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1、 第六章第六章 存储器接口设计存储器接口设计 单单片片机机内内集集成成了了各各种种存存储储器器和和I/O功功能能部部件件，但但有有时时，在在进进行行较较复复杂杂过过程程的的控控制制时时，它它自自身身的的功功能能远远远远不不能能满满足足需需要要。为为此此，应应扩扩展展其其外外部部功功能能部部件件，这这就就是是通通常常所所说说的的单单片机的系统扩展问题。片机的系统扩展问题。一一.MCS-51系列单片机的系统总线系列单片机的系统总线oMCS-51系列单片机具有系列单片机具有INTEL标准并行总线，可标准并行总线，可方便的与外围设备进行连接，是单片机外部扩展的方便的与外围设备进行连接，是单片机外部扩展
2、的基础。基础。o总线：所谓总线就是连接计算机各部件的一组公共总线：所谓总线就是连接计算机各部件的一组公共信号线。信号线。oMCS-51系列单片机使用的是并行总线结构，按其系列单片机使用的是并行总线结构，按其功能通常把系统总线分为三组功能通常把系统总线分为三组.6.1 MCS-51系列外部总线结构及存储器编址系列外部总线结构及存储器编址 6.1 MCS-51系列外部总线结构及存储器编址系列外部总线结构及存储器编址1.地址总线地址总线 地址总线用于传送单片机发出的地址信号，以地址总线用于传送单片机发出的地址信号，以便进行存储单元和便进行存储单元和I/O端口的选择。地址总线是单端口的选择。地址总线是
3、单向传输的。向传输的。8031一共有一共有16位数据总线（位数据总线（P0,P2）。）。2.数据总线数据总线 数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与与I/O之间传送数据。数据总线是双向的，可以进之间传送数据。数据总线是双向的，可以进行两个方向的传送。行两个方向的传送。8031共有共有8位数据总线（位数据总线（P0）6.1 MCS-51系列外部总线结构及存储器编址系列外部总线结构及存储器编址3.控制总线控制总线 控制总线实际上就是一组控制信号线，包控制总线实际上就是一组控制信号线，包括单片机发出的，以及从其他部件传送给单括单片机发出的，以及从其他部件传
4、送给单片机的。片机的。8031的控制总线的控制总线ALE,PSEN,EA,RD和和WR6.1 MCS-51系列外部总线结构及存储器编址系列外部总线结构及存储器编址二二.构造构造8031系统总线系统总线 口作为低口作为低8位地址总线，由于位地址总线，由于P0口是分时作地口是分时作地址总线和数据总线，因此，需要增加一个址总线和数据总线，因此，需要增加一个8位地址锁存器。位地址锁存器。2.以以P2口作为高口作为高8位地址总线，与位地址总线，与P0口提供的口提供的低低8位地址总线，构成了完整的位地址总线，构成了完整的16位地址总位地址总线。线。6.1 MCS-51系列外部总线结构及存储器编址系列外部总
