第8章 MCS-51单片机扩展存储器的设计

采用74LS373的地址总线的扩展电路如下图。 采用74LS373的地址总线的扩展电路如下图。 74LS373的地址总线的扩展电路如下图
＋5V
下图为AT89C52单片机通过三总线的扩展系统结构图 下图为AT89C52单片机通过三总线的扩展系统结构图 AT89C52
1.以P0口作为低8位地址/数据总线, P2口的口线作高位地 1.以P0口作为低8位地址/数据总线,以P2口的口线作高位地 口作为低 址线。 址线。 地址总线由单片微机P0口提供低8位地址A0-A7，P2口 地址总线由单片微机P0口提供低8位地址A0-A7，P2口 P0口提供低 A0 提供高8位地址A8 A15。P0口是地址总线低 位和8 A8口是地址总线低8 提供高8位地址A8-A15。P0口是地址总线低8位和8位数据 总线分时复用口，用作地址线。 P0口输出的低 口输出的低8 总线分时复用口，用作地址线。故P0口输出的低8位地址 A0~A7必须用锁存器锁存 必须用锁存器锁存。 A0~A7必须用锁存器锁存。 锁存器的锁存控制信号为单片微机ALE ALE引脚输出的控 锁存器的锁存控制信号为单片微机ALE引脚输出的控 制信号。 ALE的下降沿将P0口输出的地址A0~A7锁存 P0、 的下降沿将P0口输出的地址A0~A7锁存。 制信号。在ALE的下降沿将P0口输出的地址A0~A7锁存。P0、 P2口在系统扩展中用做地址线后便不能作为一般I/O口使用。 P2口在系统扩展中用做地址线后便不能作为一般I/O口使用。 口在系统扩展中用做地址线后便不能作为一般I/O口使用 由于地址总线宽度为16 16位 故可寻址范围为64KB 64KB。 由于地址总线宽度为16位，故可寻址范围为64KB。 数据总线由P0口提供， D0～D7表示 P0口为三态双 P0口提供 表示。 数据总线由P0口提供，用D0～D7表示。P0口为三态双 向口为三态双向口，是应用系统中使用最为频繁的通道。 向口为三态双向口，是应用系统中使用最为频繁的通道。 所有单片微机与外部交换的数据、指令、信息， 所有单片微机与外部交换的数据、指令、信息，除少数可 直接通过P1口外，全部通过P0口传送。 P1口外 P0口传送 直接通过P1口外，全部通过P0口传送。 数据总线是并连到多个连接的外围芯片的数据线上， 数据总线是并连到多个连接的外围芯片的数据线上， 而在同一时间里只能够有一个是有效的数据传送通道。 而在同一时间里只能够有一个是有效的数据传送通道。哪 个芯片的数据通道有效， 个芯片的数据通道有效，则由地址线控制各个芯片的片选 线来选择。 线来选择。
8.2
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系统总线及总线构造
8.2.1 系统总线 所谓总线，就是连接计算机CPU CPU与各部件的一组公共信 所谓总线，就是连接计算机CPU与各部件的一组公共信 号线。MCS-51使用的是并行总线结构 使用的是并行总线结构， 号线。MCS-51使用的是并行总线结构，按其功能通常把系统 总线分为三组： 总线分为三组： 1.地址总线 地址总线（ Bus,简写AB） 简写AB 1.地址总线（Adress Bus,简写AB） 地址总线用于传输单片机发出的地址信号，以便进行存 地址总线用于传输单片机发出的地址信号， 储单元和I/O端口的选择。地址总线是单向的， I/O端口的选择 储单元和I/O端口的选择。地址总线是单向的，只能由单片 机向外送出。 机向外送出。 2.数据总线 数据总线( Bus，简写DB) 2.数据总线(Data Bus，简写DB) 数据总线用于单片机与存储器之间或与I/O I/O之间传送数 数据总线用于单片机与存储器之间或与I/O之间传送数 单片机的数据总线与单片机处理数据的字长一致。 据。单片机的数据总线与单片机处理数据的字长一致。数据 总线是双向的，可以进行2个方向的传输。 总线是双向的，可以进行2个方向的传输。 3.控制总线 控制总线（ Bus，简写CB CB） 3.控制总线（Control Bus，简写CB） 控制总线实际实际上是一组控制信号线， 控制总线实际实际上是一组控制信号线，包括单片机发 出的和其他部件发送给单片机的。单根控制信号线是单向的， 出的和其他部件发送给单片机的。单根控制信号线是单向的， 而控制总线是双向的。 而控制总线是双向的。
