第10章-单片机系统扩展
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4.2.1 程序存储器ROM扩展
21
第10章 单片机系统扩展
读写存储器RAM扩展
静态RAM典型型号有:6116、6264、62128、62256。
22
第10章 单片机系统扩展
8.5.2 读写片外RAM操作时序
23
第10章 单片机系统扩展
RAM和EPROM的综合扩展
扩展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROM。 RAM选6264，EPROM选2764。
ADRRESS BUS
P1.0 DZ2
PP0
P1.1
PP1
P1.2
PP2
P1.3
PP3
P1.4
PP4
P1.5
PP5
P1.6
PP6
P1.7
PP7
P1????
PP0 2 PP1 4 PP2 6 PP3 8
PP4 11 PP5 13 PP6 15 PP7 17
1 19
U12
1A1 1A2 1A3 1A4
2A1 2A2 2A3 2A4
方式选择控制字 标志 = 1有效
B组控制
端口C(PC3~PC0) 1=输入， 0=输出
端口B 1=输入， 0=输出
B组方式选择 0=方式0， 1=方式1
A组控制
端口C(PC7~PC4) 1=输入， 0=输出
端口A 1=输入， 0=输出
A组方式选择 00=方式0，01=方式1 1=方式2
32
第10章 单片机系统扩展
P2.0(A8)
89C51
18 30 ALE 29 17 /RD 15 T1 16 /WR 14 T0 13 /INT1 12 /INT0 11 TXD 10 RXD 28 A15 27 A14 26 A13 25 A12 24 A11 23 A10 22 A9 21 A8
3 2
1 SW8 ????
5
第10章 单片机系统扩展
存储器地址空间分配
在单片微机应用系统中，为了唯一地选择片外 某一存储单元或I/O端口，需要进行二次选择。
一是必须先找到该存储单元或I/O端口所在的 芯片，称为“片选” ，二是通过对芯片本身所具 有的地址线进行译码，然后确定唯一的存储单元 或I/O端口，称为“字选”或“单元选择”。
1G 2G
74LS244
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4
18 L0 16 L1 14 L2 12 L3
2Y1 2Y2 2Y3 2Y4
9 7 5 3
L4 L5 L6 L7
L0 LD0
LL0
L1 LD1
LL1
L2 LD2
LL2
L3 LD3
LL3
L4 LD4
LL4
L5 LD5
LL5
L6 LD6
LL6
L7 LD7
系统扩展问题，内容主要有外部存储器的扩展和 I/O接口部件的扩展。
1
第10章 单片机系统扩展
10.1 系统扩展概述
2
第10章 单片机系统扩展
10.1 系统扩展概述
51系列单片机有很强的外部扩展能力。外部扩 展可分为并行扩展和串行扩展两大形式。
早期的单片机应用系统以采用并行扩展为多， 近期的单片机应用系统以采用串行扩展为多。
P0.5(AD5) INTR0/P3.2
P0.6(AD6) TXD/P3.1
P0.7(AD7) RXD/P3.0
P1.0
P2.7(A15)
P1.1
P2.6(A14)
P1.2
P2.5(A13)
P1.3
P2.4(A12)
P1.4
P2.3(A11)
P1.5
P2.2(A10)
P1.6
P2.1(A9)
P1.7
28
第10章 单片机系统扩展
29
第10章 单片机系统扩展
82C55的工作方式控制字
82C55有三种工作方式： •方式0——基本输入/输出方式（A、B、C口） •方式1——选通工作方式（A、B口） •方式2——双向选通传送方式（仅A口）
端口工作于哪一种方式，可通过软件编程 来指定。即向82C55写入方式控制字来决定其工 作方式。
33
第10章 单片机系统扩展
U1
19 XTAL1 18 XTAL2
9 RST
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
方式082-5-5-A--简基单应本用输实例入/输出方式
RP1 RESPACK-8
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
19 1
E DIR
74LS245
U29C
/RD
1
3
/WR 2
74LS08
18 D0 17 D1 16 D2 15 D3 14 D4 13 D5 12 D6 11 D7
DATA BUS
18
第10章 单片机系统扩展
