單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)

第六章單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)6-1

單片機系統(tǒng)擴展的基本概念6-2

程序存儲器擴展技術(shù)6-3

數(shù)據(jù)存儲擴展6-4

輸入/輸出口擴展單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!6-1MCS-51單片機系統(tǒng)擴展的基本概念

單片機在一塊芯片上集成了計算機的主要硬件資源。因此，在智能儀器儀表，小型檢測及控制系統(tǒng)中，往往直接采用單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)而不再擴展外圍芯片。但是，在許多情況下，例如構(gòu)造一個機電測控系統(tǒng)時，考慮到傳感器接口，伺服控制接口以及人機對話接口等需要，最小應(yīng)用系統(tǒng)不能滿足系統(tǒng)功能要求，必須在片外擴展相應(yīng)的外圍芯片，這就是單片機系統(tǒng)擴展。

單片機系統(tǒng)擴展一般包括程序存儲器(ROM或EPROM)擴展、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)擴展、輸入/輸出口(I/O)擴展、定時/計數(shù)器擴展、中斷系統(tǒng)擴展等。單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!6-1-1MCS-51單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)

介紹兩種類型芯片構(gòu)成的最小應(yīng)用系統(tǒng)。1．8051/8751最小應(yīng)用系統(tǒng)8051/8751是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，因此，用這種芯片構(gòu)成的最小應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。8051/8751最小應(yīng)用系統(tǒng):

單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!6-1-2

MCS-51單片機的外部擴展性能

1.MCS-51單片機的片外總線結(jié)構(gòu)單片機都是通過片外引腳進行系統(tǒng)擴展的。為了滿足系統(tǒng)擴展的要求，MSC-51系列單片機片外引腳可以構(gòu)成如圖6-3所示的三總線結(jié)構(gòu),即地址總線(AB),數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB)。所有外部芯片都通過這三組總線進行擴展。

單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!6-2

程序存儲器擴展技術(shù)6-2-1EPROM：可擦除PROM

用戶可以多次編程。編程加寫脈沖后，某些存儲單元的PN結(jié)表面形成浮動柵，阻擋通路，實現(xiàn)信息寫入。用紫外線照射可驅(qū)散浮動柵，原有信息全部擦除，便可再次改寫。作為MCS-51單片機的外部程序存儲器，其典型產(chǎn)品有2716（2K*8）、2732（4K*8）、2764（8K*8）…27512（64K*8）等。圖6-2-1給出了雙列直插式封裝的EPROM芯片的管腳配置圖。圖中Ai(i=0,1,2,…,15)為地址線,O0～O7

為數(shù)據(jù)線，為片選線，為數(shù)據(jù)輸出選通線，Vpp為編程電源，Vcc為主電源，PGM為編程脈沖輸入。介紹兩種不同的程序存儲器擴展電路：EPROM、EEPROM。單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!

2764AEPROM擴展電路

2764A是一種8K×8位EPROM，單一+5V供電，工作電流為75mA，維持電流為35mA，讀出最大時間為250ns，28腳雙列直插封裝。其擴展電路示于圖6-6。若要同時擴展兩片2764A，只需將P2.5經(jīng)一非門接至第二片2764A的片選端，其它引腳與片2764A同名引腳相連即可。

2764EPROM擴展電路P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0A12A11A10A9A8EAP0.7D7Q7A7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0D6D5D4D3D2D1D0Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0A6A5A4A3A2A1A0ALEPSENOEO7O6O5O4O3O2O1O080312764A74LS373+5VVccPGMVppGNDCE單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!圖6-9給出了2817A與8031單片機的硬件連接圖。圖中，采用了將外部數(shù)據(jù)存儲器空間與程序存儲器空間合并的方法，即將信號與信號相“與”，其輸出作為單一的公共存儲器讀選通信號。這樣，8031即可對2817A進行讀寫了。圖中8031采用查詢方式對2817A的寫操作進行管理。2817AEEPROM擴展電路單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!常用靜態(tài)RAM芯片管腳配置