2.控制信号线。 2.控制信号线。 控制信号线 控制总线包括片外系统扩展用控制线和片外信号对单片微 机的控制线。 机的控制线。 ALE---------低 位地址的锁存控制信号。 *ALE-----低8位地址的锁存控制信号。 *PSEN*-----扩展程序存储器的读选通信号。 -----扩展程序存储器的读选通信号。 扩展程序存储器的读选通信号 -----内外程序存储器的选择控制信号 内外程序存储器的选择控制信号。 *EA*-----内外程序存储器的选择控制信号。 信号作为扩展数据存储器和I/O口的读选通、 I/O口的读选通 *由RD*和WR*信号作为扩展数据存储器和I/O口的读选通、 写选通信号。 写选通信号。 尽管MCS 51有 个并行I/O MCSI/O口 32条口线 条口线， 尽管MCS-51有4个并行I/O口，共32条口线，但由于系统扩 展需要，真正作为数据I/O使用的，就剩下P1口和P3 I/O使用的 P1口和P3口的部分 展需要，真正作为数据I/O使用的，就剩下P1口和P3口的部分 口线。 口线。
80C51控制总线解析： 控制总线解析： 控制总线解析
① ALE：输出，用于锁存P0口输出的低8位地址信号，与地 输出， 输出 用于锁存P 口输出的低8位地址信号， 址锁存器门控端G连接。 址锁存器门控端G连接。 PSEN：输出，用于外ROM(扩展程序存贮器的) ROM(扩展程序存贮器的 ② PSEN：输出，用于外ROM(扩展程序存贮器的)读选 通控制，与外ROM输出允许端OE连接。 ROM输出允许端OE连接 通控制，与外ROM输出允许端OE连接。 EA：输入，用于选择读内/ ROM。EA=1 读内ROM ROM； ③ EA：输入，用于选择读内/外ROM。EA=1，读内ROM； EA=0 读外ROM 一般情况下，有并且使用内ROM ROM。 ROM时 EA=0，读外ROM。一般情况下，有并且使用内ROM时， EA接Vcc；无内ROM或仅使用外ROM ROM或仅使用外ROM时 EA接地 接地。 EA接Vcc；无内ROM或仅使用外ROM时，EA接地。 RD：输出，用于读外RAM选通，执行MOVX读指令时， RAM选通 MOVX读指令时 ④ RD：输出，用于读外RAM选通，执行MOVX读指令时， RD会自动有效 会自动有效， RAM读允许端OE连接 读允许端OE连接。 RD会自动有效，与外RAM读允许端OE连接。 WR：输出，用于写外RAM选通，执行MOVX写指令时， RAM选通 MOVX写指令时 ⑤ WR：输出，用于写外RAM选通，执行MOVX写指令时， WR会自动有效 会自动有效， RAM写允许端WE连接 写允许端WE连接。 WR会自动有效，与外RAM写允许端WE连接。 P2.X：并行扩展外RAM和I/O时 通常需要片选控制， ⑥ P2.X：并行扩展外RAM和I/O时，通常需要片选控制， 一般由P2口高位地址线担任。 P2口高位地址线担任 一般由P2口高位地址线担任。
89C51的最小系统 89C51的最小系统
8031单片机最小应用系统 单片机最小应用系统 8031单片机片内无 单片机片内无ROM， 若要正常工作 ， 单片机片内无 ， 若要正常工作， 必需外配ROM。 外接 必需外配 。 外接ROM后 ， P3口 、 P2口 、 后 口 口 P0口均被占用只剩下 口作 / O口用，其它功 口均被占用只剩下P1口作 口用， 口均被占用只剩下 口作I 口用 能不变。 能不变。
第8讲 MCS-51单片机 MCS-51单片机 扩展存储器设计
8.1 概述
