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典型的单片机应用系统硬件设计•设计内容：•以89C52单片机扩展1片程序存储器EPROM2764，1片数据存储器RAM6264、1片并行I/O接口8155（用作键盘显示器的接口）为例，设计一个通用的、典型的单片机扩展系统的硬件原理图。•设计要求：•1.画出电路连接原理图，要求程序存储器2764与数据存储器所占用的地址范围为4000H～5FFFH(或6000H～7FFFH);8155片内RAM所占用的地址为8000H～80FFH，其余口地址为A000H～A005H。•2.给出89C52连接2764、6264及8155芯片的地址译码关系图。单片机实训&课程设计项目(一)8051单片机应用系统设计____硬件扩展技术项目设计原理介绍内容介绍§1.单片机应用系统及其扩展介绍§1.080C51单片微机的内部结构概况§1.1单片机最小应用系统§1.2系统扩展的内容与方法§2常用的扩展器件简介§3存储器的扩展§3.1存储器扩展概述§3.2程序存储器的扩展§3.3数据存储器的扩展§3.4全地址范围的存储器最大扩展系统§4I/O口的扩展§5典型的单片机应用扩展系统实例§1.单片机最小应用系统及其扩展概述§1.080C51单片微机的内部结构概况一般微型计算机的基本硬件由四部分组成，即中央处理器CPU(通常包括运算器和控制器)、存储器+输入/输出(I/O)接口及系统总线。将组成计算机的基本部件集成在一块大规模集成电路芯片上，则俗称为单片微型计算机，简称单片机。51系列单片机内部主要包括中央处理器CPU(算术逻辑部件ALU、控制器等)、只读存储器（ROM/EPROM）、随机存取存储器（RAM）、定时器/计数器、并行I/O口P0～P3、串行口、中断系统以及定时控制逻辑电路等。8051系列单片机内部结构如图1－1.0所示。8051简化的内部结构如图1－1.1所示图1–1.08051的内部结构图图1-1.180C51－单片机简化结构框图§1-1.1单片机最小应用系统及其扩展概述1.单片机最小应用系统单片机系统的扩展是以基本的最小系统为基础的,故应首先熟悉最小应用系统的结构。实际上,内部带有程序存储器的8051或8751及89C51单片机本身就是一个最简单的最小应用系统。许多实际应用系统就是用这种成本低和体积小的单片结构实现了高性能的控制。对于目前国内较多采用的内部无程序存储器的芯片8031来说,则要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统。1.2片内带程序存储器的最小应用系统片内带程序存储器的8051、8751及89C51本身即可构成一片最小系统,只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可,同时接高电平,ALE、信号不用,系统就可以工作。如图1―1.2所示该系统的特点如下:PSENEA•(1)系统有大量的I/O线可供用户使用，P0、P1、P2、P3四个口都可以作为I/O口使用。•(2)内部存储器的容量有限,只有128B的RAM和4KB的程序存储器。(3)应用系统的开发具有特殊性,由于应用系统的P0口、P2口在开发时需要作为数据、地址总线,故这两个口上的硬件调试只能用模拟的方法进行。•8051的应用软件须依靠厂家用掩膜技术置入,故一般只适用于可作大批量生产的应用系统。图1―1.2MCS—51系列最小化系统2.片内无程序存储器的最小应用系统•片内无程序存储器的芯片构成最小应用系统时,必须在片外扩展程序存储器。•由于一般用作程序存储器的EPROM芯片不能锁存地址,故扩展时还应加1个锁存器,构成一个3片最小系统,如图1―2所示。该图中74LS373为地址锁存器,用于锁存低8位地址。图1―1.38031最小化系统§1.2系统扩展的内容与方法•1.单片机并行扩展的三总线结构•为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接,常将单片机的外部连线变为一般的微型计算机3总线结构形式。