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1、第6章单片机总线与存储器的扩展 关于单片机总线与存关于单片机总线与存储器的扩展储器的扩展第一张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 MCS51系列单片机的特点就是体积小，功能全，系统结系列单片机的特点就是体积小，功能全，系统结构紧凑，硬件设计灵活。对于简单构紧凑，硬件设计灵活。对于简单 的应用，最小系统即能的应用，最小系统即能满足要求。满足要求。所谓所谓最小系统最小系统是指在最少的外部电路条件下，形成一个是指在最少的外部电路条件下，形成一个可独立工作的单片机应用系统。一片可独立工作的单片机应用系统。一片89C51，或者一片，或者一片8031外接一片外接一片 E
2、PROM就构成了一个单片机最小系统。就构成了一个单片机最小系统。在很多复杂的应用情况下，单片机内的在很多复杂的应用情况下，单片机内的RAM，ROM 和和 I/O接口数量有限，不够使用，这种情况下就需要进行扩展。接口数量有限，不够使用，这种情况下就需要进行扩展。因此因此单片机的系统扩单片机的系统扩 展主要是指外接数据存贮器、程序存展主要是指外接数据存贮器、程序存贮器或贮器或I/O接口等，以满足应用系统的需要。接口等，以满足应用系统的需要。第二张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 6.16.1单片机系统总线和系统扩展方法单片机系统总线和系统扩展方法 单片机是通过
3、地址总线，数据总线和控制总线与外部交换信息的。单片机是通过地址总线，数据总线和控制总线与外部交换信息的。MCS-51单片单片机的总线接口信号见图机的总线接口信号见图第三张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 由图可见：由图可见：1）由于由于Po分时传送地址分时传送地址/数据信息，在接口电路中，通常配数据信息，在接口电路中，通常配置地址锁存器，有置地址锁存器，有ALE信号锁存低信号锁存低8位地址位地址AoA7，以分离地，以分离地址和数据信息。址和数据信息。2）P2口传送高口传送高8位地址位地址A8A15。3)PSEN为程序存储器的控制信号，是在取指令为程序存储器
4、的控制信号，是在取指令 码时或执行码时或执行MOVC指令时变为有效。指令时变为有效。RD、WR为为 数据存储器和数据存储器和I/O口的读、写控制口的读、写控制 信号。是执行信号。是执行MOVX指令时变为有效。指令时变为有效。第四张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 系统的扩展的连线原则系统的扩展归结为三总线的连接，连接的方法很简单，连线时应遵守下列原则：1.连接的双方数据线连数据线，地址线连地址线，控制线连控制线。要特别注意的是：程序存储器接PSEN;数据存储器接RD和WR2.控制线相同的地址线不能相同，地址线相同的控制线不能相同。3.片选信号有效的芯片才选
5、中工作，当一类芯片仅一片时片选端可接地，当同类芯片多片时片选端可通过线译码、部分译码、全译码接地址线（通常是高位地址线），在单片机中多采用线选法。第五张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 6.2 6.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展6.2.1 EPROM6.2.1 EPROM的扩展的扩展的扩展的扩展程序存储器扩展电路的安排应满足单片机从外存取指令的时序要求。从时序图中分析ALE、PSEN、Po和P2怎样配合使程序存储器完成取指操作，从而得出扩展程序存储器的方法。单片机一直处于不断的取指令码执行取指令码执行的工作单片机一直处于不断的取指令码执行取指令码执行
6、的工作过程中，在取指令码时和执行过程中，在取指令码时和执行MOVCMOVC指令时指令时PSENPSEN会变为有效，和其会变为有效，和其它信号配合完成从它信号配合完成从程序存储器读取数据。第六张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 一个机器周期第七张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 根据以上取指时序的要求，根据以上取指时序的要求，8XX51单片机扩展程序存储器单片机扩展程序存储器2732的的电路图见图电路图见图第八张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 图中，74LS373为8D锁存器，其主
7、要特点在于：控制端为高电平时，输出QoQ7复现输入DoD7的状态；G为下跳沿时DoD7的状态被锁存在QoQ7上。当把ALE与G相连后，ALE的下跳沿正好把Po端口上此时出现的PC寄存器指示的低8位指令地址AoA7锁存在74LS373的QoQ7上，PC的高4位地址A8A11则直接由P2.0P2.3提供。第九张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 由于只扩展了一片2732EPROM，因此2732的片选端接地。PSEN与2732的输出允许型号OE相连，PSEN的上升沿使OE有效，打开2732中由A0A11指定的地址单元，该单元中的指令码从2732的O0O7输出，被正