单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的控制时， 单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的控制时， 它自身的功能远远不能满足需要。为此，应扩展其功能。 它自身的功能远远不能满足需要。为此，应扩展其功能。 MCS-51系统扩展主要有：程序存储器（ROM）的扩展、 MCS-51系统扩展主要有：程序存储器（ROM）的扩展、数 系统扩展主要有 据存储器（RAM）的扩展、I/O口的扩展 中断系统扩展以及 口的扩展、 据存储器（RAM）的扩展、I/O口的扩展、中断系统扩展以及 其它特殊功能接口的扩展等。 其它特殊功能接口的扩展等。 并行扩展法和 对于单片微机系统扩展的方法有并行扩展法 对于单片微机系统扩展的方法有并行扩展法和串行扩展 两种。 法两种。 并行扩展法是指利用单片微机本身具备的三组总线（AB、 并行扩展法是指利用单片微机本身具备的三组总线（AB、 DB、CB）进行的系统扩展， DB、CB）进行的系统扩展，一般构成单片微机应用系统的扩 展方法基本上都是并行的三总线扩展。近几年， 展方法基本上都是并行的三总线扩展。近几年，由于集成电 路设计、工艺和结构的发展，串行扩展法得到了很快发展， 路设计、工艺和结构的发展，串行扩展法得到了很快发展， 它利用SPI三线总线和I 双线总线进行串行系统扩展。 SPI三线总线和 它利用SPI三线总线和I2C双线总线进行串行系统扩展。有的 单片微机应用系统可能同时采用并行扩展法和串行扩展法。 单片微机应用系统可能同时采用并行扩展法和串行扩展法。
8.2.2
构造系统总线 系统扩展的首要问题:构造系统总线， 系统扩展的首要问题:构造系统总线，然后再往系统总线上
“挂”存储器芯片或I/O接口芯片，“挂”存储器芯片就是存储 存储器芯片或I/O接口芯片， I/O接口芯片 器扩展， 器扩展，“挂”I/O接口芯片就是I/O扩展。 I/O接口芯片就是I/O扩展。 接口芯片就是I/O扩展 MCS-51由于受引脚数目的限制，数据线和低8位地址线复用。 MCS-51由于受引脚数目的限制，数据线和低8位地址线复用。 由于受引脚数目的限制 为了将它们分离出来，需要外加地址锁存器， 为了将它们分离出来，需要外加地址锁存器，从而构成与一般 CPU相类似的片外三总线，见下图。 CPU相类似的片外三总线，见下图。 相类似的片外三总线 地址锁存器一般采用八 透明锁存器74LS373，74LS373的锁 地址锁存器一般采用八D透明锁存器74LS373，74LS373的锁 74LS373 存允许信号G是电平锁存。 存允许信号G是电平锁存。当G从高电平转为低电平时，将其输入 从高电平转为低电平时， 端的数据锁存在输出端。 ALE为高电平时， 端的数据锁存在输出端。当ALE为高电平时，八D锁存器74LS373 为高电平时 锁存器74LS373 的输入和输出是透明的。 ALE出现下降沿后， 的输入和输出是透明的。当ALE出现下降沿后，八D锁存器 出现下降沿后 74LS373的输出即为A0～A7，这时P0口上出现的是数据， 74LS373的输出即为A0～A7，这时P0口上出现的是数据，实现了 的输出即为A0 P0口上出现的是数据 地址低8位和数据线的分离。 地址低8位和数据线的分离。
数据传送:由数据总线DB D0～D7）完成； DB（ ⑴ 数据传送:由数据总线DB（D0～D7）完成； D0～D7由P0口提供 D0～D7由P0口提供 单元寻址:由地址总线AB A0～A15）完成； AB（ ⑵ 单元寻址:由地址总线AB（A0～A15）完成； 位地址线A0 A7由P0口提供 A0～ 低8位地址线A0～A7由P0口提供 位地址线A8 A15由P2口提供 A8～ 口提供。 高8位地址线A8～A15由P2口提供。 交互握手:由控制总线CB完成。 CB完成 ⑶ 交互握手:由控制总线CB完成。 控制线有PSEN WR、RD、ALE、 PSEN、 控制线有PSEN、WR、RD、ALE、EA
系统扩展结构如下图: 系统扩展结构如下图:
MCS-51单片机外部存储器结构 哈佛结构 。 单片机外部存储器结构:哈佛结构 单片机外部存储器结构 MCS-96单片机的存储器结构 普林斯顿结构。 单片机的存储器结构:普林斯顿结构 单片机的存储器结构 普林斯顿结构。 MCS-51数据存储器和程序存储器的最大扩展空间各 数据存储器和程序存储器的最大扩展空间各 数据存储器和程序存储器的最大扩展空间各64KB。 。 系统扩展是通过系统总线进行的，故首先要构造系统总线 构造系统总线。 系统扩展是通过系统总线进行的，故首先要构造系统总线。