單片機(jī)總線與存儲器的擴(kuò)展

關(guān)于單片機(jī)總線與存儲器的擴(kuò)展第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月MCS51系列單片機(jī)的特點(diǎn)就是體積小，功能全，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，硬件設(shè)計靈活。對于簡單的應(yīng)用，最小系統(tǒng)即能滿足要求。所謂最小系統(tǒng)是指在最少的外部電路條件下，形成一個可獨(dú)立工作的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。一片89C51，或者一片8031外接一片EPROM就構(gòu)成了一個單片機(jī)最小系統(tǒng)。在很多復(fù)雜的應(yīng)用情況下，單片機(jī)內(nèi)的RAM，ROM和I/O接口數(shù)量有限，不夠使用，這種情況下就需要進(jìn)行擴(kuò)展。因此單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展主要是指外接數(shù)據(jù)存貯器、程序存貯器或I/O接口等，以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的需要。

第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.1單片機(jī)系統(tǒng)總線和系統(tǒng)擴(kuò)展方法

單片機(jī)是通過地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線與外部交換信息的。MCS-51單片機(jī)的總線接口信號見圖第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

由圖可見：

1）由于Po分時傳送地址/數(shù)據(jù)信息，在接口電路中，通常配置地址鎖存器，有ALE信號鎖存低8位地址Ao~A7，以分離地址和數(shù)據(jù)信息。

2）P2口傳送高8位地址A8~A15。

3)PSEN為程序存儲器的控制信號，是在取指令碼時或執(zhí)行MOVC指令時變?yōu)橛行А?/p>

RD、WR為數(shù)據(jù)存儲器和I/O口的讀、寫控制信號。是執(zhí)行MOVX指令時變?yōu)橛行?。?頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)的擴(kuò)展的連線原則系統(tǒng)的擴(kuò)展歸結(jié)為三總線的連接，連接的方法很簡單，連線時應(yīng)遵守下列原則：1.連接的雙方數(shù)據(jù)線連數(shù)據(jù)線，地址線連地址線，控制線連控制線。要特別注意的是：程序存儲器接PSEN;數(shù)據(jù)存儲器接RD和WR2.控制線相同的地址線不能相同，地址線相同的控制線不能相同。3.片選信號有效的芯片才選中工作，當(dāng)一類芯片僅一片時片選端可接地，當(dāng)同類芯片多片時片選端可通過線譯碼、部分譯碼、全譯碼接地址線（通常是高位地址線），在單片機(jī)中多采用線選法。第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2程序存儲器的擴(kuò)展6.2.1EPROM的擴(kuò)展

程序存儲器擴(kuò)展電路的安排應(yīng)滿足單片機(jī)從外存取指令的時序要求。從時序圖中分析ALE、PSEN、Po和P2怎樣配合使程序存儲器完成取指操作，從而得出擴(kuò)展程序存儲器的方法。

單片機(jī)一直處于不斷的取指令碼－執(zhí)行－取指令碼－執(zhí)行的工作過程中，在取指令碼時和執(zhí)行MOVC指令時PSEN會變?yōu)橛行?，和其它信號配合完成從程序存儲器讀取數(shù)據(jù)。第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一個機(jī)器周期第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)以上取指時序的要求，8XX51單片機(jī)擴(kuò)展程序存儲器2732的電路圖見圖第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖中，74LS373為8D鎖存器，其主要特點(diǎn)在于：控制端為高電平時，輸出Qo~Q7復(fù)現(xiàn)輸入Do~D7的狀態(tài)；G為下跳沿時Do~D7的狀態(tài)被鎖存在Qo~Q7上。當(dāng)把ALE與G相連后，ALE的下跳沿正好把Po端口上此時出現(xiàn)的PC寄存器指示的低8位指令地址Ao~A7鎖存在74LS373的Qo~Q7上，PC的高4位地址A8~A11則直接由P2.0~P2.3提供。

第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月由于只擴(kuò)展了一片2732EPROM，因此2732的片選端接地。

PSEN與2732的輸出允許型號OE相連，PSEN的上升沿使OE有效，打開2732中由A0~A11指定的地址單元，該單元中的指令碼從2732的O0~O7輸出，被正好處于讀入狀態(tài)的Po端口輸入到單片機(jī)內(nèi),經(jīng)譯碼執(zhí)行。這就是從外存指定地址單元中取出1字節(jié)指令并加以執(zhí)行的整個過程。第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

單片機(jī)擴(kuò)展2761，2764，27128等EPROM的方法與圖9-3相同，差別僅在于不同的芯片的存儲容量的大小不同，因而使用高8位地址的P2端口線的根數(shù)不同。擴(kuò)展2716（2KB）需使用A8~A10三條高位地址線擴(kuò)展2764（8KB）需要A8~A12五條高位地址線。擴(kuò)展27128（16KB)時需要A8~A13六條高位地址線。這是因?yàn)?/p>

存儲器其容量=2NN為地址線的根數(shù)注意：2764和27128的PGM引腳應(yīng)接Vcc。第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.2EEPROM的擴(kuò)展

