第7章80C51单片机系统扩展.PPTVIP

第7章 80C51单片机系统扩展 教学提示和教学目标 教学提示：80C51系列单片机芯片内部集成了计算机的基本功能部件，如CPU、RAM、ROM、并行和串行I/O接口以及定时器/计数器等，使用非常方便，对于小型的测控系统已经足够了。但对于较大的应用系统，往往还需要扩展一些外围芯片，以弥补片内硬件资源的不足。 教学目标：掌握80C51单片机总线扩展逻辑；掌握80C51单片机存储器扩展方法；掌握80C51单片机并行I/O接口扩展方法；掌握80C51单片机I/O接口输出技术。 7.1 存储器的扩展 在实际的应用系统中，不仅需要扩展程序存储器，还需要扩展数据存储器和I/O接口芯片。这3种芯片都是通过总线与单片机相连，通过编址实现一个唯一地址对应系统中的一个外围芯片，使单片机数据总线分时地与各外围芯片进行数据传送而不发生冲突。 7.1.1 程序存储器的扩展 7.1.2 数据存储器的扩展 7.1.1 程序存储器的扩展 尽管在MCS-51系列单片机中已经有4KB的ROM和128B的RAM，但MCS-51系列单片机还是经常要进行ROM的扩展。由于超大规模集成电路制造工艺的发展，芯片集成度越来越高，扩展ROM时使用的ROM芯片数量越来越少，所以芯片选择多采用线选法，而地址译码法用得较少。 1．程序存储器芯片 2．片外程序存储器操作时序 3．程序存储器的扩展电路 线选法 若系统只扩展少量的RAM和I/O口芯片，可采用线选法。 线选法是把单片机高位地址分别与要扩展芯片的片选端相连，控制选择各条线的电路以达到选片目的，其优点是接线简单，适用于扩展芯片较少的场合，缺点是芯片的地址不连续，地址空间的利用率低。 全地址译码法 利用译码器对系统地址总线中未被外扩芯片用到的高位地址线进行译码，以译码器的输出作为外围芯片的片选信号。常用的译码器有74LS139、74LS138、74LS154等。优点是存储器的每个存储单元只有唯一的一个系统空间地址，不存在地址重叠现象；对存储空间的使用是连续的，能有效地利用系统的存储空间。缺点是所需地址译码电路较多，全地址译码法是单片机应用系统设计中经常采用的方法 。 1．程序存储器芯片 Intel 27系列的EPROM芯片有2716(2K*8)、2732(4K*8)、2764(8K*8)、27128(16K*8)、27256(32K*8)、27512(64K*8)等，这些芯片上均有一个玻璃窗口，在紫外光下照射20min左右，存储器中的各位信息均变为1，然后可通过相应的编程器将工作程序固化到这些芯片中。 Intel 27系列芯片引脚功能如图7.2所示。 图7.2 几种芯片的引脚定义 2．片外程序存储器操作时序 访问片外ROM的时序 如图7.3所示。 ALE是地址锁存允许控制信号，从图7.3中可以看出，ALE上升为高电平后，P2口输出高8位地址PCH(S1P2那条虚线)，P0口输出低8位地址PCL(S2P1那条虚线)；ALE下降为低电平后，P2口输出的信息不变，而P0口将读取片外程序存储器中的指令，输出的低8位地址消失。因此，低8位地址须在ALE降为低电平之前由外部地址锁存起来。在接下来的 输出一负跳变，选通片外程序存储器，P0口转为输入状态，接受片外程序存储器的指令字节。 同时，单片机CPU在访问片外程序存储器的机器周期内，信号ALE出现两次正脉冲，程序存储器选通信号 两次有效，这说明在一个机器周期内，CPU可以两次访问片外程序存储器，也即在一个机器周期内可以处理2个字节的指令代码(双字节单周期指令)。 图7.3　片外ROM的操作时序 3．程序存储器的扩展电路 图7.4给出了2764与单片机的硬件连接。 图7.4所示 的74LS373为地址锁存器，其真值表 如表7.2所示。 常用的 芯片主要有Intel 2817A、2864A等。图7.5所示 是2864A的引脚排列。 2864A的工作方式 如表7.3所示。 图7.4 扩展2764 EPROM 表7.2 74LS373真值表 图7.5 2864A引脚排列 表7.3 2864A工作方式选择 7.1.2 数据存储器的扩展 数据存储器主要用来存取要处理的数据，在MCS-51系列单片机产品中片内数据存储器容量一般为128～256B。当数据量较大时，就需要在外部扩展RAM数据存储器。扩展容量最大可达64KB。 1．数据存储器的扩展原理 2．数据存储器扩展连接 3．片外数据存储器的操作指令及时序 4．数据存储器芯片及扩展电路 1．数据存储器的扩展原理 (1) 数据存储器和程序存储器地址重叠(0000H～FFFFH)，但使用不同的控制信号和指令，且与I/O、A/D、D/A转换电路、扩展定时器/计数器及其他外围芯片统一编址。 (2) 由于数据存储器的程序存储器地址重叠，故两者