对于MCS-51系列单片机,其3总线由下列通道口的引线组成:•地址总线:由P2口提供高8位地址线,此口具有输出锁存的功能,能保留地址信息。由P0口提供低8位地址线。•数据总线:由P0口提供。此口是双向、输入三态控制的8位通道口。•控制总线:扩展系统时常用的控制信号有•ALE——地址锁存信号,用以实现对低8位地址的锁存。•———片外程序存储器取指信号。•———片外数据存储器读信号（P3.7）。•——片外数据存储器写信号（P3.6）。•单片机扩展成3总线结构的示意图如图1―1.4所示。即,扩展芯片与主机的连接方法同一般3总线结构的微型计算机就完全一样。•对于MCS-51系列单片机,Intel公司专门为它们配套生产了一些专用外围芯片,使用起来更加方便。PSENRDWR图1―1.4单片机并行三总线结构形式8051引脚图2.系统扩展的内容与方法(1)系统的扩展一般有以下几方面的内容:•①外部程序存储器的扩展;•②外部数据存储器的扩展;•③输入/输出接口的扩展;•④管理功能器件的扩展(如定时/计数器、键盘/显示器、中断优先编码器等)。•(2)系统扩展的基本方法:•①使用TTL中小规模集成电路进行扩展。•②采用IntelMCS-80/85微处理器外围芯片扩展。•③采用为MCS-48系列单片机设计的一些外围芯片,其中许多芯片可直接与MCS-51系列单片机连用。•④采用与intelMCS-80/85外围芯片兼容的其它一些通用标准芯片。§2常用的扩展器件简介•1.8D锁存器74LS373•74LS373是一种带输出三态门的8D锁存器，其结构示意图如图所示。•其中：•1D～8D为8个输入端。•1Q～8Q为8个输出端。•G为数据打入端：•当G为“1”时，锁存器输出状态(1Q～8Q)同输入状态(1D～8D)；当G由“1”变“0”时，数据打入锁存器中。•8D锁存器74LS373用作地址锁存器时的连接图如图所示。图2.174LS373用作地址锁存器2.总线驱动器74LS244,74LS245•总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲器，74LS244为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向三态数据缓冲器。•单向的内部有8个三态驱动器，分成两组，分别由控制端和控制；•双向的有16个三态驱动器，每个方向8个。在控制端有效时(为低电平)，由DIR端控制驱动方向：DIR为“1”时方向从左到右(输出允许)，DIR为“0”时方向从右到左(输入允许)。74LS244和74LS245的引脚图如图4―5所示。1G2GGG1G图2.2总线驱动器芯片管脚图(a)单向驱动器74LS244;(b)双向驱动器74LS245•P2口如外接总线驱动器，可用单向的72LS244,其连接图如图1―6(a)所示。它的两个控制端和均接地，相当于8个三态门均打开，数据从P2口到A8～A15端直通，也就是说，此处采用74LS244纯粹是为了增加驱动能力而不加任何控制。1G2G图2.3总线驱动器的连接图(a)P2口外接74LS244(b)P0口外接74LS2451G3.3—8译码器74LS138•3—8译码器74LS138为一种常用的地址译码器芯片，其管脚图如图1―7所示。其中，G1、、为三个控制端，只有当G1为“１”且、均为“0”时，译码器才能进行译码输出。否则译码器的8个输出端全为高阻状态。译码输入端与输出端之间的译码关系如表1―1所示。•具体使用时，G1、与既可直接接至+5V端或地，也可参与地址译码。但其译码关系必须为100。需要时也可通过反相器使输入信号符合要求。2GA2GB2GA2GB2GB2GA表1―174LS138的译码关系图2.474LS138管脚图§3存储器的扩展•51系列单片机具有64KB的程序存储器空间，其中8051/52、8751/52、89C51/52型单片机内含有4/8KB的片内程序存储器,而8031型单片机则无片内程序存储器。当采用8051、8751型单片机而程序超过4KB,或采用8031型单片机时,就需要进行程序存储器的扩展。