【大學(xué)】單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展ppt課件

1、第第九九章章 單單片片機(jī)機(jī)的的系系統(tǒng)統(tǒng)擴(kuò)擴(kuò)展展 本章內(nèi)容本章內(nèi)容Single Chip Microcomputer9-1 單片機(jī)最小運(yùn)用系統(tǒng)單片機(jī)最小運(yùn)用系統(tǒng)9-單片機(jī)的外部擴(kuò)展性能單片機(jī)的外部擴(kuò)展性能9-3 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展概述概述9-4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展docin/sundae_meng概述51系列單片機(jī)在一個(gè)芯片上集成了許多硬件系列單片機(jī)在一個(gè)芯片上集成了許多硬件資源，它們可以完成復(fù)雜的軟件任務(wù)和較為資源，它們可以完成復(fù)雜的軟件任務(wù)和較為簡(jiǎn)單的硬件操作。簡(jiǎn)單的硬件操作。在做一些智能儀器、儀表，小型檢測(cè)和控制時(shí)，在做一些智能儀器、儀表，小型檢測(cè)和控制時(shí)，往往

2、利用單片機(jī)的最小系統(tǒng)就能滿足要求。往往利用單片機(jī)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(gè)工業(yè)控制系但在大多數(shù)情況下，在構(gòu)造一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)時(shí)，最小系統(tǒng)普通不能滿足系統(tǒng)的需求，統(tǒng)時(shí)，最小系統(tǒng)普通不能滿足系統(tǒng)的需求，這時(shí)，就必需在單片機(jī)外部擴(kuò)展相應(yīng)的芯片，這時(shí)，就必需在單片機(jī)外部擴(kuò)展相應(yīng)的芯片，以滿足系統(tǒng)的要求，這就是系統(tǒng)擴(kuò)展。以滿足系統(tǒng)的要求，這就是系統(tǒng)擴(kuò)展。 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展包括單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展包括ROM擴(kuò)展、擴(kuò)展、RAM擴(kuò)展、擴(kuò)展、I/O擴(kuò)展、定時(shí)擴(kuò)展、定時(shí)/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展、中斷擴(kuò)展及其它計(jì)數(shù)器擴(kuò)展、中斷擴(kuò)展及其它特殊功能的擴(kuò)展。特殊功能的擴(kuò)展。問(wèn)題的提出在單片機(jī)運(yùn)用在單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)

3、的設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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，怎樣辦？怎樣辦？ROMROM的擴(kuò)展的擴(kuò)展 RAMRAM的擴(kuò)展的擴(kuò)展并行并行I/OI/O口的擴(kuò)展口的擴(kuò)展9-1 MCS-519-1 MCS-51單片機(jī)最小運(yùn)用系統(tǒng)單片機(jī)最小運(yùn)用系統(tǒng)原那么上，一個(gè)單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)除原那么上，一個(gè)單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)除必需具有單片機(jī)外，只需有振蕩電路、必需具有單片機(jī)外，只需有振蕩電路、復(fù)位電路和復(fù)位電路和ROM就能任務(wù)了，當(dāng)然，就能任務(wù)了，當(dāng)然，它們都不能沒(méi)有電源提供。這就是單片它們都不能沒(méi)有電源提供。這就是單片機(jī)的最小運(yùn)用系統(tǒng)。機(jī)的最小運(yùn)用系統(tǒng)。一、一

4、、8051/8751/89C51/89C2051 最小運(yùn)最小運(yùn)用系統(tǒng)用系統(tǒng)特點(diǎn)特點(diǎn)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、運(yùn)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有、運(yùn)用系統(tǒng)開(kāi)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(jiǎn)單。我們引外部電路簡(jiǎn)單。我們引薦運(yùn)用薦運(yùn)用89C51或或89C2051。晶振晶振復(fù)位復(fù)位電路電路個(gè)并口個(gè)并口？二、二、80318031最小運(yùn)用系統(tǒng)最小運(yùn)用系統(tǒng)由于由于8031內(nèi)部?jī)?nèi)部無(wú)無(wú)ROM，因此，因此，由

