單片機原理及其應用課件第七(修訂)

1、單片機原理及其應用揚州大學1單片機原理及其應用(Principle and Application of Single Chip Microcomputer)單片機原理及其應用揚州大學2第1章 概述第2章 MCS-51單片機硬件結構第3章 MCS-51尋址方式和指令系統(tǒng)第4章 MCS-51匯編程序設計第5章 中斷系統(tǒng)第6章 定時器/計數(shù)器及串行口第7章 存儲器擴展第8章 接口電路擴展第9章 應用舉例單片機原理及其應用揚州大學3第7章 MCS-51單片機系統(tǒng)擴展技術7.1 MCS-51單片機系統(tǒng)擴展的基本概念7.2 存儲器地址空間分配7.3 程序存儲器擴展技術7.4 數(shù)據(jù)存儲器擴展技術7.5 存

2、儲器混合擴展技術7.6 E2PROM的擴展技術7.7 輸入/輸出口擴展技術單片機原理及其應用揚州大學47.1 MCS-51單片機系統(tǒng)擴展的基本概念7.1.1 MCS-51單片機最小應用系統(tǒng)7.1.2 MCS-51單片機的外部擴展性能單片機原理及其應用揚州大學57.1.1 MCS-51單片機最小應用系統(tǒng) 18051/8751最小應用系統(tǒng)（如圖7-1所示）。 由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應用特點是：（1）全部I/O口線均可供用戶使用。（2）內(nèi)部存儲器容量有限（只有4KB地址空間）。（3）應用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。圖7-1 8051/8751最小應用系統(tǒng)單片機原理及其應

3、用揚州大學628031最小應用系統(tǒng) 8031片內(nèi)無程序存儲器，其最小應用系統(tǒng)應在片外擴展EPROM。圖7-2為用8031外接程序存儲器構成的最小系統(tǒng)。圖7-2 8031最小應用系統(tǒng)PSEN單片機原理及其應用揚州大學77.1.2 MCS-51單片機的外部擴展性能1MCS-51單片機的片外總線結構 MCS-51單片機片外引腳可以構成如圖7-3所示的三總線結構： 所有外部芯片都通過這三組總線進行擴展。圖7-3 MCS-51系統(tǒng)擴展單片機原理及其應用揚州大學8圖7-4 8031單片機總線構造2. 構造系統(tǒng)總線 單片機原理及其應用揚州大學9（1）P0口作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線（2）P2口作為高8位地址總

4、線圖7-5 地址總線擴展單片機原理及其應用揚州大學10（3）控制總線ALE: 低8位地址鎖存信號/PSEN: 程序存儲器讀信號/EA: 內(nèi)/外部程序存儲器選擇信號/RD: 外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號/WR: 外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號單片機原理及其應用揚州大學117.2 存儲器地址空間分配7.2.1 存儲器讀寫控制EPROM: 只讀，讀引腳 /OE 通常接 /PSEN。RAM: 可讀可寫，讀引腳 /OE 接 /RD, 寫引腳 /WE 接 /WR。7.2.2 存儲器地址空間分配 擴展多片存儲器、I/O接口：區(qū)分各個存儲器芯片和接口芯片是單片機擴展應用時要解決的問題。 存儲空間的分配，使一個存儲單元對應一個地

5、址, 把ROM、RAM、I/O分配在不同的地址范圍。 單片機原理及其應用揚州大學121）線選法擴展存儲器 線選法：直接用高位地址作為存儲器（I/O芯片）的片選信號。把選中的地址線與存儲器的片選端相連即可。 優(yōu)點：電路簡單、不用地址譯碼芯片。缺點：可尋址的器件數(shù)目受限、地址空間不連續(xù)、存儲單元地址不唯一，只用于簡單的系統(tǒng)。 單個存儲器芯片容量小于存儲空間容量時，選存儲單元分為選片和選片內(nèi)單元兩種選擇。通常用地址高位選片子(片選)，地址低位作片內(nèi)單元選擇。 片選信號是對地址總線進行譯碼獲得的。 譯碼方法有: 線(性)選法 和 (地址)譯碼法兩種形式。單片機原理及其應用揚州大學13某單片機系統(tǒng)需擴展

