80C51单片机系统扩展
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第7章 80C51单片机的系统扩展
7.1 存储器的扩展 7.2 输入/输出及其控制方式 7.3 81C55接口芯片及其应用 7.4 显示器及键盘技术
2020/7/23
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MCS-51单片机系统扩展总线
1. 单片机系统的扩展结构 单片机系统扩展通常采用总线结构形式。整个扩展系统以单片机
为核心器件，通过系总线把各个扩展部件联系起来，扩展内容主要包 括EPROM、RAM、I/O接口电路和其他数据转换接口电路等。因 为各个部件的扩展是在单片机芯片之外进行的，因此通常把扩展的程 序存储器称为外部程序存储器；而把扩展的数据存储器称为外部数据 存储器。
数据总线是用于在单片机与外部存储器之间或单片机与 I/O端口之间传送数据的通道。单片机系统数据总线通常由P0 口来构成，总线的宽度与单片机的字长是一致的：例如MCS-51 单片机是8位字长，所以它的数据总线的位数也是8位的。数据 总线是双向的，即它可以进行两个方向数据的传送。
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（3）控制总线（Control Bus，缩写为CB） 控制总线实际上是一组控制信号线，它包括单片机发
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PSEN ：用于外部程序存储器的读选通控制。 RD ：用于外部数据存储器的读选通控制。 WR ：用于外部数据存储器的写选通控制。由于单片机系 统采用了总线结构形式，因此大大减少了单片机系统中传 输线的数目，从而提高了系统的可靠性，同时也增加了系 统的灵活性。此外，总线结构的使用，也使得单片机系统 的扩展易于实现。各种功能部件只要符合总线规范就可以 很方便地接入单片机系统，实现单片机应用系统功能的扩 展。
出的，以及外部设备送给单片机的信号线。对某一条控制 信号线而言，它是单方向传送的，但是由不同方向的控制 信号线组合成的控制总线则表现为双向传送性。系统扩展 用的控制线有：ALE、EA 、PSEN 、WR 、RD 。 ALE：用于锁存P0口输出的低8位地址的锁存控制。通常， ALE接在锁存器的控制端，在P0口输出地址期间控制锁存 器来锁存地址数据；ALE端输出的脉冲信号也可以作为单 片机系统中其它芯片的时钟源。
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3. 地址锁存器
MCS-51单片机的P0口是地址线/数据线分时复用的， 实现这一功能需要引入地址锁存器。常用的地址锁存 器的芯片一般有两类：一类是8D触发器，如74LS273、 7474LS377等，另一类是位锁存器，如74LS373、8282 等。
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DQ
Q7
GQ
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程序存储器概述
程序存储器又称为只读存储器ROM（Read Only Memory），它表示信息一旦写入芯片就不能随意更改， 在程序运行时只能读出不能写入，即使掉电存储器芯片 中的信息也不会丢失。程序存储器常见的类型有：
1. 掩膜ROM 其编程工作是由ROM制造厂家来完成的，即它是在
ROM芯片生产厂家通过掩膜工艺来实现编程的。在大批量 生产单片机应用系统的情况下，采用ROM芯片有利于降低 成本。
MCS-51单 片机系统 扩展结构
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PSEN
P0.0-0.7 P2.0-2.7 MCS-51
RD WR
外部程序 存储器
系统扩展总线
扩展 RAM
并行I/O 串行I/O
接口
接口
A/D 转换器
D/A 转换器
定时器 计数器
并行I/O设备 串行I/O设备 模拟量 模拟量 2
2. 单片机系统扩展总线的产生
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② 在每个机器周期的第一个 ALE脉冲有效期间(高电平期间)， CPU将把P0口输出的低8 位地址 锁进地址锁存器中（ALE为地址 锁存器的锁存选通信号），在此 期间P2口输出的高8位地址始终 保持有效。
③ 若为双字节指令则将开始 下一个指令字节的读取。其读取 过程除CPU会自动修改P0口的地 址使之指向下一个存储单元外， 其余过程与读取第一字节的过程 是相似的。若为单字节指令则第 一个机器周期中的第二个ALE无 效。系统将在下一个机器周期再 开始下一条指令字节的读取操作。