單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!6264靜態(tài)RAM擴展電路

單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!2.用串行口擴展I/O口

圖6-22和圖6-23分別給出了利用串行口擴展2個8位并行輸入口（使用74LS165）和擴展2個8位并行輸出口（使用74LS165）的接口電路。

利用串行口擴展并行輸入口利用串行口擴展并行輸出口

單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!6-4-2可編程I/O口擴展

8155的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能

在8155內(nèi)部具有：—256字節(jié)的靜態(tài)RAM，存取時間為400ns；—有三個通用的輸入/輸出口。其中A口和B口是8位口，C口是6位口。C口可做狀態(tài)口，這時，A口和B口能在應(yīng)答式的輸入/輸出方式下工作；—有一個14位的可編程定時/計數(shù)器；—內(nèi)部有地址鎖存器及多路轉(zhuǎn)換的地址和數(shù)據(jù)總線；—單一+5V電源，40腳雙列直插式封裝。8155的結(jié)構(gòu)框圖

單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!3.8155的工作方式與基本操作

8155可作為I/O口、片外256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器及定時器使用。（1）作片外256字節(jié)RAM使用。此時8155的IO/腳應(yīng)置為低電平，其RAM地址的高8位由片選線決定，低8位為00H~0FFH。與應(yīng)用系統(tǒng)中其它數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。使用的讀/寫操作指令為MOVX。命令控制字的格式如圖所示:單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!（3）作定時器使用

8155的定時器由兩個8位寄存器組成。實際上是一個14位的減法計數(shù)器，另兩位用于確定輸出方式。其低位字節(jié)的I/O地址為×××××100B，高位字節(jié)的I/O地址為×××××101B，其格式如圖6-27所示。

8155定時器格式及輸出方式定時器的操作分兩步:步由寫入命令寄存器的控制字確定定時器的啟動、停止或裝入常數(shù)（見命令控制字）。第二步由寫入到定時器的兩個寄存器的內(nèi)容確定計數(shù)長度和輸出方式。單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!按圖中連接狀態(tài)的地址編碼為：RAM地址：7E00H~7EFFHI/O口地址：命令/狀態(tài)口7F00HPA口7F01HPB口7F02HPC口7F03H定時器低8位7F04H定時器高8位7F05H例如，設(shè)8155PA口為基本輸入口，PB口為基本輸出口，PC口為輸出口，定時器作方波發(fā)生器，對輸入脈沖進行24分頻。要求從PA口讀入數(shù)據(jù)存入8155的5FH單元，PA口數(shù)據(jù)取反后從PB口輸出，屏蔽高兩位后再從PC口輸出。則8155的操作如下：單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!2．8031最小應(yīng)用系統(tǒng)

8031是片內(nèi)無程序存儲器的單片機芯片，因此，其最小應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)在片外擴展EPROM。右圖為用8031外接程序存儲器構(gòu)成的最小系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!2．MSC-51單片機的系統(tǒng)擴展能力

為配置外圍設(shè)備而擴展的I/O口與片外數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，系統(tǒng)不再提供另外的地址線。當系統(tǒng)要大量配置外圍設(shè)備以及要擴展較多的I/O口時，將占去大量的RAM地址。當應(yīng)用系統(tǒng)存儲擴展容量或擴展I/O口地址超過單片機地址總線范圍時，可采用換體法解決。如圖所示。

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28引腳EPROM芯片管腳配置單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!6-2-2EEPROM擴展電路EEPROM是一種電擦除可編程只讀存儲器，其主要特點是能在計算機系統(tǒng)中進行在線修改，并能在斷電的情況下保持修改的結(jié)果。因而在智能化儀器儀表、控制裝置等領(lǐng)域得到普遍采用。常用的EEPROM芯片主要有Intel2817A、2864A等。1.

2817AEEPROM擴展2817A存儲容量為2K×8位，采用單一+5V電源供電，最大工作電流為150mA，維持電流55mA，讀出時間最大為250ns。由于片內(nèi)設(shè)有編程可需的高壓脈沖產(chǎn)生電路，因而無需外加編程脈沖即可工作。2817A為28腳雙列直插封裝,管腳配置如圖6-8。圖中A0~A10為地址線,O0～O7

為數(shù)據(jù)線，為片選線，為輸出使能，為寫入使能，RDY/為狀態(tài)指示2817A管腳配置單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!6-3數(shù)據(jù)存儲器擴展

在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中,作為數(shù)據(jù)存儲器使用的有靜態(tài)讀/寫存儲器RAM，動態(tài)讀/寫存儲器RAM和EEPROM等。下面著重介紹靜態(tài)RAM的擴展。6-3-1靜態(tài)RAM擴展電路

常用的靜態(tài)RAM芯片有6116，6264，62256等，其管腳配置如圖6-13所示。單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!6264靜態(tài)RAM擴展

