第9章 单片机系统扩展及接口
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MAIN: MOV DPTR ,#1031H
MOVX A,@DPTR ADD A,#06H MOVC A,@A+PC MOV DPTR,#0031H MOVX @DPTR,A SJMP $ TAB: DB 0000H,0001H,00008H,0019H,0040H,007CH
9.3 扩展数据存储器
9.2 扩展程序存储器
9.2 扩展程序存储器
下图给出了用4个27128芯片构成一个64K存储器系统的连接方法
9.2 扩展程序存储器
。
9.2 扩展程序存储器
9.2 扩展程序存储器
。
9.2 扩展程序存储器
电可擦除只读存储器E2PROM即可像EPROM那样长期非易
失地保存信息，又可像RAM那样随时通电改写，在单一的+5V
9.1 系统扩展、接口概述
4、单片机系统的扩展与接口原理结构（如下图）
9.1 扩展三总线的产生
一、三总线
地址、数据、控制总线 二、三总线的扩展
用74LS373作为地址锁 存器，使数据和地址信号 分开。 74LS373是三态8D触发 器。
9.1 扩展三总线的产生
地址总线扩展电路及地址锁存器74LS373
9.2 扩展程序存储器
存储器采用半导体电路，与单片机具有相同的电路形
式和电平，工作速度和CPU基本匹配，因而单片机与存储
器之间的连接比较简单。8031片内无程序存储器，需要扩
展ROM；8051/8751片内有4kB ROM/EPROM，不够用时
也需要扩展。 一、访问程序存储器的控制信号 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 二、操作时序
9.2 扩展程序存储器
片间地址译码一般有线译码、部分译码和全译码等方法。线译码是
直接将某高位地址线接某存储芯片片选端，该地址线信号为1时选中所选
芯片，然后再由低位地址对该芯片进行片内寻址。线译码无需外加逻辑 电路，线路简单，但不能充分利用系统的存储空间，可用于小型系统或
芯片较少时。
全译码是除了地址总线中参与片内寻址的低位地址线外，其余所有 高位地址线全部参与片间地址译码。全译码法不会产生地址码重叠的存 储区域，对译码电路要求较高。 部分译码是线选法和全译码相结合的方法，即利用高位地址线译码 产生片选信号时，有的地址线未参与译码。这些空闲地址线在需要时还 可以对其他芯片进行线选。部分译码会产生地址码重叠的存储区域。
某MCS-51单片机系统，拟扩展三片6116 SDRAM芯片 作为数据存储器，并将第三片6116中0130单元开始的10个 数据连续存放到第四片0130单元开始的10个存储单元内， 试设计电路，并编写相应程序。
9.4 简单并行I/O口的扩展
MCS-51 单片机的输入 / 输出接口是单片机与外围设备 交换信息的桥梁。I/O扩展也属于系统扩展的一部分。
9.2 扩展程序存储器
9.2 扩展程序存储器
二、扩展8KB/16KB EPROM 注意：控制信号：ALE、/PSEN; 片选信号：/CE; 地址信号：A0~A12; 数据信号线：O0~O7.
9.2 扩展程序存储器
对于扩展的8KB的2764的地址范围为（13位地址线）：
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
9.2 扩展程序存储器
1、不执行“MOVX”指令时的时序
9.2 扩展程序存储器
12. 2. 1 扩展8KB/16KB EPROM 一、常用的程序存储器芯片 EPROM----紫外线擦除的可编程只读存储器常用的芯片有：2764 （8KB， 13位地址线）、27128（16KB,14位地址）、 27256（32KB）、 27512（64KB）
9.3 扩展数据存储器
9.3 扩展数据存储器
对于扩展的2KB的6116 的地址范围为（11位地址线）：
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
1
1
0 ⅹ ⅹ 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1
P2.7、P2.6和P2.5接片选信号CE，为110有效。 P2.4 、 P2.3取 0或1 地址范围为4个重叠区域：0B000H~0B7FFH 0B800H~0BFFFH 0C000H~0C7FFH 0C800H~0CFFFH
9.3 扩展数据存储器
9. 3. 4 8031/8051扩展 EPROM 27256和RAM 62256
扩展2732(4KB) 需要A8~A11
扩展2764(8KB) 需要A8~A12 扩展27128(16KB) 需要A8~A13
四条高位地址线；
五条高位地址线； 六条高位地址线；
这是由于存储器其容量=2N，N为地址线的根数。
9.2 扩展程序存储器
一 地址线