EA ：用于选择片内或片外程序存储器。当 EA ＝0时，单 片机只能对外部程序存储器进行访问，当 EA ＝1时，单片 机既能访问片内程序存储器，也能访问片外程序存储器： 单片机依据程序地址来确定是对片内程序存储器进行访问， 还是对片外程序存储器进行访问。因此，对片内无程序存 储器的单片机，必须使接低电平。
单片机系统采用三总线结构。按其功能通常把系统总线分为三类， 即地址总线、数据总线和控制总线。单片机系统三总线结构如图所示
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（1）地址总线（Address Bus 缩写为AB）
地址总线主要用于单片机送出的地址信号，以便对外部 的存储器单元或I/O端口进行操作。地址总线是单向传送的， 只能由单片机向外发送。在MCS-51单片机系统中，地址总线 通常由P0口和P2口构成。地址总线的数量取决于外部要访问 的存储器的容量，例如，对于n根地址线就可以实现对2n个单 元进行连续编码，即可以对2n个存储单元进行访问，MCS-51 单片机的地址线最多为16根，因此外部存储器最多可以扩展 64KB个单元。 （2）数据总线（Data Bus，缩写为DB）
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片外ROM操作时序
片内片外ROM读，用指令MOVC（产生PSEN信号） 片外片外ROM选择，用EA。片外ROM最大容量64K。
【例7-1】读外部ROM时序。
① 单片机的ALE是以固定的周 期输出脉冲，在每个机器周期的 S1P2～S2P1及S4P2～S5P1（S1P2 是指状态周期S1的P2拍，S2P1是 指状态周期S2的P1拍）时各输出 一个脉冲，它可作为地址锁存器 的锁存选通信号，每个机器周期 输出2个ALE脉冲
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百度文库D0
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Q0
GQ
G
OE
74LS373
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74LS373功能表
输
入
输
出
OE
G
0
1
0
1
0
0
1
x
Di
Qi
1
1
0
0
x
Q不变
x
高阻
注：×表示无关
74LS373是高电平触发选通，当使能端有效时，输出直接跟随 输入变化，当使能端由高变低时，才将输入状态锁存直到下一次 使能信号变高为止。因此在选用74LS373作单片机地址锁存时，可 直接将单片机的ALE信号加到它们的使能端。
7.1 存储器的扩展 7.2 输入/输出及其控制方式 7.3 81C55接口芯片及其应用 7.4 显示器及键盘技术
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MCS-51单片机系统扩展总线
1. 单片机系统的扩展结构 单片机系统扩展通常采用总线结构形式。整个扩展系统以单片机
为核心器件，通过系总线把各个扩展部件联系起来，扩展内容主要包 括EPROM、RAM、I/O接口电路和其他数据转换接口电路等。因 为各个部件的扩展是在单片机芯片之外进行的，因此通常把扩展的程 序存储器称为外部程序存储器；而把扩展的数据存储器称为外部数据 存储器。
数据总线是用于在单片机与外部存储器之间或单片机与 I/O端口之间传送数据的通道。单片机系统数据总线通常由P0 口来构成，总线的宽度与单片机的字长是一致的：例如MCS-51 单片机是8位字长，所以它的数据总线的位数也是8位的。数据 总线是双向的，即它可以进行两个方向数据的传送。
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（3）控制总线（Control Bus，缩写为CB） 控制总线实际上是一组控制信号线，它包括单片机发
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PSEN ：用于外部程序存储器的读选通控制。 RD ：用于外部数据存储器的读选通控制。 WR ：用于外部数据存储器的写选通控制。由于单片机系 统采用了总线结构形式，因此大大减少了单片机系统中传 输线的数目，从而提高了系统的可靠性，同时也增加了系 统的灵活性。此外，总线结构的使用，也使得单片机系统 的扩展易于实现。各种功能部件只要符合总线规范就可以 很方便地接入单片机系统，实现单片机应用系统功能的扩 展。
出的，以及外部设备送给单片机的信号线。对某一条控制 信号线而言，它是单方向传送的，但是由不同方向的控制 信号线组合成的控制总线则表现为双向传送性。系统扩展 用的控制线有：ALE、EA 、PSEN 、WR 、RD 。 ALE：用于锁存P0口输出的低8位地址的锁存控制。通常， ALE接在锁存器的控制端，在P0口输出地址期间控制锁存 器来锁存地址数据；ALE端输出的脉冲信号也可以作为单 片机系统中其它芯片的时钟源。