6、8KB的EPROM(27322), 4KB的RAM(61162)。地址連線見下圖。圖7-7 線選法舉例2732有12根地址線，6116有11根地址線，連接低位地址。各片片選端分別接高四位地址。單片機原理及其應用揚州大學14地址范圍確定 P2.7 P0.02732(1): 0 1 1 1-0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (7000H) 0 1 1 1-1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (7FFFH) P2.6 P0.02732(2): 1 0 1 1-0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (B000H) 1 0 1 1-1 1 1 1 1 1 1 1 1

7、1 1 1 (BFFFH) P2.4 P0.06116(1): 1 1 1 0-0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (E000H) 1 1 1 0-0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (E7FFH) P2.4 P0.06116(1): 1 1 1 0-1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (E800H) 1 1 1 0-1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (EFFFH)6116(2): (D000HD7FFH) (D800HDFFFH)單片機原理及其應用揚州大學152）譯碼法擴展存儲器 用譯碼器對高位地址進行譯碼，分配存儲空間。譯碼器輸出作為芯片的

8、片選信號。它能有效利用存儲空間，適用于大容量多芯片存儲器擴展。 常用譯碼器芯片：74LS138(3-8譯碼器）單片機原理及其應用揚州大學16擴展8片8KB的RAM6264, 只需將64KB分成8個8KB空間。 圖中可見所有的地址線都參與了地址譯碼，稱為全地址譯碼。各個存儲單元有惟一的地址。圖7-8 64KB地址空間分配單片機原理及其應用揚州大學17如何把64KB劃分成每塊4KB的空間？ 4KB832KB, 需15根地址參加譯碼。12根用于片內(nèi)單元譯碼，3根用于片選譯碼。P2.7未參與譯碼，但它決定了選擇前32KB還是后32KB?？赡茉斐煽臻g重疊。 圖7-9(a) 32KB地址空間分配+5V單片

9、機原理及其應用揚州大學18下圖用P2.7控制138，選擇了前32KB空間。圖7-9(b) 32KB地址空間分配單片機原理及其應用揚州大學197.2.2 外部地址鎖存器1.74LS373 74LS373是三態(tài)8D鎖存器。/OE: 輸出允許G: 輸入鎖存選通鎖存2. 74LS573 功能與74LS373一樣，引腳排列不同。圖7-10 373引腳與結構圖7-11 573引腳單片機原理及其應用揚州大學207.3 程序存儲器擴展技術7.3.1 程序存儲器簡介7.3.2 程序存儲器操作時序7.3.3 EPROM擴展電路單片機原理及其應用揚州大學217.3.1 程序存儲器簡介1. 程序存儲器的類型 程序存儲

10、器一般在工作時是只讀的（ROM)(1) 掩模ROM (2) PROM僅用于批量生產(chǎn)。 僅一次可編程。(3) EPROM可多次編程，紫外線擦除。(4) E2PROM可多次編程, 電擦除。寫入速度慢。(5) Flash ROM可多次編程, 電擦除。寫入速度快?？商娲鶨2PROM。很多單片機已將Flash ROM做在片內(nèi)。單片機原理及其應用揚州大學222. 常用EPROM芯片 27系列Vcc: 工作電壓 Vpp: 編程電壓Im: 最大靜態(tài)電流 Is: 維持電流TRM: 最大讀取時間單片機原理及其應用揚州大學23/CE: 片選 /OE: 輸出允許讀出：/CE=0 ，未選中： /CE=1， /OEX 圖