外部扩展的器件可以有ROM、RAM、I/O口和其他 一些功能器件，扩展器件大多是一些常规芯片，有 典型的扩展应用电路，可根据规范化电路来构成能 满足要求的应用系统。
3
第10章 单片机系统扩展
并行扩展外部总线构造
单片机并行扩展时外部引线分为三组总线： 数据线、地址线、控制线。系统扩展就是将 需要的外部资源挂接到这三组总线上，使其 能够与CPU正确通信，完成数据交换。
ADDR/DATA BUS
U21
1 ALE 11
OC C
DD0 3 DD1 4 DD2 7 DD3 8 DD4 13 DD5 14 DD6 17 DD7 18
1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D
1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q
2 5 6 9 12 15 16 19
SN74ALS373
4
第10章 单片机系统扩展
存储器地址空间分配
实际系统设计中，既需要扩展程序存储器、 又需要扩展数据存储器以及I/O接口，不同类型的 芯片中存储单元数量不同，如何把片外的两个 64KB地址空间分配给各个程序存储器、数据存储 器及I/O芯片，使一个存储单元只对应一个地址， 避免单片机发出一个地址时，同时访问两个单元， 发生数据冲突。这就是存储器地址空间分配问题。
1
VCC
2 3
4
U11
/MR RST VCC /RST GND NC PFI PFO
MAX708
8 RST 7/RST 6 5
CYAL2 VCC
1
4
2
3
6M
9
19
VCC DD0
31 39
DD1 38
DD2 37
DD3 36
DD4 35
DD5 34
DD6 33
DD7 32
P1.0 1
P1.1 2
P1.2 3
12
第10章 单片机系统扩展
译码法
13
第10章 单片机系统扩展
译码法
每个片选信 号对应8KB 的地址空间
译码法又分为全译码和部分译码
14
第10章 单片机系统扩展
译码法
15
第10章 单片机系统扩展
译码法
16
第10章 单片机系统扩展
17
第10章 单片机系统扩展
R24
VCC 10K
KRST ??
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
程序存储器扩展比较方便，一般都是扩展一片并 行接口的EPROM、EEPROM或Flash，如常用的 EPROM芯片有27C64（8KB）、27C256（32KB） 和27C512（64KB）；
数据存储器的扩展按芯片采用的接口技术不同， 可分为并行接口的芯片和串行接口的芯片扩展。.
20
第10章 单片机系统扩展
端口C置位/复位控制字
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
不使用 设置为
000
端口C位置位/复位 控制字标志= 0有效
位的置位/复位 1=置位，0=复位
位 选择 D3 D2 D1 通道C位
0 0 0 PC0 0 0 1 PC1 0 1 0 PC2 0 1 1 PC3 1 0 0 PC4 1 0 1 PC5 1 1 0 PC6 1 1 1 PC7
所以线选法一般只用于不太复杂的系统中， 复杂系统一般采用译码法实现。
11
第10章 单片机系统扩展
译码法
利用译码器对单片机的某些高位地址线进行 译码，其译码输出作为存储器芯片（或I/O接口 芯片）的片选信号。
译码法是一种最常用的存储器地址分配的方 法，这种方法存储空间连续，能有效地利用存储 器空间，适用于大容量多芯片的存储器扩展。
RP2
RESPACK-8
U3
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
39 38 37 36 35 34 33 32
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9
U2
34 33 32 31 30 29 28 27
存储器扩展
存储器是计算机系统中的记忆装置，用来 存放要运行的程序和程序运行所需要的数据。 单片机系统扩展的存储器通常使用半导体存储 器，根据用途可以分为程序存储器（一般用 ROM）和数据存储器（一般用RAM）两种类型。
19
第10章 单片机系统扩展
存储器扩展
单片机系统存储器的扩展主要包括：程序存储器 和数据存储器的扩展。
“片选” 保证每次读或写时，只选中某一片存 储器芯片或I/O接口芯片。常用的方法有“线选法” 和“译码法”。
6
第10章 单片机系统扩展
存储器地址空间分配