5、线结构及存储器编址 3.各控制信号线。除了地址线和数据线之外，各控制信号线。除了地址线和数据线之外，还需要一些控制信号线，已构成系统的控制还需要一些控制信号线，已构成系统的控制总线，包括：总线，包括：（1）ALE 作为低作为低8位地址锁存控制信号位地址锁存控制信号（2）PSEN 作为扩展程序存储器的选通信号作为扩展程序存储器的选通信号（3）EA 作为内外程序存储器的选择控制信号作为内外程序存储器的选择控制信号（4）RD和和WR 作为扩展数据存储器和作为扩展数据存储器和I/O口口 的读选通、写选通信号的读选通、写选通信号6.1 MCS-51系列外部总线结构及存储器编址系列外部总线结构及存储器编址
6、三三.存储器地址空间分配存储器地址空间分配 实际的单片机系统设计中，如何将实际的单片机系统设计中，如何将64K空间分配给各个程序存储器和数据存储芯片，空间分配给各个程序存储器和数据存储芯片，并且使各芯片之间一个存储单元对应一个地并且使各芯片之间一个存储单元对应一个地址，地址不发生重叠，从而避免发生数据冲址，地址不发生重叠，从而避免发生数据冲突，这就是存储器地址空间的分配问题。突，这就是存储器地址空间的分配问题。6.1 MCS-51系列外部总线结构及存储器编址系列外部总线结构及存储器编址 MCS-51单片机发出的地址是对应的每单片机发出的地址是对应的每一个存储单元的，对于外扩外设的单片机系一个存
7、储单元的，对于外扩外设的单片机系统而言，要完成存储单元的选择，必须要进统而言，要完成存储单元的选择，必须要进行两步选择：行两步选择：一是必须选中该芯片，称为片选一是必须选中该芯片，称为片选 二是必须选择该芯片的某一单元，称为单元二是必须选择该芯片的某一单元，称为单元 选择。选择。其中，片选都是运用的高位线。其中，片选都是运用的高位线。6.1 MCS-51系列外部总线结构及存储器编址系列外部总线结构及存储器编址o线选法线选法o线选法就是利用系统的高位地址线作为存储线选法就是利用系统的高位地址线作为存储器芯片的片选信号。器芯片的片选信号。o优点：不需要加地址译码器，成本低，体积优点：不需要加地址译
8、码器，成本低，体积小。小。o缺点：可寻址的芯片数目受到限制，地址空缺点：可寻址的芯片数目受到限制，地址空间不连续间不连续o例如：例如：用线选法扩展用线选法扩展4K的的RAM(2片片6116)6.1 MCS-51系列外部总线结构及存储器编址系列外部总线结构及存储器编址o译码法译码法o译码法就是使用译码器对单片机的高位地址译码法就是使用译码器对单片机的高位地址进行译码，译码器的译码输出作为存储器芯进行译码，译码器的译码输出作为存储器芯片的片选信号。片的片选信号。o优点：有效的利用存储空间，使用于大容量优点：有效的利用存储空间，使用于大容量多芯片的存储器扩展。多芯片的存储器扩展。o常用的译码器芯片：
9、常用的译码器芯片：74LS138(3-8译码器译码器)，74LS139（2-4译码器）译码器）6.1 MCS-51系列外部总线结构及存储器编址系列外部总线结构及存储器编址例例1：用译码法扩展：用译码法扩展8片片6264芯片（芯片（8K）例例2：用译码法（：用译码法（74LS138）将）将64K字节的存储字节的存储空间全部划分为每块空间全部划分为每块4K字节存储空间，该如字节存储空间，该如何划分？何划分？练习：如何用练习：如何用74LS138实现对每块为实现对每块为2K存储空存储空间的划分，画出连接电路，写出译码器输出间的划分，画出连接电路，写出译码器输出所对应的地址范围。所对应的地址范围。6.