低8位地址：由MCS-51 P0.0~P0.7与74LS373端连接，ALE有效时74LS373锁 存该低8位地址，并从Q0~Q7输出，与EPROM芯片低8位地址A0~A7相连； 高位位 地址：视 EPROM 芯片容 量大 小 。 2764 需 5 位， P2.0~P2.4 与 2764 的 A8~A12相连，27128需6位，P2.0~P2.5与27128的A8~A13相连。
9.2 扩展程序存储器
E2PROM的扩展方法
地址线、数据线仍按单片机一般扩展外ROM的方式连接； 片选线一般由单片机高位地址线控制； 将 E2PROM 用作外程序存储器时，单片机 PSEN 与 E2PROM OE端相连。由单片机的PSEN控制E2PROM的读出(输出允许 OE)；
将E2PROM当作外数据存储器时，因需要对E2PROM进行在 线擦写，因此单片机的 WR 与 E2PROM WE 端相连， RD 与
第9章 单片机系统扩展及接口技术
1、扩展三总线 2、扩展程序存储器 3、扩展数据存ຫໍສະໝຸດ Baidu器 4、简单并行I/O口的扩展 5、扩展8155可编程外围并行接口芯片 6、扩展8255可编程外围并行接口芯片 7、用串行口扩展并行I/O口
9.1 系统扩展、接口概述
1、系统扩展 MCS-51单片机虽然各功能部件齐全，但容量较小， 如：片内ROM、RAM、I/O口，不够用时需要扩展， 扩展三总线、ROM、RAM、I/O口。 2 、系统接口
片选线 P2.7 地址总线高7位 A8~A14 地址总线低8位 A0~A7
数据总线DB D0~D7
9.3 扩展数据存储器
上述所示 MCS-51单片机扩展系统 (扩展一片27256 和 一片 62256 芯片作为片外数据存储器 ) ，设变量放在 27256 芯片的31H单元，其值为00H~05H之间，要求编写查表程 序，查出变量的立方值，并放入片外62256的31H单元。
ⅹ 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 地址范围为：0000~3FFFH P2.6接片选信号CE，为0有效。 P2.7取0
9.2 扩展程序存储器
单片机扩展 2716 ，2732， 2764， 27128等 EPROM 的方法类 似，差别仅在于不同的芯片的存储容量的大小不同，因而使用 高8位地址的P2端口线的根数不同。 扩展2716(2KB) 需要A8~A10 三条高位地址线；
ⅹ 0
ⅹ 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1
地址范围为：0000~1FFFH P2.6接片选信号CE，为0有效。 P2.7、P2.5取0 对于扩展的16KB的27128的地址范围为（14位地址线）：
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
9.3 扩展数据存储器
常用的静态RAM芯片引脚如下图:
9.3 扩展数据存储器
二、 E2PROM E2PROM----电擦除的可编程 只读存储器。 常用的E2PROM有2816（2KB）、 2817（2KB）、2864A（8KB）。 E2PROM的特点： 1、单5v电源擦写； 2、可重复写1万次，保留20年； 3、与相同容量的RAM和 EPROM在引脚上兼容； 4、速度：读200ns、写20ms左右。 E2PROM即可作为RAM使用， 也可作为ROM使用。
单片机与外设连接因速度不匹配、信号类型不同（脉冲、 模拟）、传输方式不同（串、并），需要有接口电路实现电 路连接和逻辑联接。 接口是计算机与外设信息交换的桥梁。 3、接口电路应具备的功能 （1） 输入有缓冲、输出有锁存； （2）有应答联络信号； （3）有片选、控制信号； （4）有编程选择工作方式功能。
9.3 扩展数据存储器
单片机片内数据存储器小，仅 128B ，往往需要 扩展。数据存储器扩展与程序存储器扩展基本相同， 只是数据存储器控制信号一般有输出允许信号OE和 写控制信号WE，分别与单片机的读控制信号 RD和 写控制信号 WR 相连，其它信号线的连接与程序存 储器完全相同。 12. 3. 1 常用的数据存储器芯片简介 常用的数据存储器芯片有RAM、E2PROM。 一、静态RAM（SRAM）芯片 常用的有： 6116 （ 2KB ）、 6264 （ 8KB ， 13 位 地址线）、62256（32KB，15位地址线）等。
OE 相连，此时应使用 MOVX 指令，且应注意 E2PROM 的地
址范围与外RAM不能重复重迭，否则出错。
9.2 扩展程序存储器
9.2 扩展程序存储器
注意：将E2PROM同时用作外ROM和外RAM
用作外ROM时，执行MOVC指令，读选通由PSEN控制； 用作外 RAM时，执行MOVX指令，读选通由 RD控制，写选 通由WR控制； 读E2PROM时，速度与EPROM相当，完全满足CPU要求； 写E2PROM时，速度很慢，因此，不能将E2PROM当作一般 RAM使用，每写入一个(页)字节，要延时10ms以上，使用时 应予以注意。
