第11章 MCS-51單片機系統(tǒng)擴展-第2部分 - 1

1、【作業(yè)1：畫出擴展一片27256（32K）的電路連接圖】【作業(yè)2：寫出上圖中的IC1IC4的地址范圍】【作業(yè)3：畫出擴展2片27256的電路連接圖，并寫出2個芯片的地址范圍】【作業(yè)4：自己選中一個例題進行改編，用74LS139譯碼器的輸出進行片選】【注：74LS28為2輸入或非門】【已通過74LS273】【XBYTE0xfdff=num; /P21=0,/WR=0,àCLK為0，然后/WR=1,CLK1，產(chǎn)生正跳變，這樣和真值表的內(nèi)容一致】【MOVX指令的寫端口時序【#include <reg51.h>#include <absacc.h>#define x2

2、73_add XBYTE0xfdffvoid delay(unsigned int count) unsigned char i; while(count-) for(i=0;i<120;i+);void main() unsigned int num=1; while(1) x273_add=num; /XBYTE0xfdff= num; delay(500); num=num*2; /num=num<<1; if(num=256) num=1; 【例題】【MOVX指令的讀端口時序】【已通過74LS244】#include <reg51.h>#include &

3、lt;absacc.h>void main() unsigned char num; while(1) num=XBYTE0xfeff; /P20=0,/RD=0,-> /OE=0 P1=num; /從P1口輸出開關(guān)狀態(tài) 11.5 存儲器擴展11.5.1 存儲器擴展概述一、80C51單片機的存儲器擴展80C51單片機地址總線寬度為16位（P0口為低8位，P2口為高8位），片外可擴展的存儲器最大容量為64KB，地址為0000HFFFFH。因為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是通過不同的控制信號和指令進行訪問【程序存儲器用單片機的引腳，數(shù)據(jù)存儲器用和引腳】，允許兩者的地址空間重疊（或相同）。所以

4、片外可擴展的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分別都為64KB?！绢愃朴诖械腟BUF，地址都為99H，一個只能輸出，一個只能輸入；例如用74LS244和74LS273的例題，對輸入和輸出，也是用的相同地址】二、存儲器擴展的一般方法不論何種存儲器芯片，其引腳都是用三總線結(jié)構(gòu)（AB、DB、CB）和單片機連接都是三總線對接。存儲器編址分兩個層次：（1）存儲芯片的選擇（用高位地址線進行片選線選或譯碼輸出）；（2）芯片內(nèi)部存儲單元的選擇（用低位地址線）。如下圖，如果存儲器芯片容量為2KB，則需要地址線為11根，芯片的引腳可以與地址總線的低11位A0A10相連，用于選擇芯片內(nèi)的具體字節(jié)單元。如果用地址總線的A14、

5、A13、A12、A11四根地址線參加譯碼來選擇芯片【例如用74LS154，416】，如果選定這四根地址總線的狀態(tài)為0010時選中該芯片。由于地址總線A15不參加譯碼，所以當?shù)刂房偩€A15為0、1兩種狀態(tài)都可以選中該存儲器芯片。當A15=0時，芯片占用的地址是：00010000000000000001011111111111，即1000H17FFH?！?001 0000 0000 00000001 0111 1111 1111】當A15=1時，芯片占用的地址是：10010000000000001001011111111111，即9000H97FFH?！?001 0000 0000 0000100

6、1 0111 1111 1111】11.5.2 程序存儲器的擴展單片機系統(tǒng)在關(guān)掉電源后，程序存儲器仍能保存其中的內(nèi)容（程序、常數(shù)、表格數(shù)據(jù)），單片機運行時，程序存儲器中的信息只能讀出，要用特殊方式寫入(固化信息)，斷電后可保持信息不丟失。向程序存儲器中“寫入”信息稱為程序存儲器編程。根據(jù)編程方式不同，分為以下幾種。（1）ROM。（Read Only Memory）在制造過程中編程，是以掩模工藝實現(xiàn)的，因此稱為掩模ROM。由生產(chǎn)芯片的廠家固化信息。在最后一道工序用掩膜工藝寫入信息，用戶只能讀。這種芯片存儲結(jié)構(gòu)簡單，集成度高，但由于掩模工藝成本較高，因此只適合于大批量生產(chǎn)?！居嬎銠C中的BIOS芯片

