项目 一 汽车单片机原理应用(任务五 MCS-51单片机系统扩展)

（3） MCS-51单片机系统地址空间的分配 系统空间分配：通过适当的地址线产生各外部扩展器件的片 选/使能等信号就是系统空间分配。
编址：编址就是利用系统提供的地址总线，通过适当的连接， 实现一个编址惟一地对应系统中的一个外围芯片的过程。编 址就是研究系统地址空间的分配问题。
片内寻址：若某芯片内部还有多个可寻址单元，则称为片内 寻址。
2）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惟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。程序和数据之和不大于 存储器总容量。 2。程序必须存放在低地址，
数据存放在高地址。
三、并行I/O口扩展 MCS-51单片机具有四个并行8位I/O口原理均可用做双向并行 I/O接口，但在实际应用中，可提供给用户使用的I/O口只有P1 口和部分P3口线及作为数据总线用的P0口。在单片机的I/O口 线不够用的情况下，可以借助外部器件对I/O口进行扩展 （1）概述 1）单片机I/O口扩展方法 并行I/O口扩展的目的：为外围设备提供一个输入输出通道。 ①并行总线扩展的方法 ②串行口扩展方法（只介绍总线扩展方式下I/O接口扩展方法） ③I/O端口模拟串行方法
二、存储器的扩展 存储器是计算机系统中的记忆装置，用来存放要运行的程 序和程序运行所需要的数据。单片机系统扩展的存储器可分为 程序存储器和数据存储器两种类型。
（1）MCS-51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题
①选择合适类型的存储器芯片
只读存储器用于固化程序和常数。可分为掩膜ROM、可编 程PROM、紫外线可擦除EPROM和电可擦除E2PROM几种。 随机存取存储器常用来存取实时数据、变量和运算结果。可分 为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两类。
③合理分配存储器地址空间的分配
存储器的地址空间的分配必须满足存储器本身的存储容 量，否则会造成存储器硬件资源的浪费。
④合理选择地址译码方式
可根据实际应用系统的具体情况选择线选法、全地址译 码法、部分地址译码法等地址译码方式。
（2） 程序存储器扩展 当单片机内部没有ROM,或虽有ROM但容量太小时,必须 扩展外部程序存储器方能工作。最常用的ROM器件是 EPROM。
1） 常用EPROM程序存储器
EPROM主要是27系列芯片，如: 27C64(8K)、 27C128(16K) 、27C256(32K)、27C512（6一般选择8KB以上 的芯片作为外部程序存储器。其引脚图如下图所示：
引脚符号的含义和功能如下：
①地址总线（AB）
地址总线用于传送单片机输出的地址信号，宽 度为16位， P0口经锁存器提供低8位地址，锁存信号 是由CPU的ALE引脚提供的；P2口提供高8位地址。
②数据总线（DB） 数据总线是由P0口提供的，宽度为8位。
③控制总线（CB） 控制总线实际上是CPU输出的一组控制信号。MCS-
51单片机通过三总线扩展外部设备的总体结构图如下图 所示。
数据线：P0口接EPROM的 D0~D7 ；
地址线：27C64容量为8KB，需要A0 ~ A12共13根地址线。P0口 经地址锁存器后接EPROM的A0~A7 ； 为了与片内存储器的空间 地址衔接，P2.0～P2.3接EPROM的A8~A11 ，P2.4经非门后与 A12连接。
控制线：ALE接74HC373的LE，PSEN接EPROM的OE，EA接VCC， 只有一片EPROM，片选CE接地。
; 修改数据指针
DJNZ R7, AGN
; 判断数据是否传送完成
RET
END
（5） MCS-51对外部存储器的扩展