9.2 扩展程序存储器
例：如右图，将 2864 的 1000H 为首地址的 16 个数据读出取反后
写入原存储单元。 编程： MOV R2,#10H MOV DPTR，#7000H LOOP:MOVX A，@DPTR CPL A MOVX @DPTR, A INC DPTR DJNZ R2,LOOP SJMP $
9.3 扩展数据存储器
9. 3. 2 访问片外RAM的操作时序 1、片外RAM读时序
9.3 扩展数据存储器
2、片外RAM写时序
9.3 扩展数据存储器
9. 3. 3 8051扩展2KB RAM 扩展方法： 数据线：P0口接RAM的D0~D7 地址线：P0口经地址锁存器后接RAM的A0~A7、 P2口接RAM的A8~A10 控制线：RD接RAM的OE、WR接RAM的WE 8051扩展2KB RAM电路如下页图所示。
电压下写入的新数据即覆盖了旧数据。特别是近年来出现的 FLASH E2PROM ,它们被广泛地用作单片机的程序存储器和数
据存储器。
目前，常用的E2PROM有如下共同特点：
单+5V供电，电可擦除可改写； 使用次数为1万次，信息保存时间为10年； 读出时间为ns级，写入时间为ms级； 芯片引脚信号与相应的RAM和EPROM芯片兼容。
二 数据线：由 MCS-51 地址 / 数据复用总线 P0.0~P0.7 直接与 EPROM 数据总线 D0~D7相连。
三 控制线
ALE: 与74LS373门控端G相连，专用于锁存低8位地址； 片选端：扩展一片 EPROM ，一般不用片选， EPROM 片选端 CE直接接地； 多片扩展时，采用线译码、部分译码和全译码方式实现； 输出允许：EPROM的输出允许端OE与MCS-51的PSEN端相连； EA ：有并且使用 EPROM 时， EA 接 Vcc ，无内 ROM 或仅使用 EPROM 时， EA接地。
MOVX A,@DPTR ADD A,#06H MOVC A,@A+PC MOV DPTR,#0031H MOVX @DPTR,A SJMP $ TAB: DB 0000H,0001H,00008H,0019H,0040H,007CH
9.3 扩展数据存储器
9.2 扩展程序存储器
9.2 扩展程序存储器
下图给出了用4个27128芯片构成一个64K存储器系统的连接方法
9.2 扩展程序存储器
。
9.2 扩展程序存储器
9.2 扩展程序存储器
。
9.2 扩展程序存储器
电可擦除只读存储器E2PROM即可像EPROM那样长期非易
失地保存信息，又可像RAM那样随时通电改写，在单一的+5V
9.1 系统扩展、接口概述
4、单片机系统的扩展与接口原理结构（如下图）
9.1 扩展三总线的产生
一、三总线
地址、数据、控制总线 二、三总线的扩展
用74LS373作为地址锁 存器，使数据和地址信号 分开。 74LS373是三态8D触发 器。
9.1 扩展三总线的产生
地址总线扩展电路及地址锁存器74LS373
9.2 扩展程序存储器
存储器采用半导体电路，与单片机具有相同的电路形
式和电平，工作速度和CPU基本匹配，因而单片机与存储
器之间的连接比较简单。8031片内无程序存储器，需要扩
展ROM；8051/8751片内有4kB ROM/EPROM，不够用时
也需要扩展。 一、访问程序存储器的控制信号 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 二、操作时序
9.2 扩展程序存储器
片间地址译码一般有线译码、部分译码和全译码等方法。线译码是
直接将某高位地址线接某存储芯片片选端，该地址线信号为1时选中所选
芯片，然后再由低位地址对该芯片进行片内寻址。线译码无需外加逻辑 电路，线路简单，但不能充分利用系统的存储空间，可用于小型系统或
芯片较少时。
全译码是除了地址总线中参与片内寻址的低位地址线外，其余所有 高位地址线全部参与片间地址译码。全译码法不会产生地址码重叠的存 储区域，对译码电路要求较高。 部分译码是线选法和全译码相结合的方法，即利用高位地址线译码 产生片选信号时，有的地址线未参与译码。这些空闲地址线在需要时还 可以对其他芯片进行线选。部分译码会产生地址码重叠的存储区域。
某MCS-51单片机系统，拟扩展三片6116 SDRAM芯片 作为数据存储器，并将第三片6116中0130单元开始的10个 数据连续存放到第四片0130单元开始的10个存储单元内， 试设计电路，并编写相应程序。
9.4 简单并行I/O口的扩展
MCS-51 单片机的输入 / 输出接口是单片机与外围设备 交换信息的桥梁。I/O扩展也属于系统扩展的一部分。
9.2 扩展程序存储器
9.2 扩展程序存储器
二、扩展8KB/16KB EPROM 注意：控制信号：ALE、/PSEN; 片选信号：/CE; 地址信号：A0~A12; 数据信号线：O0~O7.
