第六章单片机系统扩展
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第六章 单片机系统的扩展
§6.1 系统扩展概述（了解） §6.2 常用扩展器件介绍（记忆） §6.3 存储器的扩展（掌握） §6.4 外部串行口的扩展（自学）
§6.1系统扩展概述
MCS－51系列单片极的功能较强，这就使得在智 能仪器、仪表、小型检测及控制系统、家用电器 中可直接应用单片机而不必再扩展外围芯片，使 用极为方便。但在由单片机构成的实际测控系统 中，单片机片内所具有的功能往往不能满足要求， 因此在系统设计时首先要解决系统扩展问题。单 片机的系统扩展主要有程序存储器（ROM）扩展， 数据存储器（RAM）扩展以及I/O口的扩展。 MCS-51单片机有很强的扩展功能，外围扩展电路、 扩展芯片和扩展方法都非常典型、规范。本章首 先初步了解扩展的方法及应用，然后详细讨论各 种扩展的常见电路、芯片以及使用方法。
简单I/O口的扩展
利用373和273使用MOVX指令扩展I/O口 单芯片扩展 多芯片扩展
§6.3存储器扩展
6.3.1存储器扩展概述
MCS-51系列单片机具有64 KB的程序存储器空间， 其中8051、 8751型单片机含有4 KB 的片内程序 存储器, 而8031型单片机则无片内程序存储器。 当采用8051、 8751型单片机而程序超过4 KB, 或 采用8031型单片机时, 就需要进行程序存储器的 扩展。MCS-51系列单片机的数据存储器与程序 存储器的地址空间是互相独立的, 其片外数据存储 器的空间可达64 KB, 而片内的数据存储器空间只 有128 B。 如果片内的数据存储器不够用时, 则需 进行数据存储器的扩展。
一种三态输出的八路缓冲器（总线驱动器） 1A1~1A4,2A1~2A4为输入， 1Y1~1Y4,2Y1~2Y4为输出 当1G有效（低电平）时：1Y1~1Y4输出等于1A1~1A4; 当2G有效（低电平）时：2Y1~2Y4输出等于2A1~2A4;
而当1G(或2G)为高电平时，输出1Y1—1Y4(或 2Y1-2Y4)为高阻态。
经74LS244缓冲后，输入信号被驱动，输出信号 的驱动能力加大了。
74LS244缓冲器主要用于三态输出的存储地址驱 动器、时钟驱动器和总线定向接收器和定向发送 器等。
常用的缓冲器还有74LS240和74LS241等。
四、数据收发器74LS245
五、3-8 地址译码器：74LS138
（2）内部存储器的容量有限，只有128B的RAM和 4KB的程序存储器。
（3）片内无程序存储器的芯片构成最小应用系统时， 必须在片外扩展程序存储器。由于一般用作程序存储 器的EPROM芯片不能锁存地址，故扩展时还应加上1 个锁存器，构成一个3片最小系统，由于8031和 EPROM芯片价格非常低廉，故3片最小系统是目前常 用的基本系统。
一、74系列器件 74系列器件是TI(德州仪器)公司生产的中小规模TTL集成
电路芯片，这是一种低成本、工业民用产品，工作温度为 0℃—70 ℃ ，从功能和速度分类有如下几类：
74xxx——标准TTL 74Lxxx——低功耗TTL 74Sxxx——肖特基型TTL 74LSxxx——低功耗肖特基型TTL 74ALSxxx——高性能型TTL 74Fxxx——高速型TTL 74HCxxx—— HC是高速COMS
线进行系统扩展
3.单片机的三总线结构
当单片机最小系统不能满足系统设计的要求时， 就必需作扩展通常也是扩展成为一般微型计算机 的3总线模式。
地址总线：因为p0口是地址数据复用的所以为保 存地址信息要外加一个地址锁存器存放低8位地址 信息。一般都用ALE正脉冲信号的下降沿进行锁 存。
数据总线：P0
．当输出允许端OE为高电 平时，不论使能端G为何 值，输出端Q总为高阻态。
． 74LS373锁存器主要用 于锁存地址信息、数据信 息