7、采用】（2）可編程ROM（PROM）。芯片出廠時沒有任何程序信息，用戶可進行一次編程。存儲單元電路由熔絲相連，當加入寫脈沖，某些存儲單元熔絲熔斷，信息永久寫入，不能再次改寫。（3）EPROM。使用專用的編程器將調(diào)試完畢的程序?qū)懭?。如果要改寫其中的程序，必須用紫外線照射芯片外殼的中間位置的圓形窗口【大約需要幾分鐘時間】，清除掉其中的程序后（二進制代碼），可再次寫入。程序?qū)懭牒?，要在圓形窗口上貼上擋光貼片，以防紫外線照射?！踞t(yī)院的紫外線燈，太陽下照射】（4）E2PROM（EEPROM）。既可全片擦除也可字節(jié)擦除，可在線擦除信息，又能失電保存信息，具備RAM、ROM的優(yōu)點，但寫入時間較長。對E2PR

8、OM的讀寫操作與RAM存儲器幾乎沒有什么差別，只是寫入的速度慢一些，但斷電后仍能保存信息，對數(shù)據(jù)的保存期為10年。（5）Flash ROM。 又稱閃速存儲器（簡稱閃存），是在EPROM、E2PROM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種電擦除型只讀存儲器。特點是可快速在線修改其存儲單元中的數(shù)據(jù)，改寫次數(shù)可達1萬次，其讀寫速度很快，存取時間可達70ns，而成本比E2PROM低得多，大有取代E2PROM的趨勢?！救绻臻g沒有利用完，可以用不同的單元進行改寫，這樣可延長芯片的壽命】目前許多公司生產(chǎn)的8051內(nèi)核的單片機，在芯片內(nèi)部大多集成了數(shù)量不等的Flash ROM。例如，美國ATMEL公司產(chǎn)品AT89C5x/A

9、T89S5x，片內(nèi)有不同容量的Flash ROM。在片內(nèi)的Flash ROM滿足要求下，擴展外部程序存儲器可省去。11.5.3 常用的EPROM芯片使用較多的是并行EPROM，EPROM的典型芯片是27系列產(chǎn)品，例如，2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB）、27512（64KB）。型號 “27”后面的數(shù)字表示其位存儲容量。如果換算成字節(jié)容量，只需將該數(shù)字除以8即可。例如，“27128”中的“27”后的數(shù)字 “128”，128/8 =16KB隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，大容量存儲器芯片產(chǎn)量劇增，售價不斷下降，性價比明顯增高，且由于小容量芯片停止生產(chǎn)，使市場

10、某些小容量芯片價格反而比大容量芯片還貴。所以，應(yīng)盡量采用大容量芯片。1常用EPROM芯片引腳27系列EPROM芯片的引腳如圖11-12所示。芯片引腳功能為：A0A15：地址線引腳。用于進行單元選擇。芯片的存儲容量決定需要利用A0A15中的多少根引腳。D7D0：8根數(shù)據(jù)線。：片選控制端?！镜碗娖接行?，由線選或譯碼器輸出選擇】：輸出允許控制端。【低電平有效，和單片機的相連】：編程時，編程脈沖的輸入端。圖11-12 常用EPROM芯片引腳VPP：編程時，編程電壓（+12.5V或+21V）輸入端。VCC：+5V，芯片的工作電壓。GND：數(shù)字地。NC：無用端?！静挥茫梢圆贿B接】表11-4為27系列EP

