第5章单片机系统的扩展

27
2013年7月27日8时54 分
27 2013-7-27
用单片27128EPROM的扩展电路
28
2013年7月27日8时54 分 28 2013-7-27
存储器的编址问题:
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和存储 器芯片内部存储单元的选择。 例 :将2片EPROM 2764芯片与8031连接。
5.1 系统扩展概述
5.1.1 最小应用系统
1. 片内带程序存储器的单片机的最小应用系统 (1)8051、 8751、8052本身， (2)时钟电路， (3)复位电路即可构成最小应用系统。
EA 接高电平，系统就可以工作。如下页图所示。该系统
的特点如下: (1) 系统有大量的I/O线可供用户使用: P0、 P1、 P2、 P3四个口都可以作为I/O口使用。 (2) 内部存储器的容量有限，只有128B的RAM和4 KB 的程序存储器。
5.3.1 程序存储器EPROM的扩展
1 常用EPROM芯片 2716：2KB 2732：4KB 2764：8KB 27128：16KB 27256：32KB 27512：64KB
19
Leabharlann Baidu
2013年7月27日8时54 分
19 2013-7-27
20
2013年7月27日8时54 分
20 2013-7-27
13
2013年7月27日8时54 分 13 2013-7-27
单片机中存储器为半导体存储器。 半导体存储器由能够表示二进制数“0”和“1” 的、具有记忆功能的一些半导体器件组成。如触 发器、MOS管的栅极电容等。 能存放一位二进制数的器件称为一个存储元。 若干存储元构成一个存储单元。 许多存储单元组织在—起就构成了存储器。
10
2013年7月27日8时54 分 10 2013-7-27
地址锁存器一般采用74LS373，采用74LS373的地址总线的 扩展电路如下图(图8-3)。
11
2013年7月27日8时54 分
11 2013-7-27
5.3存储器扩展 存储器的一般概念 存储器是计算机系统的记忆设备。它用来 存放程序指令、要处理的数据、运算结果以 及各种需要计算机保存的信息，是计算机中 不可缺少的一个重要组成部分。从记忆信息 的角度讲，计算机中的存储器就相当于人的 大脑。
2013年7月27日8时54 分
12
12 2013-7-27
存储器的分类
通用计算机中存储器分为： • 内存——存放当前运行的程序和数据。
– 特点：快，容量小，随机存取，CPU可直接访问。 – 通常由半导体存储器构成 – RAM、ROM
• 外存——存放非当前使用的程序和数据。
– 特点：慢，容量大，顺序存取/块存取。需调入内存后 CPU才能访问。 – 通常由磁、光存储器构成，也可以由半导体存储器构成 – 磁盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、闪存
17
2013年7月27日8时54 分
17 2013-7-27
2 只读存储器（ROM）
特点：(1)在工作时，只能读出，不能写入。 (2)掉电后所存的信息不会丢失。 掩膜ROM 分类
一次性可编程PROM
EPROM（紫外线擦除） EEPROM（电擦除）
18
2013年7月27日8时54 分
18 2013-7-27
用2片2764EPROM的扩展电路
注意：芯片的编址
2013年7月27日8时54 分
2764(1):0000-1FFFH， 2764(2):2000-3FFFH，
31 2013-7-27
31
存储器芯片的选择有两种方法: 线选法和 译码法。 1. 线选法 所谓线选法, 就是直接以系统的地址线作 为存储器芯片的片选信号, 为此只需把用到的 地址线与存储器芯片的片选端直接相连即可。 2. 译码法(片选法） 所谓译码法就是使用地址译码器对系统的 片外地址进行译码, 以其译码输出作为存储器 芯片的片选信号。
8
2013年7月27日8时54 分
8 2013-7-27
系统总线构造
9
2013年7月27日8时54 分
9 2013-7-27
地址总线: 由P2口提供高8位地址线, 此口具有输出 锁存的功能, 能保留地址信息。 由P0口提供低8位地 址线。 数据总线: 由P0口提供。 此口是双向、 输入三态控 制的8位通道口。 控制总线: 扩展系统时常用的控制信号为: ALE——地址锁存信号, 用以实现对低8位地址的 锁存。 PSEN——片外程序存储器取指信号。 RD ——片外数据存储器读信号。 WR ——片外数据存储器写信号。
OE
5
EA
8
P0.0-P0.7
PSEN
用2片2764EPROM的扩展电路
注意：多片时，片选CE不能再接地了！ 芯片的编址 2764(1):C000-DFFFH， 4000-5FFFH 2764(2):A000-BFFFH， 2000-3FFFH 2013年7月27日8时54
30
分
30 2013-7-27
EA 接低电平， ALE接地址锁存器，PSEN 接存储
器的输出允许端。
4
2013年7月27日8时54 分 4 2013-7-27
PSEN
OE
8031最小应用系统
5
2013年7月27日8时54 分
5 2013-7-27
5.1.2 系统扩展的内容与方法：
一. 扩展一般有以下几方面的内容: ① 外部程序存储器的扩展; ② 外部数据存储器的扩展; ③ 输入/输出接口的扩展; ④ 管理功能器件的扩展(如定时/计数器、 键盘/显示器、 中断控制器等)。 二. 扩展的基本方法: 使用TTL中小规模集成电路进行扩展。
特点：(1)在工作时，随时可读可写。 (2)掉电后所存的信息丢失。 双极型半导体RAM RAM MOS型RAM
16
2013年7月27日8时54 分
静态存储器（SRAM） Static RAM 动态存储器（DRAM） Dynamic RAM
16 2013-7-27
静态存储器SRAM：用双稳态触发器存储信息。 动态随机存储器DRAM：用电容存储信息。
2 地址锁存器
锁存器74LS373
21
2013年7月27日8时54 分
74LS373的结构及引脚