9.2 扩展程序存储器
对于扩展的8KB的2764的地址范围为（13位地址线）：
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
9.2 扩展程序存储器
1、不执行“MOVX”指令时的时序
9.2 扩展程序存储器
12. 2. 1 扩展8KB/16KB EPROM 一、常用的程序存储器芯片 EPROM----紫外线擦除的可编程只读存储器常用的芯片有：2764 （8KB， 13位地址线）、27128（16KB,14位地址）、 27256（32KB）、 27512（64KB）
9.3 扩展数据存储器
9.3 扩展数据存储器
对于扩展的2KB的6116 的地址范围为（11位地址线）：
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
1
1
0 ⅹ ⅹ 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1
P2.7、P2.6和P2.5接片选信号CE，为110有效。 P2.4 、 P2.3取 0或1 地址范围为4个重叠区域：0B000H~0B7FFH 0B800H~0BFFFH 0C000H~0C7FFH 0C800H~0CFFFH
9.3 扩展数据存储器
9. 3. 4 8031/8051扩展 EPROM 27256和RAM 62256
扩展2732(4KB) 需要A8~A11
扩展2764(8KB) 需要A8~A12 扩展27128(16KB) 需要A8~A13
四条高位地址线；
五条高位地址线； 六条高位地址线；
这是由于存储器其容量=2N，N为地址线的根数。
9.2 扩展程序存储器
一 地址线
低8位地址：由MCS-51 P0.0~P0.7与74LS373端连接，ALE有效时74LS373锁 存该低8位地址，并从Q0~Q7输出，与EPROM芯片低8位地址A0~A7相连； 高位位 地址：视 EPROM 芯片容 量大 小 。 2764 需 5 位， P2.0~P2.4 与 2764 的 A8~A12相连，27128需6位，P2.0~P2.5与27128的A8~A13相连。
9.2 扩展程序存储器
E2PROM的扩展方法
地址线、数据线仍按单片机一般扩展外ROM的方式连接； 片选线一般由单片机高位地址线控制； 将 E2PROM 用作外程序存储器时，单片机 PSEN 与 E2PROM OE端相连。由单片机的PSEN控制E2PROM的读出(输出允许 OE)；
将E2PROM当作外数据存储器时，因需要对E2PROM进行在 线擦写，因此单片机的 WR 与 E2PROM WE 端相连， RD 与
第9章 单片机系统扩展及接口技术
1、扩展三总线 2、扩展程序存储器 3、扩展数据存ຫໍສະໝຸດ Baidu器 4、简单并行I/O口的扩展 5、扩展8155可编程外围并行接口芯片 6、扩展8255可编程外围并行接口芯片 7、用串行口扩展并行I/O口
9.1 系统扩展、接口概述
1、系统扩展 MCS-51单片机虽然各功能部件齐全，但容量较小， 如：片内ROM、RAM、I/O口，不够用时需要扩展， 扩展三总线、ROM、RAM、I/O口。 2 、系统接口
片选线 P2.7 地址总线高7位 A8~A14 地址总线低8位 A0~A7
数据总线DB D0~D7
9.3 扩展数据存储器
上述所示 MCS-51单片机扩展系统 (扩展一片27256 和 一片 62256 芯片作为片外数据存储器 ) ，设变量放在 27256 芯片的31H单元，其值为00H~05H之间，要求编写查表程 序，查出变量的立方值，并放入片外62256的31H单元。
ⅹ 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 地址范围为：0000~3FFFH P2.6接片选信号CE，为0有效。 P2.7取0
9.2 扩展程序存储器
单片机扩展 2716 ，2732， 2764， 27128等 EPROM 的方法类 似，差别仅在于不同的芯片的存储容量的大小不同，因而使用 高8位地址的P2端口线的根数不同。 扩展2716(2KB) 需要A8~A10 三条高位地址线；
ⅹ 0
ⅹ 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1