8、好处于读入状态的Po端口输入到单片机内,经译码执行。这就是从外存指定地址单元中取出1字节指令并加以执行的整个过程。第十张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 单片机扩展2761，2764，27128等EPROM的方法与图9-3相同，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）需使用A8A10三条高位地址线扩展2764（8KB）需要A8A12五条高位地址线。扩展27128（16KB)时需要A8A13六条高位地址线。这是因为存储器其容量=2NN为地址线的根数注意：2764和27128的PGM引脚应接Vc
9、c。第十一张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 6.2.2 EEPROM的扩展的扩展 1.1.电可擦除只读存储器电可擦除只读存储器EEPROMEEPROM的性能的性能电可擦除只读存储器电可擦除只读存储器EEPROMEEPROM即可像即可像EPROMEPROM那样长期非易失地保那样长期非易失地保存信息，又可像存信息，又可像RAMRAM那样随时用电改写，近年来出现了快擦下那样随时用电改写，近年来出现了快擦下FLASHFLASHEEPROMEEPROM，它门被广泛用作单片机的程序存储器和数据存储器。，它门被广泛用作单片机的程序存储器和数据存储器。目前，常用的目前，
10、常用的EEPROMEEPROM如表如表9-19-1，它们有如下共同特点：，它们有如下共同特点：*单单+5V+5V供电，电可擦除可改写。供电，电可擦除可改写。*使用次数为使用次数为1 1万次，信息保存时间为万次，信息保存时间为1010年。年。*读出时间为读出时间为nsns级，写入时间为级，写入时间为msms级。级。*芯片因角信号与相应的芯片因角信号与相应的RAMRAM和和EPROMEPROM芯片兼容，见表芯片兼容，见表9-19-1。第十二张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 型号引脚数容量/字节引脚兼容的存储器28162817286428C25628F5122
11、8F01028F02028F04024282832323232322KB2KB8KB32KB64KB128KB256KB512KB2716，61162764，626427C25627C51227C01027C02027C040EEPROM的使用非常简单方便。不用紫外线擦除，在单一的+5V电压下写入的新数据即覆盖了旧数据。下面以2864为例说明EEPROM和单片机的连接方法。第十三张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 2864为8KBEEPROM维持电流为60mA，典型读出时间为200350ns，字节编程写入时间为1020s，芯片内有电压提升电路，编程时不必增
12、高压，单一+5V供电。引脚和6264，2764兼容，引脚配置见右图。8XX518XX51扩展扩展28642864硬件电路如下图所示。硬件电路如下图所示。图中图中28642864即可作为数据存储器，有又可作为即可作为数据存储器，有又可作为程序存储器。由于只扩展了一片，片选端接地。程序存储器。由于只扩展了一片，片选端接地。第十四张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 第十五张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 6.3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展MCS-51MCS-51单片机内只有单片机内只有128128字节的数据RAMRA
13、M，当应，当应用中需要更多的用中需要更多的RAMRAM时，只能在片外扩展。可扩展的最时，只能在片外扩展。可扩展的最大容量为大容量为64KB图图9-6是单片机对片外是单片机对片外RAMRAM进行读操作的时序。进行读操作的时序。当执行指令当执行指令 MOVXA，RiRi或MOVXAMOVXA，DPTRDPTR时进入外部数据时进入外部数据RAMRAM是的读周期。是的读周期。第十六张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 1.1.外部数据RAMRAM的读周期时序的读周期时序第十七张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 在在在在ALEAL
14、E的上升沿，把外部程序存储器的指令读入后就开始了对片外的上升沿，把外部程序存储器的指令读入后就开始了对片外的上升沿，把外部程序存储器的指令读入后就开始了对片外的上升沿，把外部程序存储器的指令读入后就开始了对片外RAMRAM的读过程。的读过程。的读过程。的读过程。ALEALE高电平期间，在高电平期间，在高电平期间，在高电平期间，在P0P0处于高阻三态后，根据指令处于高阻三态后，根据指令处于高阻三态后，根据指令处于高阻三态后，根据指令 间址提供的地址，间址提供的地址，间址提供的地址，间址提供的地址，P2P2口输出外部口输出外部口输出外部口输出外部RAMRAM的高的高的高的高8 8位地址位地址位地址
15、位地址A15A8 A15A8，P0P0端口端口端口端口输出低输出低输出低输出低8 8位地址位地址位地址位地址A7A0 A7A0；在；在；在；在ALEALE下跳沿，下跳沿，下跳沿，下跳沿，P0P0输出的低输出的低输出的低输出的低8 8位地址被锁存位地址被锁存位地址被锁存位地址被锁存在锁存器中，随后在锁存器中，随后在锁存器中，随后在锁存器中，随后P0P0又进入高阻三态，又进入高阻三态，又进入高阻三态，又进入高阻三态，RDRD信号有效后，被选中的信号有效后，被选中的信号有效后，被选中的信号有效后，被选中的RAMRAM的数据出现在数据总线上，的数据出现在数据总线上，的数据出现在数据总线上，的数据出现在