10、2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展 单片机的程序存储器是只读存储器单片机的程序存储器是只读存储器，程，程序存储器（序存储器（ROM）一旦写入就不能随意更）一旦写入就不能随意更改。改。6.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展二、程序存储器的扩展方法二、程序存储器的扩展方法 1.控制线的连接控制线的连接 ALE连接到地址锁存器（连接到地址锁存器（74LS373）的）的 锁存允许端（锁存允许端（G）PSEN连接到程序存储器的连接到程序存储器的OE端端 EA现在一般的情况是悬空现在一般的情况是悬空 6.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展2.数据线的连接数据线的连接 程序存储器程序存储器8位数据线位
11、数据线D0D7连接到单片连接到单片机的机的P0口。口。3.地址线的连接地址线的连接 根据存储器容量的大小，将存储器的低根据存储器容量的大小，将存储器的低8位地址与锁存器的输出端相连接，将存储器位地址与锁存器的输出端相连接，将存储器的高的高8位地址线连接到单片机的位地址线连接到单片机的P2口。口。6.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展o例例3：用：用27C256（32K）扩展程序存储器。）扩展程序存储器。o例例4：用译码法扩展：用译码法扩展4片片27128（16K）程序存）程序存储器储器 6.3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展 MCS-51单片机内部有单片机内部有128256B的的RAM,在
12、实际工作中，当数据存储量需要在实际工作中，当数据存储量需要较大时，就必须通过并行总线扩展外部的较大时，就必须通过并行总线扩展外部的数据存储器（数据存储器（RAM）。）。6.3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展一、数据存储器的扩展方法一、数据存储器的扩展方法 数据存储器的扩展方法和程序存储器的数据存储器的扩展方法和程序存储器的扩展方法大致相同，地址线和数据线的连接扩展方法大致相同，地址线和数据线的连接方法与程序存储器的连接方法一致，不同的方法与程序存储器的连接方法一致，不同的是控制信号线的连接是控制信号线的连接 6.3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展1.外部数据存储器控制信号的连接外部数据存储
13、器控制信号的连接o单片机的读控制线单片机的读控制线RD连接到存储器的输出允连接到存储器的输出允 许线许线OE，用于读操作，用于读操作o单片机的写控制线单片机的写控制线WR连接到存储器的写入允连接到存储器的写入允 许线许线WE，用于写操作。，用于写操作。o单片机的程序存储器选通信号单片机的程序存储器选通信号PSEN悬空不用悬空不用 6.3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展例例6:用线选法扩展用线选法扩展3片片6264（8K），并分析每），并分析每一片一片6264所对应的存储空间。所对应的存储空间。例例7：用译码法扩展：用译码法扩展4片片62128（16K），并分析），并分析每一片每一片62128
14、所对应的存储空间。所对应的存储空间。6.4 存储器的综合扩展存储器的综合扩展o实际单片机应用系统中，经常既需要扩展程实际单片机应用系统中，经常既需要扩展程序存储器，又需要扩展数据存储器。序存储器，又需要扩展数据存储器。o扩展的方法：只需要根据各自控制总线的特扩展的方法：只需要根据各自控制总线的特点，将其点，将其“挂挂”接到三总线上即可。接到三总线上即可。o例例8：扩展程序存储器一片：扩展程序存储器一片27C256(32K),和和数据存储器一片数据存储器一片6264（8K）6.4 存储器的综合扩展存储器的综合扩展o例例9：采用译码法扩展：采用译码法扩展2片片8K的程序存储器的程序存储器（2764
15、）和）和2片片8K的数据存储器（的数据存储器（6264）。）。8.4 I/O口的扩展口的扩展o MCS-51系列单片机共有系列单片机共有4个个8位的位的I/O口。口。在实际应用中只有在实际应用中只有P1可以作为单纯的可以作为单纯的I/O口。口。因此必须作因此必须作I/O口的扩展。口的扩展。8.4 I/O口的扩展口的扩展o应用系统中采用简单的应用系统中采用简单的TTL电路可以直接传电路可以直接传送并行数据，实现简单的送并行数据，实现简单的I/O口的扩展。口的扩展。o采用采用74LS244作扩展输入。作扩展输入。o采用采用74LS273作扩展输出。作扩展输出。综合功能的扩展综合功能的扩展8.5.1