下图所示的8031扩展系统中，外扩了16KB程序存储器（使用 两片2764芯片）和8KB数据存储器（使用一片6264芯片）。采用全 地址译码方式，P2.7用于控制2―4译码器的工作，P2.6, P2.5参加 译码，且无悬空地址线，无地址重叠现象。1# 2764, 2# 2764, 3# 6264 的 地 址 范 围 分 别 为 ： 0000H ～ 1FFFH, 2000H ～ 3FFFH, 4000～5FFFH。
MCS-51扩展6264的电路连接方法： 数据线：P0口接RAM的D0~D7 ； 地址线： 6264容量为8KB，213=8KB，需要A0～A12共13根 地址线。P0口经地址锁存器后接RAM的A0~A7 ； P2.0～P2.4 接RAM的A8~A12 。 控制线：ALE接373的LE，RD接RAM的OE、WR接RAM的 WE，只有一片RAM，且系统无其他I/O接口及外围设备扩展， 片选CE可以接地。扩展电路如下页图所示。
3）部分地址译码法 单片机的未被外扩芯片用到的高位地址线中，只有一部分 参与地址译码，其余部分是悬空的。优点是可以减少所用 地址译码器的数量。 缺点是存储器每个存储单元的地址不 是惟一的，存在地址重叠现象。因此，采用部分地址译码 法时必须把程序和数据存放在基本地址范围内，以避免因 地址重叠引起程序运行的错误。
此 外 ， 还 可 以 选 择 OTP ROM 、 Flash 存 储 器 、 FRAM 、 NVSRAM、用于多处理机系统的DSRAM（双端口RAM）等。
②选择合适的存储容量 在MCS-51应用系统所需存储容量不变的前提下，若所选
存储器本身存储容量越大，则所用芯片数量就越少，所需的 地址译码电路就越简单。
1）常用静态RAM存储器
常用的SRAM有6264(8K)、62128(16K)、 62256(32K)、 628128(128K)等。一般选择8KB以上 的芯片作为外部程序存储器。其引脚图如下页图所示。
引脚符号的含义和功能如下： D7～D0：双向三态数据总线；
A0～Ai：地址输入线；
CS （ CS1 ）：片选信号输入端，低电平有效； CS2：片选信号输入端，高电平有效（仅6264芯片有）；
任务五 MCS-51单片机系统扩展 主要内容：MCS-51单片机系统扩展的基本原理和
方法。常用器件的选择和应用，常用总线标准和 典型接口电路。要求学生掌握单片机系统扩展的 原理、方法，并能根据工程要求进行系统扩展。
重点:在于常用器件的选择和应用，常用总线标准
和典型接口电路，单片机系统扩展的基本原理和 方法。
编址的方法：芯片的选择是由系统的高位地址线通过译码实 现的，片内寻址直接由系统低位地址信息确定。
产生外围芯片片选信号的方法有三种：线选法、全地址译码 法和部分译码法。
1）线选法
直接以系统空闲的高位地址线作为芯片的片选信号。优 点是简单明了，无须另外增加电路，缺点是寻址范围不惟 一，地址空间没有被充分利用，可外扩的芯片的个数较少。 线选法适用于小规模单片机应用系统中片选信号的产生。
扩展电路如下：
27C64的地址范围为：1000H～2FFFH。8051片内存储器的 范围为： 0000H～0FFFH。
4） 超出64KB容量程序存储器的扩展 MCS-51单片机提供16位地址线，可直接访问程序存
储器的空间为64 KB（216），若系统的程序总容量需求超 过64 KB，可以采用“区选法”来实现。单片机系统的程 序存储器每个区为64 KB，由系统直接访问，区与区之间 的转换通过控制线的方式来实现。如下图所示为系统扩展 128 KB程序存储空间（2×64 KB）示意图。
难点:在于存储器地址重叠，灵活运用所学知识根
据实际需要进行系统扩展。
一、MCS-51系列单片机的外部扩展原理 系统扩展是指为加强单片机某方面功能，在最
小应用系统(CPU、存储器、I/O接口)基础上，增加一 些外围功能部件而进行的扩充。
（1）MCS-51系列单片机的片外总线结构
MCS-51系列单片机具有很强的外部扩展功能。其外 部扩展都是通过三总线进行的。
3）典型扩展电路 MCS-51外扩存储器时应考虑锁存器的选择与连接，译码方