16、数据总线上，P0 P0 处于输入状态，处于输入状态，处于输入状态，处于输入状态，CPUCPU从从从从P0 P0 读读读读入外部入外部入外部入外部RAMRAM的数据的数据的数据的数据 。第十八张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 2.2.外部数据外部数据RAMRAM的写周期的写周期当执行当执行MOVXRiMOVXRi，AA或或 MOVXDPTRMOVXDPTR，A A指令时进入外部数指令时进入外部数据存储器的写周期，其写周期时序如下：据存储器的写周期，其写周期时序如下：第十九张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 写外部写外部
17、RAMRAM的操作时序与读外部的操作时序与读外部RAMRAM的时序差别在于：其一，的时序差别在于：其一，WRWR有效代替有效代替RDRD有效，以表明这是写数据有效，以表明这是写数据RAMRAM的操作；其二，在的操作；其二，在P0P0输出低输出低8 8位地址位地址A0A7A0A7后，后，P0P0立即处于输出状态，提供要写入外部立即处于输出状态，提供要写入外部RAMRAM的数据供的数据供外部外部RAMRAM取走。取走。由以上时序分析可见，访问外部数据由以上时序分析可见，访问外部数据RAMRAM的操作与从外部程序存储器的操作与从外部程序存储器取指令的过程基本相同，只是前者有读有写，而后者只有读而无写
18、；前者取指令的过程基本相同，只是前者有读有写，而后者只有读而无写；前者用用RDRD或或WRWR选通，而后者用选通，而后者用PSENPSEN选通；前者一个机器周期中选通；前者一个机器周期中ALEALE两次有效，两次有效，后者则只有一次有效。因此，不难得出后者则只有一次有效。因此，不难得出5151单片机和外部单片机和外部RAMRAM的连接方法。的连接方法。第二十张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 8XX518XX51单片机扩展单片机扩展8KB8KB静态静态RAM6264RAM6264的电路见下的电路见下图。第二十一张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6
19、章单片机总线与存储器的扩展 由图由图9-89-8可见，可见，ALEALE把把P0P0端口输出的低端口输出的低8 8位地址位地址A0A7A0A7锁存在锁存在74LS37374LS373，P2P2口的口的P2.0P2.4P2.0P2.4直接输出高直接输出高5 5位地址位地址A8A12A8A12，由于单片机的，由于单片机的RDRD和和WRWR分别与分别与62646264的输出允许的输出允许OEOE和写信号和写信号WEWE相连，执行读操作指相连，执行读操作指令时，令时，RDRD使使OEOE有效，有效，6262RAM6262RAM中指定地址单元的数据经中指定地址单元的数据经D0D7D0D7由由P0P0口
20、读入；执行写指令时，口读入；执行写指令时，WRWR使使WEWE有效，由有效，由P0P0口提供的要写入口提供的要写入RAMRAM的数据经的数据经DoD7DoD7写入写入62646264的指定地址单元中。的指定地址单元中。单片机单片机8XX518XX51读写外部数据读写外部数据RAMRAM的操作使用的操作使用MOVXMOVX指令，用指令，用 RiRi间址或用间址或用 DPTRDPTR间址。间址。第二十二张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 要把要把A A累加器中内容写入外部数据累加器中内容写入外部数据RAM1050HRAM1050H地址单元，其程地址单元，其程序
21、可为：序可为：MOVP2MOVP2，#10H#10HMOVR1MOVR1，#50H#50HMOVXR1MOVXR1，A A或或MOVDPTRMOVDPTR，#1050H#1050HMOVXDPTRMOVXDPTR，AA例如，将外部数据例如，将外部数据RAM1050HRAM1050H地址单元中的内容读入地址单元中的内容读入A A累加器，可有如累加器，可有如下两种程序。下两种程序。第一种第一种 MOVP2MOVP2，#10H#10H；端口提供高；端口提供高8 8位地址位地址MOVR1MOVR1，#50H#50H；RiRi提供低提供低8 8位地址位地址MOVXAMOVXA，R1R1第二种第二种 MO
22、VDPTRMOVDPTR，#1050H#1050HMOVXAMOVXA，DPTRDPTR；DPTRDPTR提供提供1616位地址位地址第二十三张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 MCS-51MCS-51系列单片机中的数据存储器和程序存储器在逻辑上是严系列单片机中的数据存储器和程序存储器在逻辑上是严格分开的，在实际设计和开发单片机系统时，程序若放在格分开的，在实际设计和开发单片机系统时，程序若放在RAMRAM，可方，可方便调试和修改，为此需将程序存储器和数据存储器混合使用。便调试和修改，为此需将程序存储器和数据存储器混合使用。在硬件上将在硬件上将RDRD信号
23、和信号和PSENPSEN相相“与与”后连到后连到RAMRAM的读选通端的读选通端OEOE即可即可以实现，见图以实现，见图9-99-9。程序存储器和数据存储器混合使用当执行当执行MOVXMOVX指令时产生指令时产生RDRD读选通信号使读选通信号使OEOE有效，当执行该有效，当执行该RAMRAM中的程序时，由中的程序时，由PSENPSEN信号也使信号也使OEOE有效，选通有效，选通RAMRAM，读出其，读出其中的机器码。中的机器码。WRWR信号依然连接信号依然连接RAMRAM的的WEWE端。端。图图9-99-9第二十四张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第6章单片机总线与存储器的扩展 感谢大家观看第二十五张，PPT共二十五页，创作于2022年6月