第八章单片机系统及外扩展

地址线 数据线
CE. OE. WE RDY/BUSY
片选允许 数据输出使能 写入使能 器件忙闲状态 指示
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E2PROM
E2PROM优点:能够在线檫除和改写,无须象EPROM那样必须用紫 外线照射才能檫除. 2KB的E2PROM2817与相同容量的EPROM2716和静态RAM6116 是兼容的,8KB的E2PROM2864A与同容量的EPROM2764A和静 态RAM6264也是兼容的.所以把E2PROM归并到RAM中也可以 归并到ROM类中,它既具有ROM的非易失性的优点,又象RAM一 样随机地进行读/写,每个单元可重复进行1万次改写,保留信息的 时间长达20年. E2PROM用于单片机系统中,既可以扩展为片外EPROM,也可扩 展为片外RAM.为调试实验更为方便灵活,既可以方便地修改程 序,又能保存调试好的程序.(与RAM芯片相比, E2PROM的写操作 速度是很慢的,另外,它的擦除/写入是有寿命限制的,虽然有1万次 之多,但也不宜用在数据频繁更新的场合,因此,应注意平均地使 用各单元,不然有些单元可能会提前结束寿命)这些特点给硬件线 路的设计和调试带来了方便.
包括：地址总线（AB）；
数据总线（DB）； 控制总线（CB）。
存储器的连接
存储器与微型机三总线的连接： 1、数据线D0～n 连接数据总线DB0～n 2、地址线A0～N 连接地址总线低位AB0～N。 3、片选线CS 连接地址总线高位ABN+1。 4、读写线OE、WE(R/ W) 连接读写控制线RD、WR。
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二、扩充存储器容量：
地址线、数据线和读写控制线均并联。 为保证并联数据线上没有信号冲突，必须用片选信
号区别不同芯片的地址空间（不能共用片选）。
片选方法：
1.线选法：
微型机剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线。
2.译码片选法：
多片存储器芯片组成大容量存储器连接常用片选方法。
图 74LS138
•G1 /G2A /G2B（使能端）：当G1=“1”，G2A=G2B=“0”时，
3/8译码器进入译码状态，这时 Y0～Y7 只有一位是低电平，其 余全为高电平。译码无效时， Y0～Y7 全为高电平，无效。 •C 、B、A：译码器输入 （C 为高位）。 •Y0～Y7 ：译码器输出，低电平有效。
线选法：
直接以系统的地址位作为存储芯片的片选信号。
优缺点：简单明了，且不需增加电路。但存储空 间的使用是断续的，不能有效地利用空间，扩充 容量受限，只适用于小规模系统的存储器扩展。
译码法：
对系统的高位地址进行译码，以其译码输出作为 片选信号。 高效率地利用存储空间，适用于大容量多芯片扩 展。 常用的译码芯片有：74LS139（双2-4译码器）、 74LS138(3-8译码器)和74LS154(4-16译码器)等。
8-1-3 程序存储器扩展
工作时，ROM中的信息只能读出，要用特殊方式
写入(固化信息)，失电后可保持信息不丢失。
1.掩膜ROM：不可改写ROM 由生产芯片的厂家固化信息。在最后一道工序用 掩膜工艺写入信息，用户只可读（如80C51）。 2.PROM：可编程ROM 用户可进行一次编程。存储单元电路由熔丝相连， 当加入写脉冲，某些存储单元熔丝熔断，信息永久写
8-1-2-2

存储器扩展的编址技术
所谓存储器编址，就是使用系统提供的地址线， 通过适当的连接，最终达到一个编址唯一地对 应存储器中一个存储单元的目的。 存储器编址分两个层次：


存储芯片的选择； 芯片内部存储单元的选择。

存储器映像研究各部分存储器在整个存储空间 中所占据的地址范围，以便为存储器的使用提 供依据。
微型机剩余高位地址总线通过地址译码器输出片选信号。
例：三片8KB的存储器芯片组成 24KB 容量的存储器。 设CE1、CE2、CE3 分别连接微型机 R/W 的高位地址总线 CE1 (P2.5) A0～12 AB13、AB14、AB15。 确定各存储器芯 片的地址空间：
CE2 (P2.6) CE3 (P2.7)
第8章 单片机小系统及外扩展
8.1 存储器的扩展(三总线)编址 8.2 新型串行总线技术 8.2.1 SPI接口技术 8.2.2 I2C总线 8.2.2 单总线