5、由8031組成的組成的最小運(yùn)用系統(tǒng)最小運(yùn)用系統(tǒng)必需在片外擴(kuò)必需在片外擴(kuò)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，除均需求振蕩除均需求振蕩電路和復(fù)位電電路和復(fù)位電路外，其路外，其EA端端必需接地。必需接地。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。用作地址總線后的提供。用作地址總線后的P2口口不能再用作不能再用作I/O口運(yùn)用口運(yùn)用數(shù)據(jù)線由數(shù)據(jù)線由P0口提供，其寬度口提供，其寬度為為8位，它為三態(tài)雙向口，是位，它為三態(tài)雙向口，是運(yùn)用最為頻繁的通道。單片運(yùn)用最為頻繁

6、的通道。單片機(jī)與外部交換的數(shù)據(jù)、指令機(jī)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，但因其選通訊號(hào)、訪問(wèn)指令不同，因此不會(huì)呵斥訪選通訊號(hào)、訪問(wèn)指令不同，因此不會(huì)呵斥訪問(wèn)混亂。問(wèn)混亂。3 3、擴(kuò)展、擴(kuò)展I/OI/O與外部與外部RAMRAM一致編址一致編址單片機(jī)不再另外提供信號(hào)作擴(kuò)展單片機(jī)不再另外提供信號(hào)作擴(kuò)展I/OI/O用，而是用，而是同外部同外部RAMRAM一致編址，因此

7、會(huì)占用部分一致編址，因此會(huì)占用部分RAMRAM地地址空間。址空間。9-3 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展在51系列單片機(jī)中，ROM的尋址范圍為64KBytes，在片內(nèi)無(wú)ROM或ROM空間不夠的情況下，我們需求在片外擴(kuò)展ROM，以滿足系統(tǒng)的需求。9-3 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展我們還是本著三總線的擴(kuò)展方法來(lái)講解其擴(kuò)展方法：我們還是本著三總線的擴(kuò)展方法來(lái)講解其擴(kuò)展方法：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口剩余口剩余部分經(jīng)譯碼部分經(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

8、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(kuò)展電路擴(kuò)展電路1、運(yùn)用單片的、運(yùn)用單片的EPROM擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路EPROM擴(kuò)展實(shí)例-在8031單片機(jī)上擴(kuò)展4KB EPROM.D7 Q7 373D0 Q0 G控制線控制線A11A8A7A0 2732O7O0OE CEP2.3P2.0P0.7 8031 P0.0ALEPSEN12根地址線根地址線8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線2、運(yùn)用多片的、運(yùn)用多片的EPROM擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路15 14 13 12 11 109876543210地址地址110*C000HDFFFH101*A000HBFFF

9、H011*6000H7FFFHP2.515 14 13 12 11 109876543210地址地址000*0000H1FFFH001*2000H3FFFH010*4000H5FFFH注注 意意v利用線選法時(shí)，電路簡(jiǎn)單，但地址線利用線選法時(shí)，電路簡(jiǎn)單，但地址線利用率較低，呵斥地址空間浪費(fèi)。利用率較低，呵斥地址空間浪費(fèi)。v利用地址譯碼法時(shí)，地址空間完全利利用地址譯碼法時(shí)，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)比較興隆的今天，這種在集成電路技術(shù)比較興隆的今天，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(dá)最片即可到達(dá)最大擴(kuò)展容量。如：大擴(kuò)展容量。如：程序存

10、儲(chǔ)器的擴(kuò)展v 擴(kuò)展總線v數(shù)據(jù)總線，P0口v地址總線，高8位P2口、低8位P0口 74LS373v ROM芯片及其擴(kuò)展方法v常用ROM芯片特性芯片型號(hào)27C6427C12827C25627C512容量8 KB16 KB32 KB64 KB引腳數(shù)28282828讀出時(shí)間/ns1201209090最大工作電流/mA20202025最大維持電流/mA0.10.10.10.03注：應(yīng)留意優(yōu)先選用注：應(yīng)留意優(yōu)先選用CMOSCMOS器件，其讀出時(shí)間短，耗電少。器件，其讀出時(shí)間短，耗電少。 常用常用ROMROM芯片引腳芯片引腳 擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路 9-4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展v51單片機(jī)的片內(nèi)單片機(jī)

