MCS-51系统扩展技术(原理、8255、74LS)

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WE
第三节
一、常用芯片
1. 6264 RAM芯片
数据存储器的扩展
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6264是容量为8K×8的静态RAM芯片，采用CMOS工艺制作，为双列直插式 封装，共28只引脚，其中地址线为A0～A12，使用单一+5V电源，额定功耗为 220mW，典型存取时间为200ns。
控制总线
三、MCS-51程序存储器的扩展
1. MCS-51与EPROM的连接
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8031和2764的连接
2. MCS-51与E2PROM的连接
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&
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8031对2817的连接
本次授课主要内容
一、数据存贮器的扩展
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二、并行接口的扩展 1、 8255A可编程接口并行I/O扩展 的工作原理 2、 8255A可编程接口并行I/O扩展 的实现 3、利用TTL或CMOS三态门电路、锁存器，进行并行接口扩展。 重点内容： 8255A可编程接口并行I/O扩展 的工作原理。
一、 常用的程序存储器
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1. EPROM芯片 ROM芯片分为3类，即掩膜ROM、可编程PROM和可擦除 可编程ROM(包括EPROM和E2PROM)。前面两组在实际中使用 得很少，因此这里只介绍最常用的可擦除可编程ROM。
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EPROM芯片：可通过专用的紫外线光源进行照射以擦除其 原有内容，而后用专门的编程器向其写入新的内容。
…..
常用锁存器74LS373芯片
74lS373锁存器功能表
输出控制端(E) 使能端(G) H H L X H L X X 输入端(D) 输出端(Q) H L Q0 Z
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L L L H
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P0 ALE P2 PSEN WR RD MCS-51 G E 74LS373
D0~D7 数据总线 A0~A7 地址总线 A8~A15
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译码器
最常用的译码器芯片有：74LS138（3-8译码器）； 74LS139（双2-4译码器）； 74LS154（4-16译码器）。 可根据设计任务的要求，产生片选信号。
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微 (1)74LS138（3～8译码器） 型 3个选择输入端 机 A 1 16 2 B 15 原 3 3个允许输入端 14 C 理 4 74LS 13 G2A 5 G2B 与 138 12 6 G1 11 7 Y7 应 10 8 GND 9 用
E2PROM芯片：电可擦除 。
一、常用EPROM芯片
A
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211:2K
212:4K
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213:8K
214:16K
常用E2PROM芯片
2817A E2PROM芯片 2817A是容量为2K×8的E2PROM芯片，电擦除，电编程。在进 行擦/写操作时无需外加编程电源和写入脉冲，其读写操作使用的是 单一的+5V电源。在执行写操作之前，它会自动对写入的单元进行 擦除，如同对静态RAM的写操作一样方便。
1 16 2 15 3 14 4 74LS 13 5 139 12 6 11 7 10 8 9
VCC 2G 2A 2B 2Y0 2Y1 2Y2 2Y3
1个允许输 入端
真值表如下表所示。
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74LS139译码器真值表
输 入 输
Y0 1 0 1 1 1 Y1 1 1 0 1 1
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3、系统扩展结构如下图
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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器扩展， “挂”I/O接口芯片就是I/O扩展。
4、总线构造
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线选法示例
例 某一系统，需要外扩8KB的EPROM (2片2732)，4KB的 RAM (2片6116)，这些芯片与MCS-51单片机地址分配有关 的地址线连线，电路如下图。
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地址表示方法
2732：4KB程序存储器，有12根地址线A0～A11，分别与单 片机的P0口及P2.0～P2.3口相连。2732（1）的片选端接A15 （P2.7），2732（2）的片选端接A14（P2.6）。 当要选中某个芯片时，单片机P2口对应的片选信号引脚应为 低电平，其它引脚一定要为高电平。 6116：2KB数据存储器，需要11根地址线作为单元的选择， 而剩下的P2口线（P2.4～P2.7）作为片选线。 两片程序存储器的地址范围： 2732（1）的地址范围：7000H～7FFFH; 2732（2）的地址范围：B000H～BFFFH; 6116（1）的地址范围：E800H～EFFFH;(E000H~E7FFFH) 6116（2）的地址范围：D800H～DFFFH.(D000H~D7FFFH)
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该芯片有一RDY/(擦/写完毕联络信号)引脚。在擦/写操作期间， RDY/脚为低电平。当擦/写完毕时，该引脚变为高电平。由于RDY/ 引脚在非擦写期间应为高阻态，因而在实际中应接入一个上拉电阻 到+5V电源端，以保证其为高电平。
2817A E2PROM芯片
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原 理wenku.baidu.com与 应 用
***（部分译码法）***
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以上也可采用全译码法，电路更简单
三、扩展存储器时应考虑的几个问题
1. 地址锁存器的选用 2. MCS-51对存储容量的要求 3. 地址线的连接和地址译码方式 4. 工作速度匹配
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第二节 程序存储器的扩展
X X 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0
1 1 1 1 0
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1