二、锁存器74LS273
真值表
D0～D7是输入端，Q0～Q7是输出端，CP接脉 冲信号。
是片选端（异步主复位输入端，低电平有效）。
三、缓冲器74LS244
6.1.2 系统扩展的内容与方法
1．系统扩展的内容
外部程序存储器 外部数据存储器 输入输出接口 管理功能器件的扩展（如定时/计数器、键
盘/显示器、中断优先编码器等）
2.系统扩展的基本方法
并行扩展法 利用单片机的三组总线进行系统的扩展。 串行扩展法 利用UART双总线、SPI三线总线和I2C双总
6.1.1最小应用系统
一、单片机最小系统
使单片机能运行的最少器件构成的系统， 就是最小系统。
无ROM芯片：8031 必须扩展ROM，复位、 晶振电路
有ROM芯片：89c51等，不必扩展ROM， 只要有复位、晶振电路
8031最小系统
最小系统的特点
（1）系统有大量的I/O口供用户使用。
6.3.1存储器扩展概述（2）
存储器扩展的核心问题是存储器的编址问 题。 所谓编址就是给存储单元分配地址。 由于存储器通常由多片芯片组成, 为此存储 器的编址分为两个层次: 即存储器芯片的选 择编址和存储器芯片内部存储单元的编址。
控制总线：ALE，PSEN*，RD*，WR*，EA*。
8031的系统扩展就是属于这种三总线结构的。
三总线结构有关指令MOVX
MOVX @DPTR，A
MOVX A，@DPTR
§6.2 常用的扩展器件介绍
在外设接口电路中，经常需要对传输过程中的信息进行放 大、隔离以及锁存，能实现上述功能的接口芯片最简单的 就是缓冲器、数据收发器和锁存器。
说百度文库： 对于相同编号(XXX)，不同类型的芯片，其逻辑功 能完全一样。
二、锁存器74LS373
74LS373的功能：
．当使能端G为高电平时， 同时输出允许端OE为低电 平，则输出Q=输人D;
．当使能端G为低电平， 而输出允许端OE也为低电 平时，则输出Q=Qo(原状 态，即使能端G由高电平 变为低电平前，保持输出 端Q的状态，这就是“锁 存”的意义)。
§6.1 系统扩展概述（了解） §6.2 常用扩展器件介绍（记忆） §6.3 存储器的扩展（掌握） §6.4 外部串行口的扩展（自学）
§6.1系统扩展概述
MCS－51系列单片极的功能较强，这就使得在智 能仪器、仪表、小型检测及控制系统、家用电器 中可直接应用单片机而不必再扩展外围芯片，使 用极为方便。但在由单片机构成的实际测控系统 中，单片机片内所具有的功能往往不能满足要求， 因此在系统设计时首先要解决系统扩展问题。单 片机的系统扩展主要有程序存储器（ROM）扩展， 数据存储器（RAM）扩展以及I/O口的扩展。 MCS-51单片机有很强的扩展功能，外围扩展电路、 扩展芯片和扩展方法都非常典型、规范。本章首 先初步了解扩展的方法及应用，然后详细讨论各 种扩展的常见电路、芯片以及使用方法。
简单I/O口的扩展
利用373和273使用MOVX指令扩展I/O口 单芯片扩展 多芯片扩展
§6.3存储器扩展
6.3.1存储器扩展概述
MCS-51系列单片机具有64 KB的程序存储器空间， 其中8051、 8751型单片机含有4 KB 的片内程序 存储器, 而8031型单片机则无片内程序存储器。 当采用8051、 8751型单片机而程序超过4 KB, 或 采用8031型单片机时, 就需要进行程序存储器的 扩展。MCS-51系列单片机的数据存储器与程序 存储器的地址空间是互相独立的, 其片外数据存储 器的空间可达64 KB, 而片内的数据存储器空间只 有128 B。 如果片内的数据存储器不够用时, 则需 进行数据存储器的扩展。
一种三态输出的八路缓冲器（总线驱动器） 1A1~1A4,2A1~2A4为输入， 1Y1~1Y4,2Y1~2Y4为输出 当1G有效（低电平）时：1Y1~1Y4输出等于1A1~1A4; 当2G有效（低电平）时：2Y1~2Y4输出等于2A1~2A4;