6264是8K×8位靜態(tài)隨機存儲器芯片，CMOS工藝制造，單一+5V供電，額定功耗200MW，典型存取時間200ns，28腳雙列直插式封裝。與6116相比，地址線增加兩根，為A0~A12，且有兩個片選端和CE2。表6-1給出了6264的操作方式。

I/O0~I/O7(11~13,15~19)高阻高阻高阻DoutDinDin

管腳（20）CE2（26）（22）（27）未選中（掉電）1XXX選中（掉電）X0XX輸出禁止0111讀0101

寫0110

寫0100方式單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!6-4輸入/輸出口擴展技術(shù)

6-4-1簡單I/O口擴展1.用并行I/O口擴展I/O口當要擴展多個輸入/輸出口時，可采用圖6-4-2所示連接方法。

右圖給出了一種簡單的輸入、輸出口擴展電路。

LOOP：MOVDPTR，#07FFFHMOVXA，@DPTRMOVX@DPTR，ASJMPLOOP單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!根據(jù)該擴展電路(圖6-22)，以兩個8位并行口讀入20H組字節(jié)數(shù)據(jù)，并把它們轉(zhuǎn)存到內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)區(qū)（設(shè)首址為30H）的程序清單如下：PIOIN：MOVR7，#20H；讀入字節(jié)組數(shù)MOVR0#30H；設(shè)置內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)區(qū)首址SETBF0；設(shè)置讀入字節(jié)奇偶標志，第1個8位數(shù)為偶RCV0：CLRP1.0；165置入數(shù)據(jù)SETBP1.0；允許165串行移位RCVI：MOVSCON，#00010000B；串行口設(shè)定為方式0，允許接收并啟動接收過程STP：JNBRI，STP；等待接收一個8位數(shù)CLRRI；清RI標志，以備下次接收MOVA，SBUF；讀入數(shù)據(jù)MOV@R0,A；數(shù)據(jù)送存INCR0；指向數(shù)據(jù)區(qū)下一個地址CPLF0；指向第奇數(shù)個8位數(shù)JNBF0，RCV1；如未讀完奇數(shù)個8位數(shù)轉(zhuǎn)RCV1DJNZR7，RCV0；20H組數(shù)未讀完重新進行置入……；對數(shù)據(jù)進行處理單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!2.8155的RAM和I/O地址編碼

表6-38155口地址分布AD7~AD0選中寄存器A7A6A5A4A3A2A1A0XXXXX000命令/狀態(tài)寄存器XXXXX001PA口XXXXX010PB口XXXXX011PC口XXXXX100定時/計數(shù)器低8位XXXXX101定時/計數(shù)器高8位單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!3.8155的工作方式與基本操作

8155可作為I/O口、片外256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器及定時器使用。（2）作擴展I/O口使用。此時8155的IO/腳必須置為高電平，PA、PB、PC口的口地址的低8位分別為01H、02H、03H（設(shè)地址無關(guān)位為0）。I/O口的工作方式的選擇完全依靠對8155命令寄存器設(shè)定的命令控制字來實現(xiàn)。而I/O口狀態(tài)的查詢可通過對8155狀態(tài)寄存器的操作來完成。命令/狀態(tài)寄存器共用一個口地址，寫入為命令，讀出為狀態(tài)。命令控制字的格式如圖所示:方式位ALT1ALT2ALT3ALT4PC0輸入方式輸出方式AINTR（PA口中斷）AINTR(PA口中斷)PC1ABFPA口緩沖器滿）ABF(PA口緩沖器滿)PC2（PA口選通）(PA口選通)PC3輸出方式BINTR(PB口中斷)PC4BBF(PB口緩沖器滿)PC5(PB口選通)備注PA口、PB口為基本I/O口PA口、PB口為基本I/O口PA口為選通輸入方式PB口為基本I/O口PA、PB口為選通輸入/輸出方式C口工作方式如表:狀態(tài)字格式如圖所示:單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!4.MCS-51單片機與8155的接口與操作

MCS-51單片機可直接和8155連接而不需要任何外加邏輯，可以直接為系統(tǒng)增加256字節(jié)外部RAM、22根I/O線及一個14位定時器。其基本硬件連接方法如下圖所示。單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!

MOVDPTR，#7F04H；指向定時器低8位MOVA，#18H；計數(shù)常數(shù)18H=24MOVX@DPTR，A；裝入低8位計數(shù)常數(shù)INCDPTR；指向定