11、7-12 常用EPROM芯片引腳圖單片機原理及其應用揚州大學24GOE7.3.3 EPROM擴展電路12764A EPROM擴展電路地址范圍：0 0000 0000 0000H1 1111 1111 1111H=0000H1FFFH圖7-15 2764 EPROM擴展電路單片機原理及其應用揚州大學25227128 EPROM擴展電路地址范圍：00 0000 0000 0000H11 1111 1111 1111H=0000H3FFFH圖7-16 27128 EPROM擴展電路單片機原理及其應用揚州大學26地址分配：27128(1) : 0000H3FFFH 27128(2) : 4000H7F

12、FFH 27128(3) : 8000HBFFFH 27128(4) : C000HFFFFH3四片27128 EPROM擴展電路(1)(2)(3)(4)圖7-17 多片EPROM擴展電路單片機原理及其應用揚州大學277.4 數(shù)據(jù)存儲器擴展7.4.1 常用靜態(tài)RAM芯片7.4.2 數(shù)據(jù)存儲器操作時序7.4.3 靜態(tài)RAM擴展電路單片機原理及其應用揚州大學28 常用的靜態(tài)RAM芯片有6116(2k8)，6264(8k8)，62128 (16k8)，62256(32k*8)等。7.4.1 常用靜態(tài)RAM芯片/CE: 片選/OE: 讀選通/WE: 寫允許CS: 6264片選圖7-18 常用RAM引腳

13、圖單片機原理及其應用揚州大學297.4.3 靜態(tài)RAM擴展電路1單片6264靜態(tài)RAM擴展地址范圍：00 0000 0000 0000H01 1111 1111 1111H0000H1FFFH, 2000H3FFFH 圖7-21 6264擴展圖cs單片機原理及其應用揚州大學30IC1地址：1100 0000 0000 00001101 1111 1111 1111 (C000HDFFFH)IC2地址：1010 0000 0000 00001011 1111 1111 1111 (A000HBFFFH)IC3地址：0110 0000 0000 00000111 1111 1111 1111 (6

14、000H7FFFH)2多片6264靜態(tài)RAM擴展圖7-22 線選法3片6264擴展圖cscscs單片機原理及其應用揚州大學31IC1地址: 0000 0000 0000 00000011 1111 1111 1111 (0000H3FFFH)IC2地址: 0100 0000 0000 00000111 1111 1111 1111 (4000H7FFFH)IC3地址: 1000 0000 0000 00001011 1111 1111 1111 (8000HBFFFH)IC4地址: 1100 0000 0000 00001111 1111 1111 1111 (C000HFFFFH)3多片62

15、128靜態(tài)RAM擴展圖7-23 譯碼器法片外存儲器擴展圖單片機原理及其應用揚州大學327.5 存儲器混合擴展技術 前面分別介紹了程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的單獨擴展技術。在實際應用中往往ROM和RAM都要擴展。 ROM讀用/PSEN控制，RAM讀寫用/RD和/WR控制。1. 線選法擴展2片6264和2片2764 選片直接用高位地址。2. 譯碼法擴展2片6264和2片2764 選片用譯碼器的輸出。單片機原理及其應用揚州大學332764(1)地址： x100 0000 0000 0000 x101 1111 1111 11112764(2)地址： x010 0000 0000 0000 x011 11

16、11 1111 11116264(1)地址： x100 0000 0000 0000 x101 1111 1111 11116264(2)地址： x010 0000 0000 0000 x011 1111 1111 1111圖7-24 片外存儲器綜合擴展圖（線選法）單片機原理及其應用揚州大學342764(1)地址: 0000 0000 00000000 0001 1111 111111112764(2)地址: 0010 0000 00000000 0011 1111 111111116264(3)地址: 0100 0000 00000000 0101 1111 111111116264(4)地

