8 MCS-51单片机系统功能扩展

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注意： 若P2.7、P2.6、P2.5均输出低电平时，将出现3片2764同 时选通，这种情况下，会造成混乱。将不允许使用 000X XXXX XXXX XXXX 即：0000H~1FFFH的地址空间。 但在MCS-51单片机中，复位后，将从0000H单元开始执行程 序，因此在MCS-51单片机中，程序存储器尽量不使用线选 法方式连接。 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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程序存储器的操作时序 注意：访问程序存储器的控制信号有：ALE、/PSEN、/EA 如果指令是从片外EPROM中读取，ALE用于低8位地址锁存， /PSEN接外扩EPROM的/OE脚。P0口:分时低8位地址总线和 数据总线，P2口:高8位地址线。
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具体工作过程为： 当ALE为有效高电平时，P0口上输出地址低8位 A0~A7，P2口上输出地址高8位A0~A7 ； 由ALE的下降沿将P0口输出的地址信息锁存到外部 地址锁存器中； 然后在ALE无效期间，P0变成浮空状态等待从程序 存储器读出指令码，而P2口输出的高8位地址信息 不变； 紧接着程序存储器读选通信号/PSEN变为低电平有 效，由P2口和P0口经地址锁存器输出的地址对应 单元的指令送到P0口上供CPU读取。
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• EEPROM：Electrically Erasable Programmable ROM ，电 可擦除、电可编程ROM。可全片擦除也可字节擦除，可在 线擦除、修改信息，又能失电保存信息，具备RAM、ROM 的优点；但写入时间较长。 • Flash ROM又称闪烁存储器，简称闪存。 1、EPROM——紫外线可擦除电可编程的半导体只读存贮 器，掉电后信息不会被丢失。 常用的EPROM电路有：2716、2732、2764、27128、27256、 27512等。
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题2:如果用74LS138把低32K空间全部划分为每块4KB，如何 划分呢？
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§9.3 MCS-51程序存储器的扩展
工作时，ROM中的信息只能读出，不能写入。 特殊方式：固化，失电后可保持信息不丢失。 分类： • 掩膜ROM：Read Only Memory，不可改写ROM， 生产厂 家固化。 • PROM：Programmable ROM，用户可进行一次编程。存 储单元电路由熔丝相连，加入写脉冲，存储单元熔丝熔断， 信息永久写入，不可再次改写。 • EPROM：Erasable Programmable ROM，紫外线可擦除、 电可编程ROM。编程加写脉冲后，实现信息写入。
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1、以P0口作地址/数据总线
P0可作为地址/数据总线口使用，分时传送外部 存储器的地址低8位A0~A7和数据信息D0~D7。通常 要用一片地址锁存器，用ALE的有效电平边沿锁存地 址信号，A0~A7由ALE锁存到外部的地址锁存器上， 然后P0口便可输入或输出数据信息。P0口地址来源于 PCL、DPL、R0、R1等。 2、以P2口作高8位地址线
Y3 Y2 Y1 Y0
采用译码法扩展3片EPROM 2764 的方法
IC1的地址范围是：000X XXXX XXXX XXXX 即：0000H~1FFFH：8K IC2的地址范围是：001X XXXX XXXX XXXX 即：2000H~3FFFH: 8K IC3的地址范围是：010X XXXX XXXX XXXX 即：4000H~5FFFH: 8K
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EPROM的扩展接口电路
＋5V P2 10kΩ A8～A15 A0～A7 地址锁存器 A0～Ai CE EPROM存贮器 D0～D7 OE D0～D7
8051/8031
ALE EA P0 PSEN MCS-51
MCS-51与外部程序存贮器的接口框图
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[例9-2]:分析程序存储器所占的地址空 间。
下图。
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• 2764：8KB程序存储器，有13根地址线A0～A12，分别与单 片机的P0口及P2.0～P2.4口相连。2764（1）的片选端接A13， 2764（2）的片选端接A14， 2764（3）的片选端接A15。 • 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。
