單片機(jī)原理及應(yīng)用-第六章80C51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展課件

主講：張松燦河南科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院自動(dòng)化系單片機(jī)原理與應(yīng)用第六章80C51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展16.1 概述（實(shí)現(xiàn)方法、內(nèi)容）6.1.l外部并行擴(kuò)展性能--重點(diǎn)6.1.2外部串行擴(kuò)展性能6.2 單片機(jī)的外部并行擴(kuò)展6.2.1程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展6.2.2片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展6.2.3擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6.2.4通過(guò)并行總線擴(kuò)展I/O口6.3 單片機(jī)的外部串行擴(kuò)展6.3.1串行擴(kuò)展E2PROM6.3.2串行擴(kuò)展I/O接口6.4 外部中斷源的擴(kuò)展思考與練習(xí)2

80C51最小應(yīng)用系統(tǒng)最能發(fā)揮單片機(jī)體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。最小應(yīng)用系統(tǒng)常常不能滿足要求,往往需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展?！粝到y(tǒng)擴(kuò)展的方法：（1）并行擴(kuò)展法:利用單片機(jī)三組總線進(jìn)行擴(kuò)展；（2）串行擴(kuò)展法:利用SPI總線和I2C雙總線串行擴(kuò)展?！粝到y(tǒng)擴(kuò)展內(nèi)容：程序存儲(chǔ)器(ROM)擴(kuò)展、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)擴(kuò)展、I/O口擴(kuò)展、中斷系統(tǒng)擴(kuò)展以及其它特殊功能擴(kuò)展。串行擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)：串行接口器件體積小，明顯地減小電路板空間和成本；需用的I/O口線很少，提高可靠性。缺點(diǎn)：串行接口器件速度較慢。高速應(yīng)用場(chǎng)合，并行擴(kuò)展法占主導(dǎo)地位。6.1概述36.1.1外部并行擴(kuò)展性能1、80C51單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)：地址總線(AB)、數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB)。外部芯片都通過(guò)這三組總線進(jìn)行擴(kuò)展。（1）地址總線(AB)

由P0口提供低8位A0-A7，P2口提供高8位A8-A15。由于P0還要作數(shù)據(jù)總線口，只能分時(shí)用做地址線，故P0口輸出的低8位地址必須用鎖存器鎖存。

P2口具有輸出鎖存功能，故不需外加鎖存器。

P0、P2口在系統(tǒng)擴(kuò)展中用做地址線后便不能作為一般I/O口使用。地址總線寬為16位，故可尋址范圍為216=64KB。4圖6-180C51系列單片機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)5(3)控制總線(CB)

片外系統(tǒng)擴(kuò)展用控制線和片外信號(hào)對(duì)單片機(jī)的控制線。系統(tǒng)擴(kuò)展用控制線有ALE、、、、。

ALE：輸出，用于鎖存P0口輸出的低8位地址數(shù)據(jù)的控制線。通常，ALE在P0口輸出地址期間出現(xiàn)低電平，用這個(gè)低電平信號(hào)控制鎖存器來(lái)鎖存地址數(shù)據(jù)。：輸出，用于片外程序存儲(chǔ)器(EPROM)的“讀”數(shù)控制?！白x”取EPROM中數(shù)據(jù)(指令)時(shí)，不用“RD”信號(hào)，而用。(2)數(shù)據(jù)總線(DB)

由P0口提供，其寬度為8位。當(dāng)連到多個(gè)外圍芯片時(shí)，由地址線控制各個(gè)芯片的片選線來(lái)選擇哪個(gè)芯片的數(shù)據(jù)通道有效。6：輸入，用于選擇片內(nèi)或片外程序存儲(chǔ)器。當(dāng)EA=0時(shí)，只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不論片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器。因此，在擴(kuò)展并使用片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，必須使EA接地。、：輸出，用于片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)的讀/寫控制。當(dāng)執(zhí)行片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作指令MOVX時(shí)，這兩個(gè)控制信號(hào)自動(dòng)生成。72、80C51單片機(jī)的并行擴(kuò)展能力地址總線寬度為16位，在片外可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器最大容量為64KB，地址為0000H-FFFFH。

片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器的操作使用不同的指令和控制信號(hào)，允許兩者的地址重復(fù)，故片外可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器分別為64KB。

片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作指令不同(片外RAM只能用MOVX指令)，允許兩者地址重復(fù)，亦即外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址可從0000H開(kāi)始。