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8.1 存储器的扩展及编址
8-1-1 系统扩展及结构 8-1-2 存储器扩展及编址技术 8-1-3 程序存储器扩展 8-1-4 数据存储器扩展 8-1-5 存储器综合扩展 8-1-6 存储器系统的特点和使用
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1 28 2 27 3 26 4 25 5 24 6 2817 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15
Vcc WE NC A8 A9 NC OE A10 CE I/O7 I/O6 I/O5 I/O4 I/O3
A10~A0 I/O7~I/O0
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地址空间：
P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 × × × × × 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
×
× × × ×
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
为两组独立总线。
AB0～N DB0～n R/W
微型机
地址输出 数据有效
采数 样据
存储器与单片机的连接
2.微型机复用总线结构：
数据与地址分时共用 一组总线。
ALE
锁地 存址
D0～n AD0～n ALE R/W 单片机
锁地 存址 Di Qi
A0～n
G 地址锁存器
R/W 存储器
AD0～n
地址 输出
数据 有效
B
C G1 … G2A G2B
Y1
Y2
CE2
CE3
Y7
ABi：
15141312 11109 8
7 6 5 4
3 2 1 0～15141312 11109 8
7 6 5 4 3 2 1 0
Ⅰ：0000 0000 0000 0000～0001 1111 1111 1111=0000H～1FFFH Ⅱ：0010 0000 0000 0000～0011 1111 1111 1111=2000H～3FFFH Ⅲ：0100 0000 0000 0000～0101 1111 1111 1111=4000H～5FFFH
MCS-51用于扩展存储器的外部总线信号： P0.0～0.7 ： 8位数据和低8位地址信号，复用总线AD0～7。 P2.0～2.7 ： 高8位地址信号AB8～15。
ALE：
PSEN：
地址锁存允许控制信号。
片外程序存储器读选通信号。
EA：
RD： WR：
内外程序存储器选择。
片外数据存储器读控制信号。 片外数据存储器写控制信号。
3 2 1 0～15141312 11109 8 7 6 5 4 3 2 1 0
D0～7
D0～ 7 R/W Ⅰ CE A0～12
D0～ 7 R/W Ⅱ CE A0～12
D0～ 7 R/W CE Ⅲ A0～12
ABi：15141312 11109 8 7 6 5 4
Ⅰ：1100 0000 0000 0000～1101 1111 1111 1111=C000H～DFFFH Ⅱ：1010 0000 0000 0000～1011 1111 1111 1111=A000H～BFFFH Ⅲ：0110 0000 0000 0000～0111 1111 1111 1111=6000H～7FFFH
8-1-2-1
存储器系统。
存储器芯片的扩展
用多片存储器芯片组成微型计算机系统所要求的 要求扩充后的存储器系统引出线符合微型计算机 的总线结构要求。
2716与8031的硬件连接图
23 P2.2 22 P2.1 21 P2.0 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 39 P0.0 18 D7 Q7 17 14 13 74LS 8 373 7 4 LE OE 3 D0 Q0 11 1 19 16 15 12 9 6 5 2
8-1-1-2 总线扩展驱动
当单片机外接芯片较多，超出总线负载能力，必须 加总线驱动器。 •单向驱动器 74LS244、 74LS245用于 地址总线驱动； •双向驱动器 74LS255用于 数据总线驱动。

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74LS244 引脚图
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8-1-2 存储器扩展及编址技术
D0～7数据线： 传送存储单元内容。根数与单元数据位数相同。 A0～n地址线(如：1K容量存储器，有10根地址线)： 选择芯片内部一个存储单元。根数由存储器容量决定。 CS 片选线： 选择存储器芯片。当CS信号无效，其它信号线不起作用。 R/W(OE/WE)读写允许线： 打开数据通道，决定数据的传送方向和传送时刻。

8位地址锁存器：74LS373、8282等。
74LS373、8282 功能 锁存 输出允许 输出 G(STB) OE Qi 1 0 Di 0 不变 （Z为高阻抗） 1 Z ×
80C51
图8.2
控制信号：构成扩展系统的控制总线。
1. ALE作地址锁存的选通信号，以实现低8位地址的锁存。 2. PSEN作扩展程序存储器的读选通信号。 3. EA作内外程序存储器的选通信号。 4. RD和WR作扩展数据存储器和I/O端口的读写选通信号。
采数 样据
地址 输出
数据 有效 采数 样据
R/W
8-1-1-1 单片机扩展的实现