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4～P2.0 5 P0.7～P0.0 8 ALE 8031 G 74LS 373 A12～A0 CE 2764A（1） OE O7～O0 A12～A0 CE 2764A（2） OE O7～O0 A12～A0 CE 2764A（3） OE O7～O0
A13
A14

A15
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1、 线选法 直接利用系统的高位地址线作为存储器芯片（或I/O接口芯片） 的片选信号。 优点：电路简单，不需要地址译码器硬件，体积小，成本低。 缺点：可寻址的器件数目受到限制，地址空间不连续，地址 不唯一。 [例9-1]:某一系统，需要外扩24KB的EPROM（3片2764），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
PSEN EA 采用线选法扩展3片EPROM 2764A电路原理图
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•三片程序存储器2764的地址范围： IC1的地址范围是：110X XXXX XXXX XXXX 即：C000H~DFFFH：8K IC2的地址范围是：101X XXXX XXXX XXXX 即：A000H~BFFFH: 8K IC3的地址范围是：011X XXXX XXXX XXXX 即：6000H~7FFFH： 8K
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引脚说明如下: A、B、C: 译码信号输入线。 Y0～Y7: 译码信号输出端， 低电平有效。 G1:控制信号，高电平有效。 G2A、G2B:控制信号，低电 平有效。
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74LS138译码器真值表
输 入
G1 G2A G2B C B A
输 出
Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0
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(2) 74LS139（双2-4译码器） 引脚图、真值表如图所示。 引脚说明如下: A、B: 译码信号输入线。 Y0～Y3: 译码信号输出端， 低电平有效。 G:控制信号，低电平有效。
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引脚符号的意义如下： * A0～Ai：地址输入线，i＝l0～15，数目决定存储容量； * D0～D7：数据线引脚； * CE：片选信号输入线，“0”有效； * PGM： 编程脉冲输入线； * OE：读选通信号输入线，“0”有效， （与单片机的PSEN连）； * Vpp：编程电源输入线，Vpp的值因芯片型号和因制造商 而异； * Vcc：主电源输入线，Vcc一般为 +5V； * GND：地。
《微型计算机原理及接口技术》
授课专业：自动化 授课学时： 60学时
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第八章 MCS-51单片机系统功能扩展
§8.1概述
§8.2 单片机扩展片外存储器空间地址分配
§8.3 MCS-51程序存储器的扩展
§8.4 MCS-51数据存储器的扩展
§8.5 MCS-51的综合扩展
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§8.1概述
片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和I/O功能 部件：系统扩展问题，内容主要有： 外部存储器的扩展（外部存储器又分为外部程序存 储器和外部数据存储器） I/O接口部件的扩展 本章介绍MCS – 51单片机如何扩展外部存储器。 一、MCS-51单片机用于扩展的端口及控制线 单片机是通过地址总线，数据总线和控制总线与 外部扩展器件交换信息的。
P2口用作地址的高8位（PCH、DPH）。再加上 P0口提供的低8位地址，形成了完整的16位地址总线， 可使单片机系统的扩展寻址范围达到64KB。
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3、控制信号 ALE：低8位地址锁存信号。 PSEN ：片外程序存储器读选通信号，低电平有效。 EA：片内外程序存储器选择控制端，为低片外，为 高片内。 RD：外部数据存储器和I/O口的读选通信号，低电 平有效； WR：外部数据存储器和I/O口的写选通信号，低电 平有效。
G
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74LS139 P 2.7 P 2.6 P 2.5 P 2.4～ P 2.0 P 0.7～ P 0.0 ALE 8031 5 8 G 74LS 373 A 12～ A 0 CE 2764A（1） OE O 7～ O 0 PSEN EA A 12～ A 0 CE 2764A（2） OE O 7～ O 0 A 12～ A 0 CE 2764A（3） OE O 7～ O 0 G B A
存储器
片内 数据存储器
片外—寻址64KB，0000H~FFFFH
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§9.2 单片机扩展片外存储器空间地址分配