地址范围为：0000~1FFFH P2.6接片选信号CE，为0有效。 P2.7、P2.5取0 对于扩展的16KB的27128的地址范围为（14位地址线）：
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
9.3 扩展数据存储器
常用的静态RAM芯片引脚如下图:
9.3 扩展数据存储器
二、 E2PROM E2PROM----电擦除的可编程 只读存储器。 常用的E2PROM有2816（2KB）、 2817（2KB）、2864A（8KB）。 E2PROM的特点： 1、单5v电源擦写； 2、可重复写1万次，保留20年； 3、与相同容量的RAM和 EPROM在引脚上兼容； 4、速度：读200ns、写20ms左右。 E2PROM即可作为RAM使用， 也可作为ROM使用。
单片机与外设连接因速度不匹配、信号类型不同（脉冲、 模拟）、传输方式不同（串、并），需要有接口电路实现电 路连接和逻辑联接。 接口是计算机与外设信息交换的桥梁。 3、接口电路应具备的功能 （1） 输入有缓冲、输出有锁存； （2）有应答联络信号； （3）有片选、控制信号； （4）有编程选择工作方式功能。
9.3 扩展数据存储器
单片机片内数据存储器小，仅 128B ，往往需要 扩展。数据存储器扩展与程序存储器扩展基本相同， 只是数据存储器控制信号一般有输出允许信号OE和 写控制信号WE，分别与单片机的读控制信号 RD和 写控制信号 WR 相连，其它信号线的连接与程序存 储器完全相同。 12. 3. 1 常用的数据存储器芯片简介 常用的数据存储器芯片有RAM、E2PROM。 一、静态RAM（SRAM）芯片 常用的有： 6116 （ 2KB ）、 6264 （ 8KB ， 13 位 地址线）、62256（32KB，15位地址线）等。
OE 相连，此时应使用 MOVX 指令，且应注意 E2PROM 的地
址范围与外RAM不能重复重迭，否则出错。
9.2 扩展程序存储器
9.2 扩展程序存储器
注意：将E2PROM同时用作外ROM和外RAM
用作外ROM时，执行MOVC指令，读选通由PSEN控制； 用作外 RAM时，执行MOVX指令，读选通由 RD控制，写选 通由WR控制； 读E2PROM时，速度与EPROM相当，完全满足CPU要求； 写E2PROM时，速度很慢，因此，不能将E2PROM当作一般 RAM使用，每写入一个(页)字节，要延时10ms以上，使用时 应予以注意。
9.2 扩展程序存储器
例：如右图，将 2864 的 1000H 为首地址的 16 个数据读出取反后
写入原存储单元。 编程： MOV R2,#10H MOV DPTR，#7000H LOOP:MOVX A，@DPTR CPL A MOVX @DPTR, A INC DPTR DJNZ R2,LOOP SJMP $
9.3 扩展数据存储器
9. 3. 2 访问片外RAM的操作时序 1、片外RAM读时序
9.3 扩展数据存储器
2、片外RAM写时序
9.3 扩展数据存储器
9. 3. 3 8051扩展2KB RAM 扩展方法： 数据线：P0口接RAM的D0~D7 地址线：P0口经地址锁存器后接RAM的A0~A7、 P2口接RAM的A8~A10 控制线：RD接RAM的OE、WR接RAM的WE 8051扩展2KB RAM电路如下页图所示。
电压下写入的新数据即覆盖了旧数据。特别是近年来出现的 FLASH E2PROM ,它们被广泛地用作单片机的程序存储器和数
据存储器。
目前，常用的E2PROM有如下共同特点：
单+5V供电，电可擦除可改写； 使用次数为1万次，信息保存时间为10年； 读出时间为ns级，写入时间为ms级； 芯片引脚信号与相应的RAM和EPROM芯片兼容。
二 数据线：由 MCS-51 地址 / 数据复用总线 P0.0~P0.7 直接与 EPROM 数据总线 D0~D7相连。
三 控制线
ALE: 与74LS373门控端G相连，专用于锁存低8位地址； 片选端：扩展一片 EPROM ，一般不用片选， EPROM 片选端 CE直接接地； 多片扩展时，采用线译码、部分译码和全译码方式实现； 输出允许：EPROM的输出允许端OE与MCS-51的PSEN端相连； EA ：有并且使用 EPROM 时， EA 接 Vcc ，无内 ROM 或仅使用 EPROM 时， EA接地。