为实现片选，存储器芯片都有片选引脚。同时也都 有多条地址线引脚，以便进行单元选择。 “片选” 和“单元选择”都是单片机通过地址线一次发出的地 址信号来完成选择。 通常把单片机系统的地址线笼统地分为低位地址线 和高位地址线，“片选”都是使用高位地址线。实际 上，16条地址线中的高、低位地址线的数目并不是固 定的，只是习惯上把用于 “单元选择”的地址线， 都称为低位地址线，其余的为高位地址线。
第10章 单片机系统扩展
由于51单片机片内的ROM和RAM容量、并行I/O 端口、串行口、定时器及中断源等资源有限，且相当 多的芯片内部没有集成A/D和D/A等功能芯片。在实际 应用中经常要考虑人机接口、参数检测、系统监控、 报警等需要，会出现内部资源不够用的情况。因此系 统扩展是单片机应用系统设计时经常遇到的问题。
各芯片地址空间分配 控制信号及片选信号
24
第10章 单片机系统扩展
RAM和EPROM的综合扩展
25
第10章 单片机系统扩展
26
第10章 单片机系统扩展
可编程并行I/O接口
27
第10章 单片机系统扩展
当片选信号为低电平时：
A1A0=00 A1A0=01 A1A0=10 A1A0=11
数据端口A 数据端口B 数据端口C 控制端口
LL7
RP1
LL0 LL1 LL2 LL3 LL4 LL5 LL6 LL7
2 3 4 51 6 7 8 9
8x100 ???
A0 10 A1 9 A2 8 A3 7 A4 6 A5 5 A6 4 A7 3 A8 25 A9 24 A10 21 A11 23 A12 2 A13 26 A14 1 A15 20 /RD 22 /WR27
CS
A12
A13 A14
（1）
A15
D0--D7 数据总线
RAM 2KB
CS
（2）
RAM 2KB
CS
（3）
RAM 2KB
（4）
CS
RAM 2KB
（5）
CS
10
第10章 单片机系统扩展
线选法
优点：电路简单，不需其他外围器件，体积小， 成本低。
缺点：可寻址的器件数目受到限制；各外围器件 的地址空间不连续，不能充分利用存储空间，每 一个存储单元的地址不唯一，这会给程序设计带 来一些不方便。
30
第10章 单片机系统扩展
82C55的工作方式控制字
82C55有2种控制命令字： 方式选择控制字——确定A、B、C 3个端口的工作方式； C口置位/复位控制字——确定端口C某一位的初始状态， 或用于设置INTE位(方式1,2)。
31
第10章 单片机系统扩展
方式选择控制字
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
P1.3 4
P1.4 5
P1.5 6
P1.6 7
P1.7 8
U8
RST
XTAL2
XTAL1
ALE
EA
PSEN
P0.0(AD0)
RD/P3.7
P0.1(AD1) TIMER 1/P3.5
P0.2(AD2)
WR/P3.6
P0.3(AD3) TIMER 0/P3.4
P0.4(AD4) INTR1/P3.3
7
第10章 单片机系统扩展
8
第10章 单片机系统扩展
线选法
利用单片机高位地址总线作为存储器芯片 （或I/O接口芯片）的片选信号，即将高位地址 线的某一根地址线与扩展芯片的片选引脚直接 相连，该地址线为低电平时，选中该芯片。
9
第10章 单片机系统扩展
地址总线
线选法
A0--A10
RAM 2KB
A11
U16
A0
D0
A1
D1
A2
D2
A3
D3
A4
D4
A5
D5
A6
D6
A7
D7
A8
A9
A10
A11ຫໍສະໝຸດ Baidu
A12
A13
A14
CS# /RD
62256
/WR
11 D0 12 D1 13 D2 15 D3 16 D4 17 D5 18 D6 19 D7
62256
U22
DD0 2 DD1 3 DD2 4 DD3 5 DD4 6 DD5 7 DD6 8 DD7 9
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第10章 单片机系统扩展
读写存储器RAM扩展
静态RAM典型型号有:6116、6264、62128、62256。
22
第10章 单片机系统扩展
8.5.2 读写片外RAM操作时序
23
第10章 单片机系统扩展
RAM和EPROM的综合扩展
扩展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROM。 RAM选6264，EPROM选2764。
ADRRESS BUS
P1.0 DZ2
PP0
P1.1
PP1
P1.2
PP2
P1.3
PP3
P1.4
PP4
P1.5
PP5
P1.6
PP6
P1.7
PP7
P1????