17、址: 0110 0000 00000000 0111 1111 11111111圖7-25 片外存儲器綜合擴展圖（譯碼器法）單片機原理及其應用揚州大學35（1）ROM讀指令 復位，PC=0000H。 取指令期間，PCL送P0, 經(jīng)373鎖存得地址A7A0，直連2764低8位地址。PCH送P2得地址A15A8。其中A12A8與2764相應地址直連，A15A13接譯碼器。 0000H地址選中2764(1)的第一個地址，當/PSEN有效時，程序代碼就從P0口讀到單片機的指令譯碼器，進行譯碼，決定作何種操作。 此后PC自動加一，取下一個單元的程序代碼。3. 外擴存儲器電路工作原理單片機原理及其應用揚州

18、大學36（2）RAM讀寫 在使用MOVX類指令時，就是對外部RAM進行讀寫。例MOV DPTR, #5000HMOVX A, DPTRMOV 50H, A 執(zhí)行第二條指令時，DPL送P0, 并被373鎖存，DPH送P2。根據(jù)譯碼器以及片內(nèi)譯碼選中6264(1)的5000H單元，當/RD有效時，5000H單元的內(nèi)容進入P0, 并送到A。 MOVXDPTR, A 是執(zhí)行存儲器寫，與存儲器讀的過程類似。 MOVX A, Ri 和 MOVX Ri, A也是執(zhí)行對外部RAM讀寫。Ri的內(nèi)容送P0，形成低8位地址，P2口的內(nèi)容形成高位地址。單片機原理及其應用揚州大學37【例7-1】(8-4) 編程將程序存

19、儲器TAB為首地址的32個單元內(nèi)容依次傳送到外部RAM7000H開始的區(qū)域。MOVP2, #70H；外部RAM高8位地址MOVDPTR, #TABMOVR0, #0AGIN: MOVA, R0；查表偏移量MOVCA, A+DPTRMOVXR0, A；存入外部RAMINCR0CJNER0, #32, AGINHERE: SJMPHERETAB: DB,單片機原理及其應用揚州大學387.6 E2PROM擴展技術 E2PROM是一種電擦除可編程只讀存儲器，其主要特點是能在線擦除和改寫，并在斷電的情況下保持修改的結果。在智能化儀器、儀表、控制裝置等領域得到普遍采用。 E2PROM既可當ROM用也可作R

20、AM用。與RAM比，寫入速度很慢。擦除/寫入壽命有限。 常用的E2PROM芯片主要有Intel 2816/2816A, 2817/2817A、2864A等。單片機原理及其應用揚州大學39/CE: 片選/OE: 輸出允許/WE: 寫允許RDY/BUSY:寫入狀態(tài)圖7-26 常用E2PROM引腳圖單片機原理及其應用揚州大學40單片機原理及其應用揚州大學4112817A E2PROM擴展寫操作時忙(16ms)特性：寫入字節(jié)時自動擦除。 寫入期間， RDY/BUSY變低，數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻態(tài)。圖7-27 2817A 引腳圖單片機原理及其應用揚州大學42地址范圍：0 000 0000 0000H0 111

21、1111 1111H0000H07FFH, 0800H0FFFH 圖7-28 2817A 與8031 接口圖單片機原理及其應用揚州大學43WR1: MOV DPL, R3MOV DPH, R4MOVX A, DPTR ；取源數(shù)據(jù)INC DPTRMOV R3, DPL；保存源數(shù)據(jù)指針MOV R4, DPHMOV DPL, R1; 取2817A地址MOV DPH, R2MOVX DPTR, A ；寫入2817AWAIT: JNB P1.0, WAIT；等待字節(jié)寫完INC DPTRMOV R1, DPL;保存2817A地址MOV R2, DPHDJNZ R0, WR1 ；未完，繼續(xù)RET子程序入口參數(shù)：R0: 寫入的字節(jié)數(shù)R2R1: 2817A地址R4R3: 源數(shù)據(jù)地址對2817A寫操作的程序單片機原理及其應用揚州大學4422864A E2PROM 擴展圖7-29 2864A 引腳圖單片機原理及其應用揚州大學4