MCS-51发出的地址是用来选择某个存储器单 元进行读写，要完成这种功能，必须进行两种选择： “片选”和 “单元选择”。 存储器空间分配除考虑地址线连接外，还讨论 各存储器芯片在整个存储空间中所占据的地址范围。 常用的存储器地址分配的方法有两种： 线选法 地址译码法（简称译码法）
IC2: 4000H~7FFFH IC4: C000H~FFFFH
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2、EEPROM——电可擦除电可编程的半导体只读存贮器， 即可像EPROM那样长期非易失地保存信息，又可像RAM那 样随时用电改写，它们被广泛用作单片机的程序存储器和数 据存储器。 常用的EEPROM芯片
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特点： 采用全译码法，每个存储单元的地址都是唯一的， 不存在地址重叠，但译码电路较复杂，连线也较多。
全译码法可以提供对全部存储空间的寻址能力。当 存储器容量小于可寻址的存储空间时，可从译码器输 出线中选出连续的几根作为片选控制，多余的令其空 闲，以便需要时扩充。
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习 题
题1:要扩8片8KB的RAM 6264，如何通过74LS138把64KB空 间分配给各个芯片？ 答：采用的是地址译码方式，单片机发地址码时，每次只能 选中一个存储单元。同类存储器间不会产生地址重叠的问题。
注： 在读片外ROM时产生PSEN信号。 在读写片外RAM时产生RD/WR信号
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二、外部地址锁存器 1、锁存器74LS373
常用的地址锁存器芯片有: 74LS373、8282、 74LS573等。 带有三态门的8D锁存器，其引脚其内部结构如下图。
引脚说明如下: D7～D0: 8位数据输入线; Q7～Q0: 8位数据输出线; G:数据输入锁存选通信号; /OE: 数据输出允许信号。
数据存储器存储器程序存储器80514kbrom87514kbeprom8031无romea10000h0fffh8051ea1ea08751805187518031寻址60kb1000hffffh寻址64kb0000hffffh片外寻址64kb0000hffffh工作寄存器区00h1fh位寻址区20h2fh用户ram区30h7fh特殊功能寄存器80hffh1392单片机扩展片外存储器空间地址分配mcs51发出的地址是用来选择某个存储器单元进行读写要完成这种功能必须进行两种选择
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三、MCS-51单片机存储器结构
MCS-51单片机外部存储器结构:哈佛结构 ，即它把程序存储器 和数据存储器分开，各有自己的寻址系统、控制信号和功能。
片内 程序存储器 片外 /EA=1 8051－4KB ROM 8751－4KB EPROM 0000H~0FFFH 8031－无 ROM 8051 寻址60KB /EA=1 8751 1000H~FFFFH 8051 寻址64KB /EA=0 8751 0000H~FFFFH 8031 工作寄存器区 位寻址区 用户RAM区 特殊功能寄存器 00H~1FH 20H~2FH 30H~7FH 80H~FFH
有重叠： A15A14(空闲) ：为00时 0000H~3FFFH ：为01时 4000H~7FFFH ：为10时 8000H~BFFFH ：为11时 C000H~FFFFH
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有重叠： A15(空闲) ：为0时 0000H~7FFFH ：为1时 8000H~FFFFH
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不重叠： IC1: 0000H~3FFFH IC3: 8000H~BFFFH
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2、译码法：是指将地址总线中除片内地址以外的高位地址经 过译码器后产生的信号作为不同存储器芯片的片选信号。
最常用的译码器芯片： 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。 (1)74LS138（3～8译码器） 当译码器的输入为某一个固定编码时，其输出只有某一 个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。
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74LS373真值表： 输出允许OE L L L H 输入使能G H H L X D H L X X 输出 H L Q0（保持） 高阻
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2、锁存器8282 功能及内部结构与74LS373完全一样，只是其引脚 的排列与74LS373不同 ，8282的引脚如下图。
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3、锁存器74LS573 输入的D端和输出的Q端也是依次排在芯片的两 侧，与锁存器8282一样，为绘制印刷电路板时的布线 提供了方便。