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1、课程名称：计算机硬件技术基础,本讲内容：专题八 MCS-51扩展系统,Hebei University of Technology,主讲教师：赵晓安,河北工业大学计算机科学与软件学院计算机基础教学部,河北省级精品课,课程内容：MCS-51单片机原理及应用,一、ROM类作程序存储器的扩展二、RAM类作数据存储器的扩展三、程序和数据存储器混合扩展四、数据存储器与I/O 口综合扩展五、选片方法 1、线选法 2、译码法六、掌握上述各类芯片的扩展思路方法,本专题重点讲授内容及要求,扩展思路方法（分析_解决）,1、根据单片机的型号和应用系统的要求 确定扩展存储器的类型、容量或I/O口的类型。包括芯片的类型
2、、个数、容量、特点、要求。2、根据位扩展、字扩展，确定存储器芯片的个数。例如：要扩展8KB的数据存储器，用2114，1K*4bit，几个芯片？用6116，2KB的用几个芯片？用6264，8KB的用几个芯片？3、统筹地址，确定片选方法。4、存储器或I/O口如何与单片机的外部扩展三总线连接？,7.1 概 述7.2 外部程序存储器的扩展 7.3 外部数据存储器的扩展 7.4 外部数据存储器和外部程序存储器的综合扩展位扩展小结 作业,第七章 MCS-51单片机系统扩展,7.1 概 述,1_ MCS-51单片机应用系统的分类2_ MCS-51单片机系统扩展的必要性3_ 存储器可扩容量、分类、结构及三总线
3、4_ I/O口可扩容量、分类、结构及三总线5_ MCS-51单片机外部扩展三总线6_ 地址锁存器7_存储器、I/O口与单片机的三总线的连接是关键8_ 地址译码器及地址译码技术（片选技术）,单片机应用系统可以分为：1）单片机最小系统 单片机工作时应具备的最基本条件，因单片机型号不同，单片机最小系统也有差异。8051、8751内部程序存储器4KB，不必外扩时，就构成了单片机最小系统；8031仅外扩程序存储器，也构成8031最小系统。2）单片机扩展系统 当单片机内部的资源不满足实际应用的需要时，要外扩存储器和I/O口，就构成单片机扩展系统。,1_ MCS-51单片机应用系统的分类,8051、8751
4、最小系统,在组成单片机应用系统时:首先遇到的问题就是存储器的扩展。单片机内部设置的存储器一般容量较小，满足不了实际需要，因此需要配置外部存储器，包括程序存储器和数据存储器。其次要解决的问题是I/O口的扩展。当外围设备较多时，仅有的几个内部I/O接口就不够用，在大多数应用系统中，MCS-51单片机都需要扩展输入/输出接口芯片，有时还需要扩展定时器、串行口、数模转换器(D/A)和模数转换器(A/D)以满足实际需要。本专题重点讲述单片机扩展系统。,2_ MCS-51单片机系统扩展的必要性,最大扩展容量：程序存储器：8031 64KB 8051/8751 60KB数据存储器或I/O口：64KB应用中不
5、一定最大容量扩展。,3_ 存储器可扩容量、分类、结构及三总线,E 矩阵存储体E 译码驱动器E 读写电路E 地址线E 数据线 控制线 电源线,存储器或I/O口要与CPU相连，除了要有三总线外，还要有片选信号，CPU通过指令及指令中的地址，产生该地址所在芯片的片选信号，只有被选中的芯片，CPU才能对它进行读写操作。,重要概念,3_ 半导体存储器的结构及三总线,存储容量=2地址线根数数据线根数,3_ 半导体存储器的结构及三总线,思考：已知一个存储器芯片有12根地址线，8根数据线，该芯片的存储容量是多大？,4K*8bit4KBByte,CS Chip Select,I/O口可扩容量：最大64KBI/O
6、口分类：_可编程接口/不可编程接口_串行接口/并行接口_定时器/计数器_模/数、数/模转换器_其他,4_ I/O口可扩容量、分类、结构及三总线,MCS-51系列单片机芯片均为40个引脚。,5_ MCS-51单片机外部扩展三总线,4、I/O端口_P0、P1、P2、P3,MCS-51单片机外部扩展三总线,图2-19 片外程序存储器读时序,思考：P0口什么时间是数据总线？什么时间是地址总线的低8位？为什么P0口外加锁存器？请看读程序存储器的时序。,低8位地址,数据总线,ORG 0065H MOV A,#30H;74H 30H SJMP$END,00,65H,74H,00,66H,30H,再看看访问外