•51系列单片机的数据存储器与程序存储器的地址空间是互相独立的,其片外数据存储器的空间可达64KB,而片内的数据存储器空间只有128B。如果片内的数据存储器不够用时,则需进行数据存储器的扩展。•半导体存储器分为随机存取存储器(RAM-RandomAccessMemory)和只读存储器(ROM-ReadOnlyMemory)两大类,前者主要用于存放数据,后者主要用于存放程序及常数表格。•1.只读存储器（程序存储器）简介•只读存储器是由MOS管阵列构成的,以MOS管的接通或断开来存储二进制信息。按照程序要求确定ROM存储阵列中各MOS管状态的过程叫做ROM编程。根据编程方式的不同,ROM可分为以下三种:§3.1常用存储器芯片简介•1)掩膜ROM•掩膜ROM简称为ROM,其编程是由半导体制造厂家完成的,即在生产过程中进行编程。•2)可编程ROM(PROM)•PROM芯片出厂时并没有任何程序信息,其程序是由用户写入的,与掩膜ROM相比,有了一定的灵活性,批量也不一定很大。•3)可擦除ROM包括紫外线可擦除的EPROM或电可擦除EEPROM。•可擦除ROM芯片的内容由用户写入,并允许反复擦除重新写入。•EEPROM芯片每个字节可改写万次以上,信息的保存期大于10年。这种芯片给计算机应用系统带来很大的方便,不仅可以修改参数,而且断电后能保存数据。它的缺点是价格偏高。•EPROM2764简介•1)2764的引脚•自从EPROM2716芯片被逐渐淘汰后,目前比较广泛采用的是2764芯片。该芯片为双列直插式28引脚的标准芯片,容量为8K×8位,其管脚如图4―8所示CEOE图3.1EPROM2764引脚图其中:A12~A0:13位地址线。D7~D0:8位数据线。:片选信号,低电平有效。:输出允许信号,当为0时,输出缓冲器打开,被寻址单元的内容才能被读出。VPP:编程电源,当芯片编程时，该端加上编程电压(+25V或+12V);正常使用时,该端加+5V电源。(NC为不用的管脚)。OEEPROM的型号有2716、2732、2764、27128、27256、27512等，其主要差别是地址线引脚的数目不同，分别是11、12、13、14、15、16条不等。•2.数据存储器概述•数据存储器即随机存取存储器(RandomAccessMemory),简称RAM,用于存放可随时修改的数据信息。它与ROM不同,对RAM可以进行读、写两种操作。RAM为易失性存储器,断电后所存信息立即消失。•按其工作方式,RAM又分为静态(SRAM)和动态(DRAM)两种。静态RAM只要电源加上,所存信息就能可靠保存。•静态RAM6264简介•6264是8K×8位的静态数据存储器芯片,采用CMOS工艺制造,为28引脚双列直插式封装,其引脚图如图3.3所示。图3.2RAM6264引脚图RAM的型号有2114、6116、6264、62256、62512等，其主要差别是地址线引脚的数目不同，分别是10、11、13、15、16条不等。其中，2114芯片的数据线为4位。•存储器扩展的核心问题是存储器的编址问题。所谓编址就是给存储单元分配地址。由于存储器通常由多片芯片组成,为此存储器的编址分为两个层次:即存储器芯片的选择和存储器芯片内部存储单元的选择。§3.2存储器扩展的硬件连接•存储器芯片的选择常用两种方法:线选法和译码法。•1.线选法•线选法就是直接以系统的地址线作为存储器芯片的片选信号,为此只需把用到的地址线与存储器芯片的片选端直接相连即可。•2.译码法•译码法就是使用地址译码器对系统的片外地址进行译码,以其译码输出作为存储器芯片的片选信号。•译码法又分为完全译码和部分译码两种。•(1)完全译码。•地址译码器使用了全部地址线，地址与存储单元一一对应，也就是1个存储单元只占用1个唯一的地址。•(2)部分译码。•地址译码器仅使用了部分地址线，地址与存储单元不是一一对应，而是1个存储单元占用了几个地址。1根地址线不接，一个单元占用2(21)个地址；2根地址线不接，一个单元占用4(22)个地址；3根地址线不接，则占用8(23)个地址，依此类推。•在设计地址