【大學(xué)課件】單片機的系統(tǒng)擴展

1、第第 九九 章章 單單 片片 機機 的的 系系 統(tǒng)統(tǒng) 擴擴 展展 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 Single Chip Microcomputer 9-1 單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機最小應(yīng)用系統(tǒng) 9- 9-3 程序存儲器的擴展程序存儲器的擴展 概述概述 9-4 數(shù)據(jù)存儲器的擴展數(shù)據(jù)存儲器的擴展 概述 51系列單片機在一個芯片上集成了許多硬件資源，系列單片機在一個芯片上集成了許多硬件資源， 它們能夠完成復(fù)雜的軟件工作和較為簡單的硬件操它們能夠完成復(fù)雜的軟件工作和較為簡單的硬件操 作。作。 v在做一些智能儀器、儀表，小型檢測和控制時，往在做一些智能儀器、儀表，小型檢測和控制時，往 往利用單片機的最小系統(tǒng)就能滿足

2、要求。但在大多往利用單片機的最小系統(tǒng)就能滿足要求。但在大多 數(shù)情況下，在構(gòu)造一個工業(yè)控制系統(tǒng)時，最小系統(tǒng)數(shù)情況下，在構(gòu)造一個工業(yè)控制系統(tǒng)時，最小系統(tǒng) 一般不能滿足系統(tǒng)的需求，這時，就必須在單片機一般不能滿足系統(tǒng)的需求，這時，就必須在單片機 外部擴展相應(yīng)的芯片，以滿足系統(tǒng)的要求，這就是外部擴展相應(yīng)的芯片，以滿足系統(tǒng)的要求，這就是 系統(tǒng)擴展。系統(tǒng)擴展。 v 單片機的系統(tǒng)擴展包括單片機的系統(tǒng)擴展包括ROM擴展、擴展、RAM擴展、擴展、I/O 擴展、定時擴展、定時/計數(shù)器擴展、中斷擴展及其它特殊功能計數(shù)器擴展、中斷擴展及其它特殊功能 的擴展。的擴展。 問題的提出 在單片機應(yīng)用在單片機應(yīng)用 系統(tǒng)的設(shè)計中

3、系統(tǒng)的設(shè)計中, , 往往出現(xiàn)往往出現(xiàn)RAM, RAM, ROMROM或者或者I/OI/O口口 不夠的情況，不夠的情況， 怎么辦？怎么辦？ ROMROM的擴展的擴展 RAMRAM的擴展的擴展 并行并行I/OI/O口的擴展口的擴展 9-1 MCS-519-1 MCS-51單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機最小應(yīng)用系統(tǒng) 原那么上，一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)除原那么上，一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)除 必須具有單片機外，只要有振蕩電路、必須具有單片機外，只要有振蕩電路、 復(fù)位電路和復(fù)位電路和ROM就能工作了，當(dāng)然，就能工作了，當(dāng)然， 它們都不能沒有電源提供。這就是單片它們都不能沒有電源提供。這就是單片 機的最小應(yīng)用系統(tǒng)。機的最小應(yīng)

4、用系統(tǒng)。 一、一、8051/8751/89C51/89C2051 最小應(yīng)最小應(yīng) 用系統(tǒng)用系統(tǒng) 特點特點 v1、有大量、有大量I/O線，在不線，在不 需外部需外部ROM的系統(tǒng)中，的系統(tǒng)中， EA端應(yīng)接端應(yīng)接VCC。 v2、內(nèi)部、內(nèi)部RAM和和ROM大大 小有限，但在數(shù)據(jù)量小小有限，但在數(shù)據(jù)量小 的小系統(tǒng)中根本夠用。的小系統(tǒng)中根本夠用。 v3、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有 特殊性。程序量較小，特殊性。程序量較小， 外部電路簡單。我們推外部電路簡單。我們推 薦使用薦使用89C51或或 89C2051。 晶振晶振 復(fù)位復(fù)位 電路電路 個并口個并口 ？ 二、二、80318031最小應(yīng)用系統(tǒng)最小應(yīng)用

5、系統(tǒng) 由于由于8031內(nèi)部內(nèi)部 無無ROM，因此，因此， 由由8031組成的組成的 最小應(yīng)用系統(tǒng)最小應(yīng)用系統(tǒng) 必須在片外擴必須在片外擴 展展ROM 與與8051構(gòu)成的構(gòu)成的 最小系統(tǒng)相比，最小系統(tǒng)相比， 除均需要振蕩除均需要振蕩 電路和復(fù)位電電路和復(fù)位電 路外，其路外，其EA端端 必須接地。必須接地。 寬度為寬度為16位，其高位，其高8位地址總位地址總 線由線由P2口提供，低口提供，低8位地址總位地址總 線由線由P0口經(jīng)地址鎖存器鎖存后口經(jīng)地址鎖存器鎖存后 提供。提供。用作地址總線后的用作地址總線后的P2口口 不能再用作不能再用作I/O口使用口使用 數(shù)據(jù)線由數(shù)據(jù)線由P0口提供，其寬度口提供，其