11、ROM芯片的技術(shù)參數(shù)，其中VCC是芯片供電電壓，VPP是編程電壓，Im為最大靜態(tài)電流，Is為維持電流，TRM為最大讀出時間。表11-4 常用EPROM芯片參數(shù)表2EPROM芯片的工作方式5種工作方式，由、信號的組合確定。如表11-5。表11-5 EPROM的5種工作方式方式D7D0讀出低低5V程序、數(shù)據(jù)讀出未選中高×5V高阻編程正脈沖高21V（或12.5）程序?qū)懭氤绦蛐ｒ灥偷?1V（或12.5）程序讀出編程禁止低高21V（或12.5）高阻（1）讀出方式:工作在該方式的條件是：使片選控制線為低電平，同時讓輸出允許控制線為低電平，VPP為+5V，就可把指定地址單元的內(nèi)容從D7D0上讀出。

12、（2）未選中方式:當片選控制線為高電平時，芯片未選中方式，數(shù)據(jù)輸出為高阻抗懸浮狀態(tài)，不占用數(shù)據(jù)總線【相當于斷開】。EPROM處于低功耗的維持狀態(tài)。（3）編程方式。在VPP端加上規(guī)定好的高壓，和端加上合適的電平（不同芯片要求不同），能將數(shù)據(jù)寫入到指定地址單元。編程地址和編程數(shù)據(jù)分別由系統(tǒng)的A15A0和D7D0提供。（4）編程校驗方式。VPP端保持相應(yīng)的編程電壓（高壓），再按讀出方式操作，讀出固化好的內(nèi)容，校驗寫入內(nèi)容是否正確。（5）編程禁止方式。11.5.4 程序存儲器的操作時序1訪問程序存儲器的控制信號80C51單片機訪問片外擴展的程序存儲器時，所用的控制信號有以下3種。（1）ALE：用于低8

13、位地址鎖存控制，一般都接74LS373的G端。（2）：片外程序存儲器“讀選通”控制信號。它接外擴EPROM的 引腳。（3）：片內(nèi)、片外程序存儲器訪問的控制信號。當=1時，在單片機發(fā)出的地址小于片內(nèi)程序存儲器最大地址時，訪問片內(nèi)程序存儲器；當=0時，只訪問片外程序存儲器。如果指令是從片外EPROM中讀取的，除了ALE用于低8位地址鎖存信號之外，控制信號還有接外擴EPROM的腳。此外，P0口分時用作低8位地址總線和數(shù)據(jù)總線，P2口用作高8位地址線。2操作時序80C51對片外程序存儲器的操作時序分兩種，即執(zhí)行非MOVX指令的時序和執(zhí)行MOVX指令的時序，如圖11-12所示。（1）應(yīng)用系統(tǒng)中無片外RA

14、M在系統(tǒng)無片外RAM（或I/O）時，不用執(zhí)行MOVX指令。在執(zhí)行非MOVX指令時，時序如圖11-12（a）所示。P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用的雙向總線，用于輸入指令或輸出程序存儲器的低8位地址PCL。P2口專門用于輸出程序存儲器的高8位地址PCH。P0口分時復用，故首先要將P0口輸出的低8位地址PCL鎖存在鎖存器中，然后P0口再作為數(shù)據(jù)口。在每個機器周期中，允許地址鎖存兩次有效，ALE在下降沿時，將P0口的低8位地址PCL鎖存在鎖存器中。圖11-12 執(zhí)行非MOVX指令的時序同時，也是每個機器周期中兩次有效，用于選通片外程序存儲器，將指令讀入片內(nèi)。系統(tǒng)無片外RAM（或I/O）時，此ALE信號以振蕩

15、器頻率的1/6出現(xiàn)在引腳上，它可用作外部時鐘或定時脈沖信號。（2）應(yīng)用系統(tǒng)中接有片外RAM在執(zhí)行訪問片外RAM（或I/O）的MOVX指令時，16位地址應(yīng)轉(zhuǎn)而指向數(shù)據(jù)存儲器，時序如圖11-12（b）。在指令輸入以前，P2口輸出的地址PCH、PCL指向程序存儲器；在指令輸入并判定是MOVX指令后， ALE在該機器周期S5狀態(tài)鎖存的是P0口發(fā)出的片外RAM（或I/O）低8位地址。若執(zhí)行的是“MOVXA，DPTR”或 “MOVXDPTR，A”指令，則此地址就是DPL（數(shù)據(jù)指針低8位）；同時，在P2口上出現(xiàn)的是DPH（數(shù)據(jù)指針的高8位）。若執(zhí)行的是“MOVX A，Ri”或“MOVX Ri，A”指令，則R