0
1 0 1 0
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
原 1 允 理 1 与许 1 1 应 1 用 1
出
Y2 1 1 1 0 1 Y3 1 1 1 1 0
G
1 0 0 0 0
B
X 0 0 1 0
A
X 0 1 0 1
译码法示例
下面以74LS138为例, 介绍如何进行地址分配。 单 片 例 要扩展8片8KB的RAM（6264），如何通过74LS138把 64KB空间分配给各个芯片？
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常用的存储器地址空间分配方法有两种：线性选择法 （简称线选法）和地址译码法（简称译码法）。 单 片
1、线选法
若系统只扩展少量的RAM和I/O接口芯片，可采用线选法。
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实现方法 ⑴ 字选：将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的 低位线一一对应相连，即可完成对片内某个存储单元的 地址选择。 ⑵ 片选：将字选后剩余的系统地址总线高位中的某一根 直接作为某一存储器芯片的片选信号线。
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线选法的特点
简单明了，不需另外增加硬件电路。 只适于外扩芯片不多，规模不大的单片机系统。
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2、译码法
对于扩展较多存储器芯片和I/O接口芯片的应用 系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时， 常采取地址译码法。 实现方法 (1) 字选：与线选法一样，将存储器芯片的全部 地址线与系统地址总线的低位线一一对应相连便可 实现字选。 (2) 片选：每一芯片的片选信号均由字选后剩余 的全部（或部分）系统高位地址线经地址译码电路 (或译码器)译码而产生。
采用的是全地址译码方式，单片机发地址码时， 每次只能选中一个存储单元。
如果用74LS138把64K空间全部划分为每块4KB，如何划分呢？
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译码法的特点
(1) 全译码法与线选法的区别在于产生片选信号方法的不同： 单 线选法是将一根系统地址线作为一块芯片(或一个外设端 片 口)的片选(选中)信号，而译码法则是将若干根系统地址总 微 线译码后得到某个片选信号。 型 (2) 译码法中的片选信号需要由译码电路产生，这使得电路的 机 结构变得复杂，也增加了成本，这是该法的最大缺点。
VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6
8个输出端
74LS138译码器真值表
输 G1 G2B G2A C 入 输
Y0 Y1 Y2 Y3
出
Y4 Y5 Y6 Y7
B
A
X
单 片禁 止 微 0 型 1 机 1

0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
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1. 以P0口作为低8位地址/数据总线。 2. 以P2口的口线作高位地址线。 3. 控制信号线。 *使用ALE信号作为低8位地址的锁存控制信号。 *以PSEN*信号作为扩展程序存储器的读选通信号。 *以EA*信号作为内外程序存储器的选择控制信号。 *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。
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二、常用的译码器、锁存器
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74LSl38译码器
当G1G2AG2B为100时芯片有效， CBA＝000时，Y0为0其余均为1
74LSl39译码器
1G为0时，1A、1B有效 2G为0时， 2A、2B有效 其它同74LS138
CBA＝001时，Y1为0其余均为1
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二、MCS-51数据存储器扩展
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第四节
并行接口的扩展
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若一个MCS-51应用系统需连接较多的并行I/O设备(如打印机、键盘、 显示器等)，就必须扩展并行接口。 在实际应用中，MCS-51单片机的P0口和P2口常被用于扩展总线， P3口的某些口线又常用于它的第2功能。
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口的部分口线。
二、扩展存储器地址空间分配 MCS-51通过地址总线发出的地址是用来选择某个存储器 单元，要完成这种功能，必须进行两种选择：
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一是必须选中该存储器芯片(或I/O接口芯片)，称为片选； 微 每个存储器芯片都有片选信号引脚，因此芯片选择的实 型 质就是如何通过MCS-51的地址线来产生芯片的片选信号。 机 原 二是必须选择出该芯片中的某一存储单元(或I/O接口芯片中 理 的寄存器)，称为字选。 每个存储器芯片都有地址线引脚，通过MCS-51送来的 与 应 地址信号来进行字选。 用
第6章 MCS-51系统扩展技术
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主要内容
1、MCS－51系统扩展原理 2、程序存储器的扩展（自学） 3、数据存储器的扩展 4、并行接口的扩展
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5、串行接口的扩展（自学）
6、定时器/计数器的扩展（自学）
第一节 MCS-51系统扩展原理
一、概述
单 片 1、扩展的意义 MCS-51单片机芯片内集成的功能部件基本上可以 满足简单应用场合的需要。因而一块单片机电路就可以 构成一个最小的微机系统。但对于一些较复杂的应用场 合，最小系统往往不能满足应用系统的要求。MCS-51 单片机具有系统扩展能力，允许扩展各种外围电路以补 充片内资源的不足，适应各种特定应用的需要。 2、扩展的部件 程序存储器的扩展、数据存储器的扩展、并行接口 的扩展、串行接口的扩展、定时器/计数器的扩展等。 即：哪部分资源不够，就可对其扩展。
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难点内容：
可编程芯片的应用方法。
本次课板书内容
一、 针对MCS-51数据存储器扩展 1、6116地址分配 2、把A中的内容送到1号芯片中的5号地址如何完成？ 二、针对8255操作 1、应用实例1 实现简单I/O口扩展的初始化过程 2、应用实例2 较复杂的应用系统的程序设计方法 ⑴ 主程序初始化 ⑵ 中断初始化 ⑶ 扩展芯片的初始化 ⑷ 编写主程序 ⑸ 编写中断服务程序和子程序
1
1 1 1 1
1
1 1 1 1
1
1 1 1 1
0
1 1 1 1
1
0 1 1 1
1
1 0 1 1
1
1 1 0 1
1
1 1 1 0
1 0 1 1 1 0 1 1 1
( 2) 74LS139（双2-4译码器）
引脚如下图所示。 单 片
微 2个选择输入端 型 机 4个输出端 原 理 与 应 用
1G 1A 1B 1Y0 1Y1 1Y2 1Y3 GND