第4章 MCS-51系列单片机的扩展

2020/2/121第4章MCS-51系列单片机的扩展§1最小系统与程序存储器的扩展§2数据存储器扩展§3I/O扩展2020/2/122§1最小系统与程序存储器的扩展MCS-51系列单片机虽本身是一个微型计算机，包含了CPU，存储器，I/O接口，定时器，中断，串行口，但由于其功能有限，所以在工作时，还需要进行必要的功能扩展。功能扩展中，最常见的就是存储器扩展，扩展时，外部信号的连接可分三总线形式，见图由于Ｐ０是地址、数据复用口，因而对低８位地址需要锁存（３７３、３７４等）由于端口带负载能力有限（P08个LSTTL，P1～P3为4个LSTTL），故常加总线驱动器（注意：无锁存功能）常用的有74LS244，74LS245见图2020/2/123§1最小系统与程序存储器的扩展1-1最小系统8031片内无程序存储器，下面对8031扩展2k程序存储器，组成一个最小系统，见图在系统扩展时，通常用到地址锁存器，常用的有74LS373和74LS374等芯片，见图2020/2/124§1最小系统与程序存储器的扩展1-2用多片EPROM扩展程序存储器在设计系统时有时会用到多片EPROM,例如需要8k程序存储器,当只提供2732(4k)时，要用2片2732。再例如，需要超过64k的程序存储器时，一般也用多片实现。扩展多片EPROM的连线方式。a.二片情况，如图用邻近各芯片所用的最高位的一根地址线作片选，其余一样，这种方法最常用在0000H～1FFFH时为低8K，此时P2。5为0，访问第1片。在2000H～3FFFH时为高8K，此时P2。5为1，访问第2片。2020/2/125§1最小系统与程序存储器的扩展1-2用多片EPROM扩展程序存储器b.线选法：在连接多片时，有时用线选法，即用I/O线或控制线作片选（这种方法用线多，不常用）如扩展4片2732，2732有4K，用了12根地址线，故P2口用了P2。0～P2。3，见图由于片选线不是地址译码产生，在选通时要人为控制：即在1片结束访问第2片时，要用软件复位相应端口，否则将出错2020/2/126§1最小系统与程序存储器的扩展1-2用多片EPROM扩展程序存储器c.译码法，用得多如上面的P2。4，P1。5，P1。6，P1。7片选可用P2。4，P2。5地址线，用2-4译码器得到，此时就不必考虑其它问题，可当成1片16KEPROM使用。d.超过64K时，要用控制线作片选，而且应注意在第1片用完后要发出第2片的片选信号2020/2/127§1最小系统与程序存储器的扩展1-3E2PROM和FLASH的扩展2020/2/128§2MCS-51单片机数据存储器扩展背景知识常用静态存贮器21141K*461162K*8271662648K*827646225632K*827256IS61LV5128512K*8IS61LV12816128K*16扩展数据存储器与程序存储器相比，最主要区别是，程序存储器用PSEN控制程序存储器的读写，而数据存储器则用RD、WR信号控制读写。从实现方面，访问程序存储器，1是自动执行程序，2是用MOVC指令，而访问数据存储器则是用MOVX指令。2020/2/129§2MCS-51单片机数据存储器扩展背景知识MCS-51单片机的内部RAM位寻址20H2FH30H7FH特殊功能寄存器SFR80HFFH80字节R0—R700H1FH2020/2/1210§2MCS-51单片机数据存储器扩展背景知识MCS-51单片机的最小系统与引脚回顾2020/2/1211§2MCS-51单片机数据存储器扩展2-1概述数据存储器芯片(RAM)的引脚特征CERD地址线数据线WR需要在单片机引脚基础上,得到地址线、数据线和控制线（CE、RD、WR）。2020/2/1212§2MCS-51单片机数据存储器扩展2-1概述地址总线生成地址锁存时序P0口低8位地址锁存用ALE下降沿锁存P0口上的低8位地址信号，连同P2口的高8位地址,可得到最多16位地址线。2020/2/1213§2MCS-51单片机数据存储器扩展2-1概述地址总线生成对地址锁存器的要求用ALE下降沿锁存P0口的低8位地址信号,意味着锁存器与ALE连接的控制端需满足下面要求:高电平时输出口随输入变化低电平时输出保持不变2020/2/1214§2MCS-51单片机数据存储器扩展2-1概述地址总线生成地址锁存器选择74LS373芯片可满足此要求2020/2/1215§2MCS-51单片机数据存储器扩展2-1概述单片机引脚的三总线形式扩展数据存储器2020/2/1216§2MCS-51单片机数据存储器扩展2-2单片机数据存储器扩展准备工作确定扩展存储器需求:多大容量,地址范围有无特殊要求,数据位数多少?有哪些存储器芯片可供选择,每片的容量如何?用单片还是多片实现?2020/2/1217§2MCS-51单片机数据存储器扩展2-2单片机数据存储器扩展硬件连接框图(单片情况)2020/2/1218§2MCS-51单片机数据存储器扩展2-2单片机数据存储器扩展实例:为MCS-51扩展32k*8的外部数据存储器由容量知道,需用15根地址线:A0—A14数据为8位,可选数据宽度为8bit的存储器。地址范围可设计为：0000H-7FFFH。