21 2013-7-27
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。
22
2013年7月27日8时54 分
22 2013-7-27
25
2013年7月27日8时54 分
25 2013-7-27
2764与8031的连接图 注意：芯片的编址
26
2013年7月27日8时54 分
2764 :0000-1FFFH
26 2013-7-27
应用举例
例2:将EPROM 27128芯片与8031连接。
需要考虑与8031相连的存储芯片引脚： 8031CPU 存储芯片 (1)地址总线P0.0-P0.7 74LS373 地址线低8位A7-A0 (2)地址总线P2.0-P2.n-9 地址线高(n-8)位An-1-A8 (3)数据总线的P0.0-P0.7 数据线D7-D0 接地 (4) EA 接地 片选信号CE (5) PSEN 读出允许OE
第5章
单片机系统的扩展
单片微机，在一片芯片上集成了计算机的基本功能 部件，理应独立作为计算机使用，更好地发挥其体积 小、重量轻、价格低、耗电少的优点。然而，在组成 计算机系统时，有时在使用过程中会嫌单片机本身的 功能部件容量还不够，这就需要予以扩展。
1
2013年7月27日8时54 分
1 2013-7-27
3 典型的EPROM接口电路
例1:将EPROM 2764芯片与8031连接。
需要考虑与8051相连的存储芯片引脚： 8031 CPU 存储芯片 (1)地址总线P0.0-P0.7 74LS373 地址线低8位A7-A0 (2)地址总线P2.0-P2.n-9 地址线高(n-8)位An-1-A8 (3)数据总线的P0.0-P0.7 数据线D7-D0 接地 (4) EA 接地 片选信号CE (5) PSEN 读出允许OE
29
2013年7月27日8时54 分
29 2013-7-27
P2.6 P2.5 P2.0-P2.4 ALE 8031 G 74LS373 Q1-Q8 D1-D8
OE
5 5 8 8 A0-A7 A8-A12 2764(1) CE D0-D7 OE 8 8 A0-A7A8-A12 2764(2) CE D0-D7 8
14
2013年7月27日8时54 分
14 2013-7-27
半导体存储器的分类
随机存取存储器（RAM） 半导体存储器
Random Access Memory
只读存储器（ROM）
Read Only Memory
15
2013年7月27日8时54 分
15 2013-7-27
1.随机存取存储器（RAM）
2
2013年7月27日8时54 分 2 2013-7-27
8051/8751最小应用系统
3
2013年7月27日8时54 分 3 2013-7-27
2. 片内无程序存储器的单片机的最小应用系统 (1)8031、 8032本身， (2)时钟电路， (3)复位电路 (4)片外存储器芯片 (5)地址锁存器 构成最小应用系统。
. 0 1 0 0 XXXXXXXXXXX
34
2013年7月27日8时54 分
34 2013-7-27
从地址译码关系图上可以看出以下几点： ① 属完全译码还是部分译码； ② 片内译码线和片外译码线各有多少根； ③ 所占用的全部地址范围为多少。 例如在上面的关系图中， 有1个“·”(A15 不接)， 表示为部分译码， 每个单元占用2个 地址。 片内译码线有11根(A10～Ａ0), 片外译 码线有4根。 其所占用的地址范围如下：
33
2013年7月27日8时54 分 33 2013-7-27
在设计地址译码器电路时， 如果采用地址译码关 系图的话， 将会带来很大的方便。 所谓地址译码关系图， 就是一种用简单的符号来 表示全部地址译码关系的示意图。 例如： A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0
35
2013年7月27日8时54 分
35 2013-7-27
当A15为0时， 所占用地址为： 0010,0000,0000,0000～0010,0111,1111,1111， 即2000H～27FFH。 当A15为1时， 所占用地址为： 1010,0000,0000,0000～1010,0111,1111,1111, 即A000H～A7FFH。
32
2013年7月27日8时54 分 32 2013-7-27
译码法又分为完全译码和部分译码两种。 (1) 完全译码。 地址译码器使用了全部地址线， 地址与存 储单元一一对应， 也就是1个存储单元只占用1 个唯一的地址。 (2) 部分译码。 地址译码器仅使用了部分地址线， 地址与 存储单元不是一一对应， 而是1个存储单元占用 了几个地址。1根地址线不接，一个单元占用2 个地址； 2根地址线不接，一个单元占用4个地 址； 3根地址线不接， 则占用8个地址，依此类 推。
共占用了两组地址， 这两组地址在使用中同样有效。 应该指出的是, 随着半导体存储器的不断发展, 大容量、 高性能、低价格的存储器不断推出, 这就使得存储器的扩展变 得更加方便, 译码电路也越来越简单了。
2013年7月27日8时54 分
6
6 2013-7-27
三 单片机的三总线结构 按功能把系统总线分为三组： 1.地址总线（Address Bus,简写AB） 2.数据总线 (Data Bus，简写DB) 3.控制总线（Control Bus，简写CB）
7
2013年7月27日8时54 分
7 2013-7-27
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。 MCS-51由于受引脚数目的限制，数据线和低8位地址线复 用。
为了将它们分离出来，需要外加地址锁存器，从而构成与
一般CPU相类似的片外三总线，见下页图。
引脚的排列为绘制印刷 电路板时的布线提供了方便。
23
2013年7月27日8时54 分
23 2013-7-27
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。
24
2013年7月27日8时54 分
24 2013-7-27