PP0 2 PP1 4 PP2 6 PP3 8
PP4 11 PP5 13 PP6 15 PP7 17
1 19
U12
1A1 1A2 1A3 1A4
2A1 2A2 2A3 2A4
方式选择控制字 标志 = 1有效
B组控制
端口C(PC3~PC0) 1=输入， 0=输出
端口B 1=输入， 0=输出
B组方式选择 0=方式0， 1=方式1
A组控制
端口C(PC7~PC4) 1=输入， 0=输出
端口A 1=输入， 0=输出
A组方式选择 00=方式0，01=方式1 1=方式2
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第10章 单片机系统扩展
P2.0(A8)
89C51
18 30 ALE 29 17 /RD 15 T1 16 /WR 14 T0 13 /INT1 12 /INT0 11 TXD 10 RXD 28 A15 27 A14 26 A13 25 A12 24 A11 23 A10 22 A9 21 A8
3 2
1 SW8 ????
5
第10章 单片机系统扩展
存储器地址空间分配
在单片微机应用系统中，为了唯一地选择片外 某一存储单元或I/O端口，需要进行二次选择。
一是必须先找到该存储单元或I/O端口所在的 芯片，称为“片选” ，二是通过对芯片本身所具 有的地址线进行译码，然后确定唯一的存储单元 或I/O端口，称为“字选”或“单元选择”。
1G 2G
74LS244
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4
18 L0 16 L1 14 L2 12 L3
2Y1 2Y2 2Y3 2Y4
9 7 5 3
L4 L5 L6 L7
L0 LD0
LL0
L1 LD1
LL1
L2 LD2
LL2
L3 LD3
LL3
L4 LD4
LL4
L5 LD5
LL5
L6 LD6
LL6
L7 LD7
系统扩展问题，内容主要有外部存储器的扩展和 I/O接口部件的扩展。
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第10章 单片机系统扩展
10.1 系统扩展概述
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第10章 单片机系统扩展
10.1 系统扩展概述
51系列单片机有很强的外部扩展能力。外部扩 展可分为并行扩展和串行扩展两大形式。
早期的单片机应用系统以采用并行扩展为多， 近期的单片机应用系统以采用串行扩展为多。
P0.5(AD5) INTR0/P3.2
P0.6(AD6) TXD/P3.1
P0.7(AD7) RXD/P3.0
P1.0
P2.7(A15)
P1.1
P2.6(A14)
P1.2
P2.5(A13)
P1.3
P2.4(A12)
P1.4
P2.3(A11)
P1.5
P2.2(A10)
P1.6
P2.1(A9)
P1.7
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第10章 单片机系统扩展
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第10章 单片机系统扩展
82C55的工作方式控制字
82C55有三种工作方式： •方式0——基本输入/输出方式（A、B、C口） •方式1——选通工作方式（A、B口） •方式2——双向选通传送方式（仅A口）
端口工作于哪一种方式，可通过软件编程 来指定。即向82C55写入方式控制字来决定其工 作方式。
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第10章 单片机系统扩展
U1
19 XTAL1 18 XTAL2
9 RST
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
方式082-5-5-A--简基单应本用输实例入/输出方式
RP1 RESPACK-8
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
19 1
E DIR
74LS245
U29C
/RD
1
3
/WR 2
74LS08
18 D0 17 D1 16 D2 15 D3 14 D4 13 D5 12 D6 11 D7
DATA BUS
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第10章 单片机系统扩展
外部扩展的器件可以有ROM、RAM、I/O口和其他 一些功能器件，扩展器件大多是一些常规芯片，有 典型的扩展应用电路，可根据规范化电路来构成能 满足要求的应用系统。
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第10章 单片机系统扩展
并行扩展外部总线构造