16、 8155扩展扩展 8155是是Intel公司研制的通用公司研制的通用I/O接口接口芯片，共有芯片，共有3个部分组成：个部分组成：256个字节的内个字节的内部部RAM;一个一个14位的定时位的定时/计数器；计数器；3个可编个可编程的程的I/O口口8.5 综合功能的扩展综合功能的扩展一、8155的引脚和结构的引脚和结构8.5 综合功能的扩展综合功能的扩展二二、8155的的I/O地址及地址及RAM编址编址8.5 综合功能的扩展综合功能的扩展o三、三、8155的寄存器的寄存器o（1）命令寄存器命令寄存器oo 8155只只有有一一个个控控制制字字，命命令令寄寄存存器器决决定定A口口、B口口、C口口和和
17、定定时时器器/计计数数器器的的工工作作方方式式及及功功能能。其其位格式为：位格式为：8.5 综合功能的扩展综合功能的扩展oPA：决定：决定A口的工作方式口的工作方式 PA=0，A口为输入方式；口为输入方式；PA=1，A口为输出方式。口为输出方式。oPB：决定：决定B口的工作方式。口的工作方式。PB=0，B口为输入方式；口为输入方式；PB=1，B口为输出方式。口为输出方式。8.5 综合功能的扩展综合功能的扩展oPC2、PC1：决定PC口的工作方式。PC2PC1（ALT1）=00，A口口、B口口为为基本输入基本输入/输出，输出，C口为基本输入口；口为基本输入口；PC2PC1（ALT2）=01，A口
18、口、B口口为为基本输入基本输入/输出，输出，C口为基本输出口；口为基本输出口；PC2PC1（ALT3）=10，A口口为为选选通通输输入入/输出口，输出口，B口为基本输入口为基本输入/输出口；输出口；PC2PC1（ALT4）=11，A口口、B口口为为选通输入选通输入/输出口。输出口。8.5 综合功能的扩展综合功能的扩展oIEA：A口中断允许位口中断允许位。IEA=1允许允许A口中断，口中断，IEA=0禁止禁止A口中断口中断。oIEB：B口中断允许位口中断允许位。IEB=1允许允许B口中断口中断，IEB=0禁止禁止B口中断口中断。8.5 综合功能的扩展综合功能的扩展oTM2、TM1：定时定时/计数
19、器命令。计数器命令。TM2TM1=00，空操作，不影响计数器操作；，空操作，不影响计数器操作；TM2TM1=01，停止计数器计数；，停止计数器计数；TM2TM1=10，定时，定时/计数器长度减为计数器长度减为0时停止计数；时停止计数；TM2TM1=11，连续方式，当计数器赋予初值后，立即启动定时连续方式，当计数器赋予初值后，立即启动定时/计计数器；若正在计数，则置新的方式和长度，计数结束后数器；若正在计数，则置新的方式和长度，计数结束后按新的方式和新的时间常数计数。按新的方式和新的时间常数计数。8.5 综合功能的扩展综合功能的扩展o（2）状态寄存器）状态寄存器oo状状态态寄寄存存器器由由7位位
20、寄寄存存器器组组成成，其其中中6位位用用于于表表示示A口口和和B口口的的状状态态，1位位表表示示定定时时/计计数数器器的的状状态态。此此寄寄存存器器为为只只读读寄寄存存器器其其位位格式为：格式为：8.5 综合功能的扩展综合功能的扩展oINTRA：A口中断请求位。口中断请求位。oBFA：A口缓冲器满标志位。口缓冲器满标志位。oINTEA：A口中断允许位。口中断允许位。oINTRB：B口中断请求位。口中断请求位。oBFB：B口缓冲器满标志位。口缓冲器满标志位。oINTEB：B口中断允许位。口中断允许位。oTIMER：定时中断请求位。：定时中断请求位。8.5 综合功能的扩展综合功能的扩展四、8155
21、的定时的定时/计数器计数器8.5 综合功能的扩展综合功能的扩展o其中，其中，T0T14构成构成14位计数器。定时位计数器。定时/计数器是递计数器是递减计数器，对输入脉冲计数。当计数器计到减计数器，对输入脉冲计数。当计数器计到0时，可从时，可从定时计数器的输出端输出一个脉冲或方波。定时计数器的输出端输出一个脉冲或方波。M2M1决决定定时器的输出波形。定定时器的输出波形。oM2M1=00时，定时时，定时/计数器的输出波形为单个方波；计数器的输出波形为单个方波；oM2M1=01时，定时时，定时/计数器的输出波形为连续方波；计数器的输出波形为连续方波；oM2M1=10时，定时时，定时/计数器的输出波形为单个脉冲；计数器的输出波形为单个脉冲；oM2M1=00时，定时时，定时/计数器的输出波形为连续脉冲。计数器的输出波形为连续脉冲。