选用一片静态RAM芯片62256可满足要求2020/2/1219§2MCS-51单片机数据存储器扩展2-2单片机数据存储器扩展实例:为MCS-51扩展32k*8的外部数据存储器2020/2/1220§2数据存储器扩展扩展例子例子中6264(1)和2764(1)容量为8k，地址范围为：P2.5P2.4P2.3…p2.0p0.7p0.6…p0.1p0.00000000001111111即0000H—1FFFH6264(2)和2764(2)容量为8k，地址范围为：P2.5P2.4P2.3…p2.0p0.7p0.6…p0.1p0.01000000011111111即2000H—3FFFH2020/2/1221§2MCS-51单片机数据存储器扩展本节小结:背景知识概述数据存储器芯片(RAM)的引脚特征如何选择地址锁存器单片机引脚的三总线形式单片机数据存储器扩展准备工作硬件连接框图实例2020/2/1222§3I/O扩展3-1多功能芯片的扩展扩展时要用MOVX访问外部RAM的指令，因而会损失外部存储器的扩展空间。*8255A芯片A、B、C三个可编程的8位I/O口，结构如图（40引脚）引脚简介D0～D78位双向数据线，CPU与8255交换数据A0、A1地址线：A1A000读写A口01读写B口10读写C口11写控制字（写入控制寄存器）RD、WR，配合A0、A1，完成读写功能CS片选线，在读写端口及写控制字时，必须有效（为0）RESET复位清除内部存储器，置A、B、C口为输入2020/2/1223§3I/O扩展3-1多功能芯片的扩展*8255A芯片引脚简介PA0～PA7A口（I/O），可为输入，输出或双向PB0～PB7B口（I/O）,可为输入，输出，不可双向，（即不能同时作输入、输出口）PC7～PC0C口（I/O）可分为两个4位，用于输入、输出，由于C口高4位归A组控制，低4位归B组控制：它们分别可作为A、B口的状态控制信号。工作方式选择要对A、B、C口进行工作方式选择，要先写入方式控制字，（A0，A1为1）2020/2/1224§3I/O扩展3-1多功能芯片的扩展*8255A芯片方式控制字2020/2/1225§3I/O扩展3-1多功能芯片的扩展*8255A芯片方式0，基本输入/输出方式可根据相应位控制为输入或输出，不用联路信号，输入数据不会锁存，输出被锁存，此时C口的高4位（低4位也可定义为输入/输出）A、B口工作为方式0时，共有16种组合方式D4D3D1D0方式1，选通输入/输出方式当A口（或B口）工作于方式1时，可指定为输入/输出，但同时要用到3根C口的线作连络信号。A口、B口中有一个为方式1时，余下13根可为方式0（入/出）A口、B口同为方式1时，余下2根C口线可为输入/出联线定义固定，不可更改，见图方式1工作时序，分为输入与输出2020/2/1226§3I/O扩展3-1多功能芯片的扩展*8255A芯片方式2，双向传送方式，此时不需再定义其为输入/出,只有A口有方式2，它用到PC3～PC75根线。此时，PC0～PC2及PB可工作于方式0或方式1（PC0～PC2为其控制联络线）方式2用到的连络线与方式1类似，只不过它是双向方式，会同时用到5根。2020/2/1227§3I/O扩展3-1多功能芯片的扩展*8255A芯片方式2对INTE的控制：即对上面所述INTR的开闭，它由C口的相应位控制，是1为允许中断，入PC4入PC2A口（方式1B口（方式1）方式2）出PC6出PC2控制位写入C口，是通过写入控制寄存器（A0、A1为11）置位复位控制字2020/2/12288255A总结1.与单片机的连接与访问方式(MOVX)2.PA\PB\PC三个口及其工作方式3.PC口的联络线情况4.PA\PB的中断使能情况5.方式控制字6.置位\复位控制字7.例子2020/2/1229§3I/O扩展3-1多功能芯片的扩展*8255A芯片例：A口方式2，B口方式1，输入D7D6D5D4D3D2D1D011XXX11XA口PC2～PC4B口B口PC0～PC3方式2无意义被A口用方式1入被B口用上例中A允许中断，B禁止中断PC4、PC6为1PC2为0000010010000110100000100任意PC4任意PC6任意PC22020/2/1230§3I/O扩展3-1多功能芯片的扩展*8255A芯片例：2020/2/1231§3I/O扩展3-1多功能芯片的扩展*8255A芯片访问时A2应为0CS=0R7内容向B口输出A口内容输入至R3MOVR0，#03H；控制字地址MOVA，#91H；控制字MOVX@R0，A；送控制字MOVR0，#01H；送端口B的地址MOVA，R7MOVX@R0，A；数据从B口输出DECR0；R0高为0，选中A口MOVXA，@R0；从A口读数MOVR3，A；数放入R32020/2/1232§3I/O扩展3-2用TTL芯片扩展如果只需I/O扩展，还常常用TTL芯片，它们价格低，使用也方便。用TTL芯片扩展的基本原理是，利用其具有锁存或三态功能。用部分地址线及控制线作片选或方向选通，扩展多个I/O口2020/2/1233§3I/O扩展3-2用TTL芯片扩展*74LS377功能2020/2/1234§3I/O扩展3-2用TTL芯片扩展*用74LS377和74LS244功能扩展I/O口2020/2/1235§3I/O扩展3-2用TTL芯片扩展*用74LS377和74LS244功能扩展I/O口输出：377（1），8Q接G端，地址为7FH377（2），7Q接G端，地址为BFH输入：244（1），1Y接G端，地址为FEH244（2），2Y接G端，地址为FDH用存储器写指令用存储器读指令2020/2/1236MCS-51扩展总线返回2020/2/1237244和245图返回2020/2/1238最小系统返回2020/2/1239373和374图返回2020/2/1240二片EPROM扩展返回2020/2/1241数据存储器扩展返回2020/2/12428255结构返回2020/2/12438255C口引脚分配返回2020/2/1244方式1工作时序返回2020/2/1245方式1工作时序返回