单片机并行扩展时外部引线分为三组总线： 数据线、地址线、控制线。系统扩展就是将 需要的外部资源挂接到这三组总线上，使其 能够与CPU正确通信，完成数据交换。
ADDR/DATA BUS
U21
1 ALE 11
OC C
DD0 3 DD1 4 DD2 7 DD3 8 DD4 13 DD5 14 DD6 17 DD7 18
1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D
1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q
2 5 6 9 12 15 16 19
SN74ALS373
4
第10章 单片机系统扩展
存储器地址空间分配
实际系统设计中，既需要扩展程序存储器、 又需要扩展数据存储器以及I/O接口，不同类型的 芯片中存储单元数量不同，如何把片外的两个 64KB地址空间分配给各个程序存储器、数据存储 器及I/O芯片，使一个存储单元只对应一个地址， 避免单片机发出一个地址时，同时访问两个单元， 发生数据冲突。这就是存储器地址空间分配问题。
1
VCC
2 3
4
U11
/MR RST VCC /RST GND NC PFI PFO
MAX708
8 RST 7/RST 6 5
CYAL2 VCC
1
4
2
3
6M
9
19
VCC DD0
31 39
DD1 38
DD2 37
DD3 36
DD4 35
DD5 34
DD6 33
DD7 32
P1.0 1
P1.1 2
P1.2 3
12
第10章 单片机系统扩展
译码法
13
第10章 单片机系统扩展
译码法
每个片选信 号对应8KB 的地址空间
译码法又分为全译码和部分译码
14
第10章 单片机系统扩展
译码法
15
第10章 单片机系统扩展
译码法
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第10章 单片机系统扩展
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第10章 单片机系统扩展
R24
VCC 10K
KRST ??
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
程序存储器扩展比较方便，一般都是扩展一片并 行接口的EPROM、EEPROM或Flash，如常用的 EPROM芯片有27C64（8KB）、27C256（32KB） 和27C512（64KB）；
数据存储器的扩展按芯片采用的接口技术不同， 可分为并行接口的芯片和串行接口的芯片扩展。.
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第10章 单片机系统扩展
端口C置位/复位控制字
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
不使用 设置为
000
端口C位置位/复位 控制字标志= 0有效
位的置位/复位 1=置位，0=复位
位 选择 D3 D2 D1 通道C位
0 0 0 PC0 0 0 1 PC1 0 1 0 PC2 0 1 1 PC3 1 0 0 PC4 1 0 1 PC5 1 1 0 PC6 1 1 1 PC7
所以线选法一般只用于不太复杂的系统中， 复杂系统一般采用译码法实现。
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第10章 单片机系统扩展
译码法
利用译码器对单片机的某些高位地址线进行 译码，其译码输出作为存储器芯片（或I/O接口 芯片）的片选信号。
译码法是一种最常用的存储器地址分配的方 法，这种方法存储空间连续，能有效地利用存储 器空间，适用于大容量多芯片的存储器扩展。
RP2
RESPACK-8
U3
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
39 38 37 36 35 34 33 32
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9
U2
34 33 32 31 30 29 28 27
存储器扩展
存储器是计算机系统中的记忆装置，用来 存放要运行的程序和程序运行所需要的数据。 单片机系统扩展的存储器通常使用半导体存储 器，根据用途可以分为程序存储器（一般用 ROM）和数据存储器（一般用RAM）两种类型。
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第10章 单片机系统扩展
存储器扩展
单片机系统存储器的扩展主要包括：程序存储器 和数据存储器的扩展。
“片选” 保证每次读或写时，只选中某一片存 储器芯片或I/O接口芯片。常用的方法有“线选法” 和“译码法”。
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第10章 单片机系统扩展