7、部数据存储器或I/O口的时序,图2-20 片外RAM读时序,通过分析时序图可以看出，无论读外部程序存储器还是读写外部数据存储器或I/O口，P0口都必须外加锁存器。,低8位地址,数据总线,MOV DPTR,#2689HMOVX A,DPTR,26H,89H,6_ 地址锁存器,由前所述，在进行存储器或I/O扩展时，P0口是分时复用的地址/数据总线，因此，必须外加地址锁存器将P0口地址信号锁存起来。常用的锁存器有：,7_存储器、I/O口与单片机的三总线的连接是关键,1、控制线的连接 程序存储器的读选通(OE)接单片机的PSEN 数据存储器（或I/O口）的读选通(OE)接单片机的RD 写允许(WE)接
8、单片机的WR 混合存储器的读选通(OE)接单片机的RD.PSEN2、数据线的连接 存储器的字长为8位时，与单片机的数据总线P0口的D0D7对位相连。(I/O的数据线与存储器的连接相同）3、地址线的连接 片内地址线与单片机的地址线一一对位相连。片外地址线经过译码或线选与芯片的片选信号相连(CE)。重点难点 当扩展两片或两片以上芯片时，各芯片的地址由两部分决定：片内地址和片选地址。,重点,2)地址译码法（用译码器对片外地址线 进行译码产生片选信号）,线选法（用片外单根地址线做片选信号）,8_ 地址译码器及地址译码技术（片选技术）,1.地址译码技术 片选技术,存储器和I/O口都具有片选信号线，在单片
9、机外部扩展存储器或I/O口时，用什么信号产生片选信号来选择不同的芯片呢？就需要地址译码技术，其核心就是片选技术。在扩展时，首先要确定所扩芯片的片内地址线和片外地址线，然后用片外地址线通过地址译码技术产生片选信号，最后，根据每个芯片预先统筹分配的地址段，将片选信号连到相应芯片的片选信号引脚。,2.地址译码器,常用 74LS138,思考：存储器容量与片内外地址线,8051单片机地址总线有16根，A15A0。,思考：芯片容量、个数与片选方法,先看看邮政编码：30 0401 000620 1008,30 0130,4位所在省直辖市自治区邮政投递区地方编码,2位省、直辖市、自治区中央分配,选本地邮政支局
10、00009999类似于片内译码,选 省、直辖市、自治区0099类似于片外译码片选,片内,片外,片外地址与片内地址和起来为某一个存储单元的地址,思考：芯片容量、个数与片选方法,例：若某系统要扩8个芯片，其中最大容量的芯片为8KB，片内地址最多需要13根，片外地址最少的仅剩3根地址线，如何产生片选信号(低电平有效）？1）线选法，片外3根地址线加3个反相器，可译出6个片选信号，不够8个芯片所需的8个片选信号。2）译码法，3根片外地址线可以译出8种不同的组合信号，正好每个芯片分配一个片选信号。,线选法对片外地址单线译码,8KB 存储器 片外剩 A15A13(3根),线选,译码法对片外地址全译码,扩展多
11、个芯片时，每个芯片的地址范围都由两部分组成：1）片内地址决定 2）片选决定,例：2764 8KB 片内13根，片外3根，可扩8个相同的芯片，其地址范围如表所示。,1、地址译码技术线选法举例,例7-1 某系统扩展一片6116(2KB)RAM的数据存储器，还扩并行I/O接口8255和8155，D/A转换器DAC0832，定时器/计数器8253各一片。解：要扩展最大容量2KB，5个芯片，最少剩5根片外地址线，可采用线选法。首先要进行地址分配，请见下面例7-1的地址分配表：,表7-3,线 选 法,CS Chip SelectCE Chip Enable,MOV DPTR,#0F090HMOV A,#3