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3. 地址锁存器
MCS-51单片机的P0口是地址线/数据线分时复用的， 实现这一功能需要引入地址锁存器。常用的地址锁存 器的芯片一般有两类：一类是8D触发器，如74LS273、 7474LS377等，另一类是位锁存器，如74LS373、8282 等。
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程序存储器概述
程序存储器又称为只读存储器ROM（Read Only Memory），它表示信息一旦写入芯片就不能随意更改， 在程序运行时只能读出不能写入，即使掉电存储器芯片 中的信息也不会丢失。程序存储器常见的类型有：
1. 掩膜ROM 其编程工作是由ROM制造厂家来完成的，即它是在
ROM芯片生产厂家通过掩膜工艺来实现编程的。在大批量 生产单片机应用系统的情况下，采用ROM芯片有利于降低 成本。
MCS-51单 片机系统 扩展结构
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PSEN
P0.0-0.7 P2.0-2.7 MCS-51
RD WR
外部程序 存储器
系统扩展总线
扩展 RAM
并行I/O 串行I/O
接口
接口
A/D 转换器
D/A 转换器
定时器 计数器
并行I/O设备 串行I/O设备 模拟量 模拟量 2
2. 单片机系统扩展总线的产生
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② 在每个机器周期的第一个 ALE脉冲有效期间(高电平期间)， CPU将把P0口输出的低8 位地址 锁进地址锁存器中（ALE为地址 锁存器的锁存选通信号），在此 期间P2口输出的高8位地址始终 保持有效。
③ 若为双字节指令则将开始 下一个指令字节的读取。其读取 过程除CPU会自动修改P0口的地 址使之指向下一个存储单元外， 其余过程与读取第一字节的过程 是相似的。若为单字节指令则第 一个机器周期中的第二个ALE无 效。系统将在下一个机器周期再 开始下一条指令字节的读取操作。
EA ：用于选择片内或片外程序存储器。当 EA ＝0时，单 片机只能对外部程序存储器进行访问，当 EA ＝1时，单片 机既能访问片内程序存储器，也能访问片外程序存储器： 单片机依据程序地址来确定是对片内程序存储器进行访问， 还是对片外程序存储器进行访问。因此，对片内无程序存 储器的单片机，必须使接低电平。
单片机系统采用三总线结构。按其功能通常把系统总线分为三类， 即地址总线、数据总线和控制总线。单片机系统三总线结构如图所示
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（1）地址总线（Address Bus 缩写为AB）
地址总线主要用于单片机送出的地址信号，以便对外部 的存储器单元或I/O端口进行操作。地址总线是单向传送的， 只能由单片机向外发送。在MCS-51单片机系统中，地址总线 通常由P0口和P2口构成。地址总线的数量取决于外部要访问 的存储器的容量，例如，对于n根地址线就可以实现对2n个单 元进行连续编码，即可以对2n个存储单元进行访问，MCS-51 单片机的地址线最多为16根，因此外部存储器最多可以扩展 64KB个单元。 （2）数据总线（Data Bus，缩写为DB）
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片外ROM操作时序
片内片外ROM读，用指令MOVC（产生PSEN信号） 片外片外ROM选择，用EA。片外ROM最大容量64K。
【例7-1】读外部ROM时序。
① 单片机的ALE是以固定的周 期输出脉冲，在每个机器周期的 S1P2～S2P1及S4P2～S5P1（S1P2 是指状态周期S1的P2拍，S2P1是 指状态周期S2的P1拍）时各输出 一个脉冲，它可作为地址锁存器 的锁存选通信号，每个机器周期 输出2个ALE脉冲
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74LS373功能表
输
入
输
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x
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Qi
1
1
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0
x
Q不变
x
高阻
注：×表示无关
74LS373是高电平触发选通，当使能端有效时，输出直接跟随 输入变化，当使能端由高变低时，才将输入状态锁存直到下一次 使能信号变高为止。因此在选用74LS373作单片机地址锁存时，可 直接将单片机的ALE信号加到它们的使能端。