I/O口擴(kuò)展，可與片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，不再另外提供地址線。8存儲(chǔ)器擴(kuò)展及編址技術(shù)（1）線選法線選法：直接以系統(tǒng)的地址作為存儲(chǔ)芯片的片選信號(hào)，為此只需把高位地址線與存儲(chǔ)芯片的片選信號(hào)直接連接即可。

特點(diǎn)：簡(jiǎn)單明了，不需增加另外電路。缺點(diǎn)：存儲(chǔ)空間不連續(xù)。適用于小規(guī)模單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器擴(kuò)展?！纠楷F(xiàn)有2K*8位存儲(chǔ)器芯片，需擴(kuò)展8K*8位存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)采用線選法進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展8KB的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)需2KB的存儲(chǔ)器芯片4塊。2K的存儲(chǔ)器所用的地址線為A0～A10共11根地址線和片選信號(hào)與CPU的連接如表5-1所示。980C51存儲(chǔ)器P0口經(jīng)鎖存器形成A0～A7與A0～A7相連P2.0、P2.1、P2.2與A8～A10相連P0口與D0～D7相連P2.3與存儲(chǔ)器1的片選信號(hào)相連P2.4與存儲(chǔ)器2的片選信號(hào)相連P2.5與存儲(chǔ)器3的片選信號(hào)相連P2.6與存儲(chǔ)器3的片選信號(hào)相連80C51與存儲(chǔ)器的線路連接

10線選法連線圖擴(kuò)展存儲(chǔ)器的硬件連接11這樣得到四個(gè)芯片的地址分配如下表所示

線選方式地址分配表

A15A14A13A12A11A10….A0地址范圍芯片100111111000….01….17000H---77FFH芯片200111100110

….01

….16800H---6FFFH芯片300110011110

….01

….15800H---5FFFH芯片400001111110

….01

….13800H—3FFFH12（2）譯碼法譯碼法：使用譯碼器對(duì)系統(tǒng)的高位地址進(jìn)行譯碼，以其譯碼輸出作為存儲(chǔ)芯片的片選信號(hào)。是一種最常用的存儲(chǔ)器編址方法，能有效地利用空間，特點(diǎn)：存儲(chǔ)空間連續(xù)，適用于大容量多芯片存儲(chǔ)器擴(kuò)展。常用的譯碼芯片有：74LS139（雙2－4譯碼器）和74LS138（3－8譯碼器）等，它們的CMOS型芯片分別是74HC139和74HC138。

13譯碼器管腳圖74LS138譯碼器74LS139譯碼器14【例】現(xiàn)有2K*8位存儲(chǔ)器芯片，需擴(kuò)展8K*8位存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，采用譯碼法進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展8KB的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)需2KB的存儲(chǔ)器芯片4塊。2K的存儲(chǔ)器所用的地址線為A0～A10共11根。地址線和片選信號(hào)與CPU的連接如圖所示。

15 80C51 存儲(chǔ)器P0口經(jīng)鎖存器形成A0～A7與A0～A7相連P2.0、P2.1、P2.2與A8～A10相連P0口與D0～D7相連B--P2.4A--P2.3譯碼輸出與存儲(chǔ)器的片選信號(hào)連接00與存儲(chǔ)器1的片選信號(hào)相連01與存儲(chǔ)器2的片選信號(hào)相連10與存儲(chǔ)器3的片選信號(hào)相連11與存儲(chǔ)器4的片選信號(hào)相連Y0有效Y1有效Y2有效Y3有效

P2.3、P2.4作為二-四譯碼器的譯碼地址，譯碼輸出作為擴(kuò)展4個(gè)存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)，P2.5、P2.6、P2.7懸空。1617這樣得到四個(gè)芯片的地址分配如下表所示。譯碼方式地址分配表

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2….P0地址范圍芯片100000000000….01….10000H---07FFH芯片200000000110….01….10800H---0FFFH芯片300000011000….01….11000H---17FFH芯片400000011110….01….11800H—1FFFH18當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展的存儲(chǔ)器容量超過(guò)地址總線范圍時(shí)，可用換體的辦法解決。圖中用4個(gè)32KB容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62256來(lái)組成兩個(gè)存儲(chǔ)器體，存儲(chǔ)器體Ⅰ、Ⅱ分別為64KB。