16、i的內(nèi)容為低8位地址，而P2口線上將是P2口鎖存器的內(nèi)容。在同一機器周期中將不再出現(xiàn) 有效取指信號，下一個機器周期中ALE的有效鎖存信號也不再出現(xiàn)；當 /有效時，P0口將讀/寫數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)。判定是MOVX指令后，ALE在該機器周期S5狀態(tài)鎖存的是P0口發(fā)出的片外RAM（或I/O）低8位地址。若執(zhí)行的是“MOVXA，DPTR”或是“MOVXDPTR，A”指令，則此地址就是DPL（數(shù)據(jù)指針低8位）；同時，在P2口上出現(xiàn)的是DPH（數(shù)據(jù)指針的高8位）。若執(zhí)行的是“MOVX A，Ri”或“MOVX Ri，A”指令，則Ri內(nèi)容為低8位地址，而P2口線將是P2口鎖存器內(nèi)容。在同一機器周期中將不再出現(xiàn)

17、 有效取指信號，下一個機器周期中ALE的有效鎖存信號也不再出現(xiàn)；而當/有效時，P0口將讀/寫數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)。由圖11-12（b）可以看出：（1）將ALE用作定時脈沖輸出時，執(zhí)行一次MOVX指令就會丟失一個ALE脈沖；（2）只有在執(zhí)行MOVX指令時的第二個機器周期中，才對數(shù)據(jù)存儲器（或I/O）讀/寫，地址總線才由數(shù)據(jù)存儲器使用。圖11-12 執(zhí)行MOVX指令的（讀）時序11.5.5 80C51單片機與EPROM的接口電路設(shè)計由于80C51單片機片內(nèi)集成不同容量的Flash ROM，可根據(jù)實際需要來決定是否外部擴展EPROM。當應(yīng)用程序不大于單片機片內(nèi)的Flash ROM容量時，擴展外部程序存

18、儲器的工作可省略。但作為擴展外部程序存儲器的基本方法，還是應(yīng)該掌握。180C51與單片EPROM的硬件接口電路在設(shè)計接口電路時，由于外擴的EPROM在正常使用中只讀不寫，故EPROM芯片只有讀出控制引腳，記為，該引腳與80C51單片機的相連，地址線、數(shù)據(jù)線分別與80C51單片機的地址線、數(shù)據(jù)線相連，片選端控制可采用線選法或譯碼法。下面介紹2764和27128芯片與80C51的接口。更大容量的27256、27512與80C51的連接，差別只是連接的地址線數(shù)目不同。由于2764與27128引腳的差別僅在26腳，2764的26腳是空腳(NC)，27128的26腳是地址線A13，因此在設(shè)計外擴存儲器電

19、路時，應(yīng)選用27128芯片設(shè)計電路。在實際應(yīng)用時，可將27128換成2764，系統(tǒng)仍能正常運行。圖11-13所示為80C51外擴16KB的EPROM 27128的電路。由于只擴展一片EPROM，所以片選端的連接可以是：（1）可以直接接地；（2）也可接到某一高位地址線上（A15或A14；P27或P26）進行線選；（3）也可接某一地址譯碼器的輸出端。圖11-13 80C51單片機與27128的接口電路【作業(yè)：畫出擴展一片27256（32K）的電路連接圖】2使用多片EPROM的擴展電路圖11-14所示為利用4片27128 EPROM擴展成64KB程序存儲器的方法。片選信號由譯碼器產(chǎn)生。4片27128