6、寬度 為為8位，它為三態(tài)雙向口，是位，它為三態(tài)雙向口，是 使用最為頻繁的通道。單片使用最為頻繁的通道。單片 機與外部交換的數(shù)據(jù)、指令機與外部交換的數(shù)據(jù)、指令 等大都經(jīng)等大都經(jīng)P0口傳送口傳送 1 1、地址范圍、地址范圍 0000H0FFFFH0000H0FFFFH，共，共64KBytes64KBytes。 2 2、空間重疊、空間重疊 外部外部RAMRAM和外部和外部ROMROM地址空間重疊，但因其地址空間重疊，但因其 選通信號、訪問指令不同，因而不會造成訪選通信號、訪問指令不同，因而不會造成訪 問混亂。問混亂。 3 3、擴展、擴展I/OI/O與外部與外部RAMRAM統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址 單片機不再

7、另外提供信號作擴展單片機不再另外提供信號作擴展I/OI/O用，而是用，而是 同外部同外部RAMRAM統(tǒng)一編址，因而會占用局部統(tǒng)一編址，因而會占用局部RAMRAM地地 址空間。址空間。 9-3 程序存儲器的擴展程序存儲器的擴展 在在51系列單片機中，系列單片機中，ROM的尋址范的尋址范 圍為圍為64KBytes，在片內(nèi)無，在片內(nèi)無ROM或或 ROM空間不夠的情況下，我們需要空間不夠的情況下，我們需要 在片外擴展在片外擴展ROM，以滿足系統(tǒng)的需，以滿足系統(tǒng)的需 求。求。 9-3 程序存儲器的擴展程序存儲器的擴展 我們還是本著三總線的擴展方法來講解其擴展方法：我們還是本著三總線的擴展方法來講解其擴展

8、方法： 低低8位地址那位地址那 么由么由P0口經(jīng)口經(jīng) 地址鎖存器地址鎖存器 后提供后提供 片選那么由片選那么由 P2口剩余口剩余 局部經(jīng)譯碼局部經(jīng)譯碼 后提供。后提供。 高高8位地位地 址由址由P2口口 直接提供。直接提供。 1、地址總線、地址總線 2 2、數(shù)據(jù)總線、數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 直接由直接由P0 口提供口提供 3、控制總線、控制總線 二、外部二、外部EPROM擴展電路擴展電路 1、使用單片的使用單片的EPROM擴展電路擴展電路 EPROM擴展實例 -在8031單片機上擴展4KB EPROM . . . D7 Q7 373 D0 Q0 G 控制線控制線 A11 A8 A7 A0

9、2732 O7 O0 OE CE P2.3 P2.0 P0.7 8031 P0.0 ALE PSEN 12根地址線根地址線 8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線 2、使用多片的、使用多片的EPROM擴展電路擴展電路 15 14 13 12 11 109876543210 地址地址 110* C000H DFFFH 101* A000H BFFFH 011* 6000H 7FFFH P2.5 15 14 13 12 11 109876543210 地址地址 000* 0000H 1FFFH 001* 2000H 3FFFH 010* 4000H 5FFFH 注注 意意 v利用線選法時，電路簡單，但地址線利用線選法

10、時，電路簡單，但地址線 利用率較低，造成地址空間浪費。利用率較低，造成地址空間浪費。 v利用地址譯碼法時，地址空間完全利利用地址譯碼法時，地址空間完全利 用，但電路比較復(fù)雜。用，但電路比較復(fù)雜。 在集成電路技術(shù)比較興旺的今天，這種在集成電路技術(shù)比較興旺的今天，這種 方法已不多用，可用方法已不多用，可用1至至2片即可到達最片即可到達最 大擴展容量。如：大擴展容量。如： 程序存儲器的擴展 擴展總線 數(shù)據(jù)總線，P0口 地址總線，高8位P2口、低8位P0口 74LS373 v ROM芯片及其擴展方法 常用ROM芯片特性 芯片型號27C6427C12827C25627C512 容量8 KB16 KB32

11、 KB64 KB 引腳數(shù)28282828 讀出時間/ns1201209090 最大工作電流/mA20202025 最大維持電流/mA0.10.10.10.03 注：應(yīng)注意優(yōu)先選用注：應(yīng)注意優(yōu)先選用CMOSCMOS器件，其讀出時間短，耗電少。器件，其讀出時間短，耗電少。 常用常用ROMROM芯片引腳芯片引腳 擴展電路擴展電路 9-4 數(shù)據(jù)存儲器的擴展數(shù)據(jù)存儲器的擴展 v51單片機的片內(nèi)單片機的片內(nèi)RAM為為128Bytes或或 256Bytes，一般情況下都能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的，一般情況下都能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的 需求，但當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時，就需要在片外擴需求，但當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時，就需要在片外擴 展展RAM，其

