8位）當G=0時，Q不隨D變化，這時Q為數(shù)據(jù)第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日1．數(shù)據(jù)存儲器的一般連接方式6116自身地址范圍：0000H~07FFH

擴展2KB數(shù)據(jù)存儲器的線路圖片外RAM和片外ROM的擴展在數(shù)據(jù)線和地址線的連接上是完全相同的，所不同的只是控制信號，片外ROM使用/PSEN作為讀選通，而片外RAM使用/RD和/WR作為讀寫選通。P3.7(RD)P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A8A9A10QOA7A6A5A4A3A2A1A0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7D0D1D2D3D4D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEDO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7OEGOE80516116CEEAP3.6(WR)WE74HC3735V

第三節(jié)數(shù)據(jù)存儲器擴展技術第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日P2 P07654321076543210I#01110000000000000111011111111111II#01101000000000000110111111111111III#01011000000000000101111111111111IV#00111000000000000011111111111111D7Q7Q0D074HC373P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP0WRRD80C51A0A0A0A0A7A7A7A7A8A8A8A8A9A9A9A9A10A10A10A10OEOEOEOECECEA11A11A11A12A12A126116WED7-D0IGEA5VIIIIIIVA0A0A0A0A7A7A7A7A8A8A8A8A9A9A9A9A10A10A10A10OEOEOEOECECECEA11A11A11A11A12A12A12A126116WED7-D0A0A0A0A0A7A7A7A7A8A8A8A8A9A9A9A9A10A10A10A10OEOEOEOECECECEA11A11A11A11A12A12A12A126116WED7-D0A0A0A0A0A7A7A7A7A8A8A8A8A9A9A9A9A10A10A10A10OEOEOEOECECECEA11A11A11A11A12A12A12A126116WED7-D07000H---77FFH

I#:地址范圍：II#：地址范圍：III#

:地址范圍：6800H---6FFFHIV#

:地址范圍：5800H---5FFFH3800H---3FFFH線選法第十六頁，共二十四頁，2022年，8月28日74LS139管腳圖一片139種含兩個2-4譯碼器74LS139的功能表當使用譯碼法時，用以下譯碼器，74LS139，74LS138第十七頁，共二十四頁，2022年，8月28日74LS138的功能表第十八頁，共二十四頁，2022年，8月28日GBAY2Y1Y074HC139Y3P2 P07654321076543210I#00000000000000000000011111111111II#00001000000000000000111111111111III#00010000000000000001011111111111IV#00011000000000000001111111111111D7Q7Q0D074HC373P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP0WRRD80C51A0A7A8A9A10OECEA11A126116WED7-D0IGEA5VIIIIIIVA0A7A8A9A10OECEA11A126116WED7-D0A0A7A8A9A10OECEA11A126116WED7-D0A0A7A8A9A10OECEA11A126116WED7-D00000H---07FFH

I#:地址范圍：II#：地址范圍：III#

:地址范圍：IV#

:地址范圍：1000H---17FFH1800H---1FFFH0800H---0FFFH譯碼法第十九頁，共二十四頁，2022年，8月28日一訪問內部外部ROM和RAM的指令區(qū)別：1.訪問內部ROM:MOVC2.訪問外部ROM:MOVC3.訪問內部RAM:MOV4.訪問外部RAM:MOVX二程序存儲器單獨編址(0000H--FFFFH),64K尋址范圍,與數(shù)據(jù)存儲器地址重疊(外部ROM和外部RAM共用地址線和數(shù)據(jù)線).但不會沖突,因為片外ROM的讀操作由/PSEN控制，而片外RAM的讀寫操作由/RD和/WR控制，不會發(fā)生總線沖突。當運行MOVX指令時，自動打開/RD,/WR總結：線選法和譯碼法的區(qū)別：從例題可見，使用線選法時，多個芯片擴展后，存儲地址不連續(xù)。而使用譯碼法時，多個芯片擴展時，存儲地址可連續(xù)。因此當擴展規(guī)模小，芯片少的系統(tǒng)一般用線選法，使用簡單，連線簡單擴展規(guī)模大，芯片多，用譯碼法，存儲地址連續(xù)可提高系統(tǒng)的尋址能力，但增加了硬件的開銷。第二十頁，共二十四頁，2022年，8月28日綜合擴展實例D7Q7Q0D074HC373A12A11A10A9A8CEA7A0D7D0OEP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP0PSENWRRD80C51IC02764IC02764D0OECEA12A11A10A9A8A7A0D7IC02764D0OECEA12A11A10A9A8A7A0D7D0OECEA12A11A10A9A8A7A0D7A8A9A10A11A12A8A9A10A11A12A8A9A10A11A12A12A11A10A9A8IC12764D0D0D0D0D7D7D7D7OEOEOEOEA0A0A0A0A7A7A7A7A0A0A0A0A7A7A7A7A8A8A8A8A9A9A9A9A10A10A10A10CECECECEA11A11A11A11A12A12A12A12A10A10A10A10A0A0A0A0A7A7A7A7A8A8A8A8A9A9A9A9A12A12A12A12A11A11A11A11CECECECECECECEIC26264IC36264D7-D0D7-D0GBAY2Y1Y074HC139OEOEOEOEOEOEOEOEWEWEEAIC02764（8K,213）:0000H-1FFFHIC26264（8K,213）:0000H-1FFFHIC12764:2000H-3FFFHIC36264:4000H-5FFFH第二十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日例題解析：由于擴展的芯片多，因此此例題采用譯碼法進行擴展。四片擴展芯片為2764和6264，都是8K×8的芯片，即213地址線需要13條，使用單片機P0口做地址線的低8位，P2口的P2.0,P2.1,P2.2,P2.3,P2.4做地址線的高5位，P2.5,P2.6做2－4譯碼器的兩個輸入端，P2.7口做使能端，得到如下地址范圍：IC02764:IC02764的地址范圍可從0000H—1FFFHP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0000000000000