1.電可擦除只讀存儲器EEPROM的性能電可擦除只讀存儲器EEPROM即可像EPROM那樣長期非易失地保存信息，又可像RAM那樣隨時用電改寫，近年來出現(xiàn)了快擦下FLASHEEPROM，它門被廣泛用作單片機(jī)的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。目前，常用的EEPROM如表9-1，它們有如下共同特點(diǎn)：*單+5V供電，電可擦除可改寫。*使用次數(shù)為1萬次，信息保存時間為10年。*讀出時間為ns級，寫入時間為ms級。*芯片因角信號與相應(yīng)的RAM和EPROM芯片兼容，見表9-1。第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月型號引腳數(shù)容量/字節(jié)引腳兼容的存儲器28162817286428C25628F51228F01028F02028F04024282832323232322KB2KB8KB32KB64KB128KB256KB512KB2716，61162764，626427C25627C51227C01027C02027C040

EEPROM的使用非常簡單方便。不用紫外線擦除，在單一的+5V電壓下寫入的新數(shù)據(jù)即覆蓋了舊數(shù)據(jù)。下面以2864為例說明EEPROM和單片機(jī)的連接方法。第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

2864為8KBEEPROM維持電流為60mA，典型讀出時間為200~350ns，字節(jié)編程寫入時間為10~20μs，芯片內(nèi)有電壓提升電路，編程時不必增高壓，單一+5V供電。引腳和6264，2764兼容，引腳配置見右圖。

8XX51擴(kuò)展2864硬件電路如下圖所示。圖中2864即可作為數(shù)據(jù)存儲器，有又可作為程序存儲器。由于只擴(kuò)展了一片，片選端接地。第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展MCS-51單片機(jī)內(nèi)只有128字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM，當(dāng)應(yīng)用中需要更多的RAM時，只能在片外擴(kuò)展?？蓴U(kuò)展的最大容量為64KB

圖9-6是單片機(jī)對片外RAM進(jìn)行讀操作的時序。當(dāng)執(zhí)行指令MOVXA，@Ri

或MOVXA，@DPTR時進(jìn)入外部數(shù)據(jù)RAM是的讀周期。第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1.外部數(shù)據(jù)RAM的讀周期時序

第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

在ALE的上升沿，把外部程序存儲器的指令讀入后就開始了對片外RAM的讀過程。

ALE高電平期間，在P0處于高阻三態(tài)后，根據(jù)指令間址提供的地址，P2口輸出外部RAM的高8位地址A15~A8，P0端口輸出低8位地址A7~A0；在ALE下跳沿，P0輸出的低8位地址被鎖存在鎖存器中，隨后P0又進(jìn)入高阻三態(tài)，RD信號有效后，被選中的RAM的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，P0處于輸入狀態(tài)，CPU從P0讀入外部RAM的數(shù)據(jù)。第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月2.外部數(shù)據(jù)RAM的寫周期當(dāng)執(zhí)行MOVX@Ri，A或MOVX@DPTR，A指令時進(jìn)入外部數(shù)據(jù)存儲器的寫周期，其寫周期時序如下：第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

寫外部RAM的操作時序與讀外部RAM的時序差別在于：其一，WR有效代替RD有效，以表明這是寫數(shù)據(jù)RAM的操作；其二，在P0輸出低8位地址A0~A7后，P0立即處于輸出狀態(tài)，提供要寫入外部RAM的數(shù)據(jù)供外部RAM取走。

由以上時序分析可見，訪問外部數(shù)據(jù)RAM的操作與從外部程序存儲器取指令的過程基本相同，只是前者有讀有寫，而后者只有讀而無寫；前者用RD或WR選通，而后者用PSEN選通；前者一個機(jī)器周期中ALE兩次有效，后者則只有一次有效。因此，不難得出51單片機(jī)和外部RAM的連接方法。第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

8XX51單片機(jī)擴(kuò)展8KB靜態(tài)RAM6264的電路見下圖。第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

由圖9-8可見，ALE把P0端口輸出的低8位地址A0~A7鎖存在74LS373，P2口的P2.0~P2.4直接輸出高5位地址A8~A12，由于單片機(jī)的RD和WR分別與6264的輸出允許OE和寫信號WE相連，執(zhí)行讀操作指令時，RD使OE有效，6262RAM中指定地址單元的數(shù)據(jù)經(jīng)D0~D7由P0口讀入；執(zhí)行寫指令時，WR使WE有效，由P0口提供的要寫入RAM的數(shù)據(jù)經(jīng)Do~D7寫入6264的指定地址單元中。單片機(jī)8XX51讀寫外部數(shù)據(jù)RAM的操作使用MOVX指令，用Ri間址或用DPTR間址。第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

要把A累加器中內(nèi)容寫入外部數(shù)據(jù)RAM1050H地址單元，其程序可為：

MOVP2，#10HMOVR1，#50HMOVX@R1，A

或

MOVDPTR，#1050HMOVX@DPTR，A例如，將外部數(shù)據(jù)RAM1050H地址單元中的內(nèi)容讀入A累加器，可有如下兩種程序。第一種MOVP2，#10H；端口提供高8位地址

MOVR1，#50H；Ri提供低8位地址

MOVXA，@R1第二種MOVDPTR，#1050HMOVXA，@DPTR；DPTR提供16位地址第23頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

MCS-51系列單片機(jī)中的數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器在邏輯上是嚴(yán)格分開的，在實(shí)際設(shè)計和開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)時，程序