存储器地址空间分配
为实现片选，存储器芯片都有片选引脚。同时也都 有多条地址线引脚，以便进行单元选择。 “片选” 和“单元选择”都是单片机通过地址线一次发出的地 址信号来完成选择。 通常把单片机系统的地址线笼统地分为低位地址线 和高位地址线，“片选”都是使用高位地址线。实际 上，16条地址线中的高、低位地址线的数目并不是固 定的，只是习惯上把用于 “单元选择”的地址线， 都称为低位地址线，其余的为高位地址线。
第10章 单片机系统扩展
由于51单片机片内的ROM和RAM容量、并行I/O 端口、串行口、定时器及中断源等资源有限，且相当 多的芯片内部没有集成A/D和D/A等功能芯片。在实际 应用中经常要考虑人机接口、参数检测、系统监控、 报警等需要，会出现内部资源不够用的情况。因此系 统扩展是单片机应用系统设计时经常遇到的问题。
各芯片地址空间分配 控制信号及片选信号
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第10章 单片机系统扩展
RAM和EPROM的综合扩展
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第10章 单片机系统扩展
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第10章 单片机系统扩展
可编程并行I/O接口
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第10章 单片机系统扩展
当片选信号为低电平时：
A1A0=00 A1A0=01 A1A0=10 A1A0=11
数据端口A 数据端口B 数据端口C 控制端口
LL7
RP1
LL0 LL1 LL2 LL3 LL4 LL5 LL6 LL7
2 3 4 51 6 7 8 9
8x100 ???
A0 10 A1 9 A2 8 A3 7 A4 6 A5 5 A6 4 A7 3 A8 25 A9 24 A10 21 A11 23 A12 2 A13 26 A14 1 A15 20 /RD 22 /WR27
CS
A12
A13 A14
（1）
A15
D0--D7 数据总线
RAM 2KB
CS
（2）
RAM 2KB
CS
（3）
RAM 2KB
（4）
CS
RAM 2KB
（5）
CS
10
第10章 单片机系统扩展
线选法
优点：电路简单，不需其他外围器件，体积小， 成本低。
缺点：可寻址的器件数目受到限制；各外围器件 的地址空间不连续，不能充分利用存储空间，每 一个存储单元的地址不唯一，这会给程序设计带 来一些不方便。
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第10章 单片机系统扩展
82C55的工作方式控制字
82C55有2种控制命令字： 方式选择控制字——确定A、B、C 3个端口的工作方式； C口置位/复位控制字——确定端口C某一位的初始状态， 或用于设置INTE位(方式1,2)。
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第10章 单片机系统扩展
方式选择控制字
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
P1.3 4
P1.4 5
P1.5 6
P1.6 7
P1.7 8
U8
RST
XTAL2
XTAL1
ALE
EA
PSEN
P0.0(AD0)
RD/P3.7
P0.1(AD1) TIMER 1/P3.5
P0.2(AD2)
WR/P3.6
P0.3(AD3) TIMER 0/P3.4
P0.4(AD4) INTR1/P3.3
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第10章 单片机系统扩展
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第10章 单片机系统扩展
线选法
利用单片机高位地址总线作为存储器芯片 （或I/O接口芯片）的片选信号，即将高位地址 线的某一根地址线与扩展芯片的片选引脚直接 相连，该地址线为低电平时，选中该芯片。
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第10章 单片机系统扩展
地址总线
线选法
A0--A10
RAM 2KB
A11
U16
A0
D0
A1
D1
A2
D2
A3
D3
A4
D4
A5
D5
A6
D6
A7
D7
A8
A9
A10
A11ຫໍສະໝຸດ Baidu
A12
A13
A14
CS# /RD
62256
/WR
11 D0 12 D1 13 D2 15 D3 16 D4 17 D5 18 D6 19 D7
62256
U22
DD0 2 DD1 3 DD2 4 DD3 5 DD4 6 DD5 7 DD6 8 DD7 9