12、最大容量可達，其最大容量可達64KBytes。由于。由于 片外擴展片外擴展I/O與外部與外部RAM采用統(tǒng)一編址，因而采用統(tǒng)一編址，因而 外部外部RAM的實際容量有時不能到達的實際容量有時不能到達 64KBytes。 一、一、數(shù)據(jù)存儲器擴展的方法數(shù)據(jù)存儲器擴展的方法 數(shù)據(jù)存儲器的擴展方法與程序 存儲器的擴展方法根本相同。 我們還是本著三總線的擴展方 法來講解RAM的擴展方法： 數(shù)據(jù)存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器擴展 1.1.低低8 8位地址那么由位地址那么由P0P0口經(jīng)口經(jīng) 地址鎖存器后提供，其余地址鎖存器后提供，其余 局部地址由局部地址由P2P2口直接提供?？谥苯犹峁?。 片選那么由片選那么由P2P2 口

13、剩余局部經(jīng)口剩余局部經(jīng) 譯碼后提供譯碼后提供 2.數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 直接由直接由P0 口提供?？谔峁?3.控制總線的連接控制總線的連接 3.控制總線的連接控制總線的連接 ALE(地址鎖存允許地址鎖存允許) LE (地址鎖存允許地址鎖存允許) /RD (片外讀取信號片外讀取信號) /OE(輸出允許信號輸出允許信號) /WR (片外寫信號片外寫信號) /WE(寫選通允許信號寫選通允許信號) 二、外部二、外部RAM訪問方法訪問方法 1、低、低8位地址總線尋址的外部位地址總線尋址的外部RAM區(qū)區(qū) MOVXA,Ri MOVXRi,A 2、16位地址總線尋址的外部位地址總線尋址的外部RAM區(qū)區(qū) MOVX

14、A,DPTR MOVXDPTR,A 三、常用數(shù)據(jù)存儲器的擴展電路三、常用數(shù)據(jù)存儲器的擴展電路 1、常用靜態(tài)、常用靜態(tài)RAM的引腳圖的引腳圖 2、擴展單片、擴展單片6116數(shù)據(jù)存儲器舉例數(shù)據(jù)存儲器舉例 2、擴展單片、擴展單片6264數(shù)據(jù)存儲器舉例數(shù)據(jù)存儲器舉例 數(shù)據(jù)存儲器擴展方法 常用RAM芯片特性 芯片型號62646212862256 容量8 KB16KB32 KB 典型工作電流/mA4088 典型維持電流/mA20.50.5 最大存取時間/ns200200200 常用常用RAMRAM芯片引腳芯片引腳 擴展電路擴展電路 v5151系列單片機有系列單片機有3232個個I/OI/O口，且大多數(shù)情況

15、下口，且大多數(shù)情況下 不能完全提供給用戶，因此在需要大量不能完全提供給用戶，因此在需要大量I/OI/O口口 時，我們必須對其進行擴展。時，我們必須對其進行擴展。 v從功能上看，單片機的從功能上看，單片機的I/OI/O口有兩種類型：根口有兩種類型：根 本本I/OI/O和可編程和可編程I/OI/O。根本。根本I/OI/O結(jié)構(gòu)簡單但功能單結(jié)構(gòu)簡單但功能單 一，僅適用于簡單的數(shù)據(jù)輸入和輸出；可編一，僅適用于簡單的數(shù)據(jù)輸入和輸出；可編 程程I/OI/O功能豐富但本錢較高，使用較靈活。功能豐富但本錢較高，使用較靈活。 vI/O口的擴展原那么為口的擴展原那么為“輸入三態(tài)、輸出鎖存，因輸入三態(tài)、輸出鎖存，因 此利用此利用TTL或或MOS電路可進行簡單電路可進行簡單I/O口的擴展。口的擴展。 v如：用如：用8位三態(tài)緩沖器位三態(tài)緩沖器74LS244可擴展輸入口；可擴展輸入口； v 用用8D鎖存器鎖存器74LS273、74LS373、 74LS377 v 等可組成輸出口。等可組成輸出口。 v利用片選信號對外部利用片選信號對外部I/O進行編址，對其訪問就象訪進行編址，對其訪問就象訪 問外部問外部RAM一樣。使用一樣。使用MOVX指令。指令。 v/RD及及/WR信號參加片選。信號參加片選。 其其I/O口地址為口地址為