式，存储器的选择与连接。访问程序存储器的控制信号有： ALE----地址锁存信号；PSEN----片外程序存储器读信号
EA----片内、外程序存储器访问选择信号，EA=0：仅访问 片外；EA=1：先访问片内，后访问片外。 8051扩展27C64的电路连接方法：
6264的地址范围为：0000H～1FFFH。注意 74LS373 的OE和RAM6264的CE。
[例题] 在上页图的数据存储器扩展电路中，将片内RAM 以50H 单元开始的16个数据，传送到片外数据存储器0000H开始的单 元中。 程序如下：
ORG 1000H
DMV: MOV R0, #50H
P1.0输出高电平，访问A芯片；
P1.0输出低电平，访问B芯片。
（3） 数据存储器扩展
单片机内部的RAM为128B（或256B），有的单 片机应用系统需要扩展外部数据存储器RAM (如数据 采集系统数据量较大，需要专设 RAM或 Flash RAM)。 最常用的 RAM器件是静态RAM（ SRAM ）。
（6）程序存储空间和数据存储空间的混合
在 硬 件 结 构 上 PSEN 将
信号和RD信号相“与”后连
接 到 RAM 芯 片 的 读 选 通 端 ，
这样就能使程序存储空间和数
据存储空间混合。如右图所示。
将程序装入6264中，很容易进
行读写修改，执行程序时，由 注意2点：
PSEN信号选通RAM读出。调 试通过后，再将 RAM6264调 换成EPROM2764。
D7～D0：三态数据总线； A0～Ai：地址输入线，
CE ：片选信号输入线；
OE ：输出允许输入线；
VPP：编程电源输入线；
PGM ：编程脉冲输入线；
VCC：电源； GND：接地； NC：空引脚。
2）地址锁存器 程序存储器扩展时，还需要地址锁存器，地址锁存
器常用的有带三态缓冲输出的8D锁存器74LS373、带有清 除端的74LS273。
：读选通信号输入线，低电平有效；
OE
WE ：写选通信号输入线，低电平有效； Vcc：电源+5V； GND：地。
静态RAM存储器有三种工作方式：数据的读出、写入 和维持，其操作控制如下表所示。
2） MCS-51扩展数据存储器与扩展程序存储器电路的异同 ①所用的地址总线，数据总线完全相同；
②读/写控制线不同：扩展程序存储器的读选通信号由
51单片机扩展外部设备的总体结构图
（2）MCS-51系列单片机系统的扩展能力
片外可扩展存储器的最大容量为216=64KB，地址范围为 0000H～FFFFH。 片外程序存储器和数据存储器的地址重叠共享，但选通 信号不同。PSEN 选通片外程序存储器，RD 和 WR 分别 选通片外数据存储器的读写。 I/O接口的编址方法：一种是独立编址，另一种是统一 编址。MCS-51单片机采用了统一编址方式，即I/O端口 地址与外部数据存储单元地址共同使用0000H～FFFFH （64KB）。当MCS-51单片机应用统扩展较多外部设备 和I/O接口时，要占去大量的数据存储器的地址。
PSEN 控制，扩展数据存储器的读、写控制线用RD 、WR分 别控制存储器芯片的OE和WE ；
③数据存储器与程序存储器的地址可以重叠，因为扩展它们 的控制信号不同。
④I/O扩展的地址空间与数据存储器扩展的空间是共用的，所 以扩展数据存储器涉及到的问题远比扩展程序存储器扩展多。
（4）数据存储器典型扩展电路
; 数据指针指向片内50H单元
MOV R7, #16
; 待传送数据个数送计数寄存器
MOV DPTR, #0000H ; 数据指针指向数据存储器6264的0000H单元
AGN: MOV A, @R0
; 片内待输出的数据送累加器A
MOVX @DPTR, A
; 数据输出至数据存储器6264
INC R0
INC DPTR
74LS373是带有三态门的8D锁存器，当三态门的使能 信 号线 OE 为 低电平 时 ，三态 门处于导 通状态 ， 允许 锁 存器输出，锁存控制端为11脚LE，采用下降沿锁存，控制 端可以直接与CPU 的地址锁存控制信号ALE相连。
地址锁存器使用74LS373较多。引脚图如下页图所示。
与8051连接电路如下页图所示。