20、各自所占的地址空間，讀者自己分析。【2712816K×4，用P00P07，P20P25】圖11-14 80C51與4片27128 EPROM的接口電路0000 0000 0000 00000011 1111 1111 1111單片機的引腳接地，只使用片外程序存儲器。【作業(yè)：寫出上圖中的IC1IC4的地址范圍】【作業(yè)：畫出擴展2片27256的電路連接圖，并寫出2個芯片的地址范圍】11.6 數(shù)據(jù)存儲器擴展在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，外部擴展的數(shù)據(jù)存儲器都采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器（SRAM），不需要刷新【而動態(tài)RAM是由柵極漏電容構(gòu)成，需要不斷的刷新，才能保存數(shù)據(jù)】。對外部擴展的數(shù)據(jù)存儲器空間訪問，P2

21、口提供高8位地址，P0口分時提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)存儲器擴展與程序存儲器擴展基本相同，只是數(shù)據(jù)存儲器的控制信號為輸出允許信號和寫控制信號，分別與單片機的片外數(shù)據(jù)存儲器的讀控制信號（P3.7）和寫控制信號(P3.6）相連，其它信號線的連接與程序存儲器相同?！境绦虼鎯ζ髦荒茌敵?，數(shù)據(jù)存儲器具有寫入和輸出兩種】11.6.1 常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片單片機系統(tǒng)中常用的RAM芯片的典型型號有6116（2KB），6264（8KB），62128（16KB），62256（32KB）。6116為24腳封裝，6264、62128、62256為28腳封裝。這些RAM芯片的引腳如圖11-15所

22、示。圖11-15 常用的RAM引腳圖各引腳功能：A0A15：地址輸入線。D0D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。：片選信號輸入線，低電平有效。（但對6264芯片，當24腳（CS）為高電平且為低電平時才選中該片）。：讀選通信號輸入線，低電平有效?！緩耐釸AM中讀數(shù)據(jù)，連】：寫允許信號輸入線，低電平有效?！就釸AM中寫數(shù)據(jù)，連】VCC: 工作電源+5V。GND: 地。RAM存儲器有讀出、寫入和維持3種工作方式，工作方式的控制見表11-6。表 116 6116、6264、62256芯片3種工作方式的控制工作方式RAM芯片的控制信號D0D7讀出001數(shù)據(jù)輸出寫入010數(shù)據(jù)輸入維持1××高阻態(tài)1

23、1.6.2 外擴數(shù)據(jù)存儲器的讀寫操作時序?qū)ζ釸AM讀和寫兩種操作時序的基本過程相同。1讀片外RAM操作時序單片機讀片外RAM操作時序如圖11-16所示。在第一個機器周期的S1狀態(tài)，ALE信號由低變高（處），讀RAM周期開始。在S2狀態(tài)，CPU把低8位地址送到P0口總線上，把高8位地址送上P2口（在執(zhí)行“MOVX A，DPTR”指令階段才送高8位；若執(zhí)行“MOVX A，Ri”則不送高8位）。ALE下降沿（處）用來把低8位地址信息鎖存到外部鎖存器74LS373內(nèi)。而高8位地址信息一直鎖存在P2口鎖存器中（處）。在S3狀態(tài)，P0口總線變成高阻懸浮狀態(tài)。在S4狀態(tài)，執(zhí)行指令“MOVX A，DPTR”【從外部存儲器讀取數(shù)據(jù)指令】后使信號變有效（處），信號使被尋址的片外RAM過片刻后把數(shù)據(jù)送上P0口總線（處），當回到高電平后（處），P0總線變懸浮狀態(tài)（處）。圖11-16單片機讀片外RAM操作時序圖2寫片外RAM操作時序向片外RAM寫數(shù)據(jù)，單片機執(zhí)行“MOVX DPTR，A”指令【往外部存儲器寫數(shù)據(jù)指令】。指令執(zhí)行后，AT89S51的信號為低有效，此信號使RAM的端被選通。寫片外RAM的時序如圖11-17所示。開始的過程與讀過程類似，但寫的過程是CPU主動把數(shù)據(jù)送上P0口總線，所以在時序上，CPU先向P0口總線上送完8位地址后，在S3狀態(tài)就將數(shù)據(jù)送到P0口總線（處）。此間，P0總線上不會出