12、6HMOVX DPTR,A,1、地址译码技术译码法举例,例7-2 某系统扩展如下表所示，因6264容量（8KB)较大，片外剩3根线，要译出5个芯片的片选信号，可以采用译码法，外加一个74LS138译码器。,地址译码器_74LS138,图7-4 74LS138引脚图,图77 地址译码法实例,A14,A15,A13,MOV DPTR,#0F90HMOV A,#36HMOVX DPTR,A,2,7.2.1 外部程序存储器的扩展原理 7.2.2 EPROM扩展电路,7.2 外部程序存储器的扩展,7.2.1 外部程序存储器的扩展原理,硬件电路如图7-8所示。MCS-51单片机访问外部程序存储器所使用的控
13、制信号有：ALE：低8位地址锁存控制信号PSEN：外部程序存储器“读取”控制信号,8031 外扩程序存储器，地址必须从0000H开始，因为，复位后PC指向0000H单元。,EPROM扩展电路,1常用EPROM芯片介绍,只读方式,编程写入,EPROM 2764程序存储器,2764 工作方式真值表,注：VPP为编程脉冲，可以为+5V,+12.5v,+21V,+25V等,2、扩展电路实例,线选法,扩展一片EPROM 2732A 4KB扩展两片EPROM 27256 32KB扩展两片EPROM 2764 8KB,注意：EPROM 内已固化了程序.,常通法,扩展一片EPROM2732A,0000H0FF
14、FH,扩展两片27256,0000H7FFFH,8000H0FFFFH,不存在重叠地址,存在重叠地址,思考：为什么存在重叠地址段？,地址空间地址段不惟一,外部数据存储器的扩展原理 7.3.2 静态RAM扩展,7.3 外部数据存储器的扩展,外部数据存储器的扩展方法原理,P0口为RAM的复用地址/数据总线，P2口的三根线用于对RAM进行页面寻址。在对外部RAM读/写期间，CPU产生/RD/WR信号。,732 静态RAM扩展,扩展两片RAM 6264 8KB 线选法 扩展两片RAM 6264 译码法,6264引脚图和工作方式,地址空间地址段不惟一,片外剩2根线，每片有4段地址段,数据存储器,38译码
15、器的其它输出端代表的地址是什么？,线选法选址 电路连接简单 地址空间利用率低 地址空间重叠严重 译码法选址 采用译码器电路 部分译码仍有重叠的地址空间 全译码地址空间利用率高，地址惟一.,线选法与译码法比较,1、存储器综合扩展原理 2、EPROM与静态RAM扩展,7.4 外部数据存储器和程序存储器的综合扩展,程序、数据存储空间的综合扩展,存储结构：哈佛结构，物理上两部分空间独立通过/RD 和/PSEN区别程序、数据存储读操作 混合方法,两个要点：1、OE=RD.PSEN WE WR2、混合存储器 即可执行MOVX又可执行MOVC指令，即可读可写要用RAM类芯片 或EEPROM类或FLASH R
16、OM。,焦点：片选信号的产生,程序存储器内已固化了程序,EPROM 与SRAM扩展 扩展一片EPROM 2764和一片RAM 6264 扩展一片EPROM 2764 和二片RAM 6264 扩展一片EPROM 2732和一片RAM 6116,同容量,数据存储器,程序存储器,数据存储器,混合存储器,程序存储器,2732 工作方式真值表,注：VPP为编程脉冲，可以为+5V,+12.5v,+21V,+25V等,EPROM 2732程序存储器,2732内已固化了程序,扩展一片EPROM 2732和一片RAM 6116,SRAM 6116数据存储器,扩展一片EPROM 2732和一片RAM 6116,容量不同,数据存储器,程序存储器,全译码各芯片地址惟一,P2.7,A15,位扩展举例,用2片2114 1K*4bit扩展1KB,相同,1、扩存储器 程序存储器 数据存储器 混合存储器 字扩展与位扩展2、扩I/O口与数据存储器 共占64KB,扩 展 小 结,3、连线 片内地址线的连线 片外地址线产生片选 线选 译码（全译码、部分译码）控制总线的连线 数据总线的连线,作业：思考题与习题7 7-1，7-2，7-3，7-4,思考：今后，你若遇到扩展新型芯片，从哪里入手？你掌握了吗？,作业与思考,专题八结束，谢谢大家！,