4個(gè)62256的使能端通過(guò)由P2.7和P1.0控制的2-4譯碼器來(lái)選通?？梢钥闯雒吭黾右粭lI/O口線，可以再擴(kuò)大地址容量一倍。當(dāng)復(fù)位后，由于P1.0為高電平，64KB地址指向Ⅱ體；當(dāng)給P1.0置低電平后，則64KB地址指向Ⅰ體。（3）超過(guò)64KB容量時(shí)的擴(kuò)展方法19圖6--2用I/O線來(lái)控制片外存儲(chǔ)器換體201、擴(kuò)展EPROM片外程序存儲(chǔ)器的方法（1）擴(kuò)展4K×8位片外程序存儲(chǔ)器本片2732的地址范圍為1000H-1FFFH。電路中只擴(kuò)展一片2732，它的片選CE接地，PSEN作為其輸出允許信號(hào)，ALE作為鎖存器74HC373的鎖存允許信號(hào)。

P2口的其它線雖然未作高位地址線用，但是也不能作I/O線用。21(2)擴(kuò)展兩片8K×8位片外程序存儲(chǔ)器的電路（1）EA是接地的，適用于80C31；對(duì)于其它的單片機(jī)，只能放棄片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。（2）P2.5線作片選信號(hào)當(dāng)P2.5=0時(shí)選通第一片,當(dāng)P2.5=1時(shí)選通另一片。（3）這種選通方式稱為線選方式。222、擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的硬件電路片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器組成，最大可擴(kuò)展64KB。一般采用靜態(tài)RAM，如6116（2K×8位）和6264（8K×8位）兩種。地址鎖存器采用74HC273或鎖存緩沖器74HC373。23(1)擴(kuò)展2K×8位片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展2K×8位

P0口提供低8位地址、通過(guò)ALE鎖存；P2.0-P2.2提供高3位地址(A8-A10)；WR及RD分別與6116的寫允許（WE）及讀允許（OE）連接，實(shí)現(xiàn)寫/讀控制。6116的片選CE，有兩種連接方法：其一，以WR及RD的“與”邏輯控制；另一種是將它直接接地。電路中6116的地址范圍為0000H-07FFH。24有兩種訪問(wèn)方法：①讀操作：MOVDPTR,#0000HMOVXA,@DPTR

寫操作:MOVDPTR,#0000HMOVX@DPTR,A

此處只使用了P2.2-P2.0，但是P2.7-P2.3卻不宜再作I/O口線使用了。②用P2.2-P2.0來(lái)傳送地址，而其余的P2.7-P2.3仍保留I/O口的功能。不過(guò)P2.2-P2.0的高位地址需要通過(guò)程序來(lái)設(shè)定。25（2）擴(kuò)展16K×8位片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器當(dāng)用兩片芯片擴(kuò)展，采用線選法尋址，是最簡(jiǎn)單的。用P2.5來(lái)尋址:當(dāng)P2.5=0時(shí),訪問(wèn)片(1)；當(dāng)P2.5=1時(shí)，訪問(wèn)片(2)。(1)的地址范圍為0000H-1FFFH；片(2)的地址范圍為2000H-3FFFH。

266.4外部中斷源的擴(kuò)展

80C51單片機(jī)，只有兩個(gè)外部中斷請(qǐng)求輸入端INT0、INT1。當(dāng)有多個(gè)外部中斷源時(shí)，采用“OC門”經(jīng)“線或”后，引入外部中斷請(qǐng)求輸入端（INT0、INT1），就可很方便地?cái)U(kuò)展多個(gè)外部中斷源。27上圖就是占用一個(gè)80C51的INT0(或INT1)，擴(kuò)展4個(gè)外部中斷源的電路。

4個(gè)擴(kuò)展外部中斷源中有一個(gè)或幾個(gè)出現(xiàn)高電平，反相器輸出為0，引起INT0低電平觸發(fā)中斷，所以這些中斷源都是電平觸發(fā)方式。當(dāng)滿足外部中斷請(qǐng)求條件時(shí)，則CPU響應(yīng)中斷，轉(zhuǎn)入0003H單元開(kāi)始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，由軟件設(shè)定的順序查詢外中斷哪一位是高電平，然后進(jìn)入該中斷處理程序。

查詢的順序就是外部擴(kuò)展中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)順序。28圖6--48中斷源查詢程序的流程圖29INT0的中斷服務(wù)程序如下：PINT0：PUSHPSW；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

…PUSHACCJBP1.0，LOOP1；轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序1JBP1.1,LOOP2；轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序2JBP1.2,LOOP3；轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序3JBP1.2,LOOP4；轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序4INTEND：PO