而当1G(或2G)为高电平时，输出1Y1—1Y4(或 2Y1-2Y4)为高阻态。
经74LS244缓冲后，输入信号被驱动，输出信号 的驱动能力加大了。
74LS244缓冲器主要用于三态输出的存储地址驱 动器、时钟驱动器和总线定向接收器和定向发送 器等。
常用的缓冲器还有74LS240和74LS241等。
四、数据收发器74LS245
五、3-8 地址译码器：74LS138
（2）内部存储器的容量有限，只有128B的RAM和 4KB的程序存储器。
（3）片内无程序存储器的芯片构成最小应用系统时， 必须在片外扩展程序存储器。由于一般用作程序存储 器的EPROM芯片不能锁存地址，故扩展时还应加上1 个锁存器，构成一个3片最小系统，由于8031和 EPROM芯片价格非常低廉，故3片最小系统是目前常 用的基本系统。
一、74系列器件 74系列器件是TI(德州仪器)公司生产的中小规模TTL集成
电路芯片，这是一种低成本、工业民用产品，工作温度为 0℃—70 ℃ ，从功能和速度分类有如下几类：
74xxx——标准TTL 74Lxxx——低功耗TTL 74Sxxx——肖特基型TTL 74LSxxx——低功耗肖特基型TTL 74ALSxxx——高性能型TTL 74Fxxx——高速型TTL 74HCxxx—— HC是高速COMS
线进行系统扩展
3.单片机的三总线结构
当单片机最小系统不能满足系统设计的要求时， 就必需作扩展通常也是扩展成为一般微型计算机 的3总线模式。
地址总线：因为p0口是地址数据复用的所以为保 存地址信息要外加一个地址锁存器存放低8位地址 信息。一般都用ALE正脉冲信号的下降沿进行锁 存。
数据总线：P0
．当输出允许端OE为高电 平时，不论使能端G为何 值，输出端Q总为高阻态。
． 74LS373锁存器主要用 于锁存地址信息、数据信 息
二、锁存器74LS273
真值表
D0～D7是输入端，Q0～Q7是输出端，CP接脉 冲信号。
是片选端（异步主复位输入端，低电平有效）。
三、缓冲器74LS244
6.1.2 系统扩展的内容与方法
1．系统扩展的内容
外部程序存储器 外部数据存储器 输入输出接口 管理功能器件的扩展（如定时/计数器、键
盘/显示器、中断优先编码器等）
2.系统扩展的基本方法
并行扩展法 利用单片机的三组总线进行系统的扩展。 串行扩展法 利用UART双总线、SPI三线总线和I2C双总
6.1.1最小应用系统
一、单片机最小系统
使单片机能运行的最少器件构成的系统， 就是最小系统。
无ROM芯片：8031 必须扩展ROM，复位、 晶振电路
有ROM芯片：89c51等，不必扩展ROM， 只要有复位、晶振电路
8031最小系统
最小系统的特点
（1）系统有大量的I/O口供用户使用。
6.3.1存储器扩展概述（2）
存储器扩展的核心问题是存储器的编址问 题。 所谓编址就是给存储单元分配地址。 由于存储器通常由多片芯片组成, 为此存储 器的编址分为两个层次: 即存储器芯片的选 择编址和存储器芯片内部存储单元的编址。
控制总线：ALE，PSEN*，RD*，WR*，EA*。
8031的系统扩展就是属于这种三总线结构的。
三总线结构有关指令MOVX
MOVX @DPTR，A
MOVX A，@DPTR
§6.2 常用的扩展器件介绍
在外设接口电路中，经常需要对传输过程中的信息进行放 大、隔离以及锁存，能实现上述功能的接口芯片最简单的 就是缓冲器、数据收发器和锁存器。
说百度文库： 对于相同编号(XXX)，不同类型的芯片，其逻辑功 能完全一样。
二、锁存器74LS373
74LS373的功能：
．当使能端G为高电平时， 同时输出允许端OE为低电 平，则输出Q=输人D;
．当使能端G为低电平， 而输出允许端OE也为低电 平时，则输出Q=Qo(原状 态，即使能端G由高电平 变为低电平前，保持输出 端Q的状态，这就是“锁 存”的意义)。