11、的片內(nèi)RAM為為128Bytes或或256Bytes，普通情況下都能滿足運(yùn)用系統(tǒng)的，普通情況下都能滿足運(yùn)用系統(tǒng)的需求，但當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，就需求在片外擴(kuò)需求，但當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，就需求在片外擴(kuò)展展RAM，其最大容量可達(dá)，其最大容量可達(dá)64KBytes。由于。由于片外擴(kuò)展片外擴(kuò)展I/O與外部與外部RAM采用一致編址，因此采用一致編址，因此外部外部RAM的實(shí)踐容量有時(shí)不能到達(dá)的實(shí)踐容量有時(shí)不能到達(dá)64KBytes。一、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的方法一、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的方法數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法與程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法根本一樣。我們還是本著三總線的擴(kuò)展方法來(lái)講解RAM的擴(kuò)展方法：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展1.1.低

12、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，其他地址鎖存器后提供，其他部分地址由部分地址由P2P2口直接提供?？谥苯犹峁?。片選那么由片選那么由P2P2口剩余部分經(jīng)口剩余部分經(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。口提供。3.控制總線的銜接控制總線的銜接3.控制總線的銜接控制總線的銜接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(hào)片外讀取信號(hào)) /OE(輸出允許信號(hào)輸出允許信號(hào))/WR (片外寫信號(hào)片外寫信號(hào)) /WE(寫選通允許信號(hào)寫選通允許信號(hào))二、外部二、外部RAM訪問(wèn)方法訪問(wèn)方法1、低、低8位

13、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,RiMOVXRi,A2、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)MOVXA,DPTRMOVXDPTR,A三、常用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路三、常用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)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(kuò)展單片、擴(kuò)展單片6116數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器舉例數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器舉例2、擴(kuò)展單片、擴(kuò)展單片6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器舉例數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器舉例v數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法v常用RAM芯片特性芯片型號(hào)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(shí)間/ns200200200 常用

14、常用RAMRAM芯片引腳芯片引腳 擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路 v5151系列單片機(jī)有系列單片機(jī)有3232個(gè)個(gè)I/OI/O口，且大多數(shù)情況下口，且大多數(shù)情況下不能完全提供應(yīng)用戶，因此在需求大量不能完全提供應(yīng)用戶，因此在需求大量I/OI/O口口時(shí)，我們必需對(duì)其進(jìn)展擴(kuò)展。時(shí)，我們必需對(duì)其進(jìn)展擴(kuò)展。v從功能上看，單片機(jī)的從功能上看，單片機(jī)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構(gòu)造簡(jiǎn)單但功能單構(gòu)造簡(jiǎn)單但功能單一，僅適用于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)輸入和輸出；可編一，僅適用于簡(jiǎn)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，運(yùn)用較靈敏。功能豐富

15、但本錢較高，運(yùn)用較靈敏。vI/O口的擴(kuò)展原那么為口的擴(kuò)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(jìn)展簡(jiǎn)單電路可進(jìn)展簡(jiǎn)單I/O口的擴(kuò)展?？诘臄U(kuò)展。v如：用如：用8位三態(tài)緩沖器位三態(tài)緩沖器74LS244可擴(kuò)展輸入口；可擴(kuò)展輸入口；v 用用8D鎖存器鎖存器74LS273、74LS373、74LS377v 等可組成輸出口。等可組成輸出口。v利用片選信號(hào)對(duì)外部利用片選信號(hào)對(duì)外部I/O進(jìn)展編址，對(duì)其訪問(wèn)就象訪進(jìn)展編址，對(duì)其訪問(wèn)就象訪問(wèn)外部問(wèn)外部RAM一樣。運(yùn)用一樣。運(yùn)用MOVX指令。指令。v/RD及及/WR信號(hào)參與片選。信號(hào)參與片選。其其I/O口地址為口地址為0FEFFH，即保證，即保證P2.