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1、第第8 8章章 80C5180C51单片机的系统扩展单片机的系统扩展 系统总线扩展系统总线扩展8.1 读写读写 、地址空间分配和地址锁存器、地址空间分配和地址锁存器8.2存储器的扩展存储器的扩展外部存储器的扩展外部存储器的扩展8.3I/OI/O接口部件的扩展接口部件的扩展8.42023/1/261系统扩展结构如图系统扩展结构如图2023/1/262 扩展总线扩展总线8.1.1 8.1.1 总线的扩展总线的扩展数据总线，数据总线，P0P0口口地址总线，高地址总线，高8 8位位P2P2口、低口、低8 8位位P0P0口口控制总线，控制总线，RDRD、WRWR、EAEA、ALEALE、PSENPSEN
2、8.1 总线的扩展总线的扩展三组总线：1.地址总线（Adress Bus,简写AB）2.数据总线(Data Bus，简写DB)3.控制总线（Control Bus，简写CB）2023/1/263构造系统总线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系统扩展的首要问题系统扩展的首要问题:构造系统总线，然后再往系统总线上构造系统总线，然后再往系统总线上“挂挂”存储存储器芯片或器芯片或I/OI/O接口芯片，接口芯片，“挂挂”存储器芯片就是存储器存储器芯片就是存储器扩展，扩展，“挂挂”I/OI/O接口芯片就
3、是接口芯片就是I/OI/O扩展。扩展。2023/1/264系统总线2023/1/2651.1.以以P0P0口作为低口作为低8 8位地址位地址/数据总线。数据总线。2 2以以P2P2口的口线作高位地址线。口的口线作高位地址线。3.3.控制信号线控制信号线。*使用使用ALEALE信号作为低信号作为低8 8位地址的锁存控制信号。位地址的锁存控制信号。*以以PSENPSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号。信号作为扩展程序存储器的读选通信号。*以以EAEA信号作为内外程序存储器的选择控制信号。信号作为内外程序存储器的选择控制信号。*由由RDRD和和WRWR信号作为扩展数据存储器和信号作为扩展数据存储
4、器和I/OI/O口的口的 读选通、写选通信号读选通、写选通信号2023/1/2668.2 读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器、存储器扩展的读写控制RAM芯片：读写控制引脚，记为OE和WE，与MCS-51 的RD和WR相连。EPROM芯片：只能读出，故只有读出引脚，记为OE，该引脚与MCS-51的PSEN相连。存储器地址空间分配MCS-51发出的地址是用来选择某个存储器单元进行读写，要完成这种功能，必须进行两种选择：“片选”和“单元选择”。存储器空间分配除考虑地址线连接外，还讨论各存储器芯片在整个存储空间中所占据的地址范围，常用的存储器地址分配的方法有两种：线性选择法（简称线选法）和地址译码
5、法（简称译码法）2023/1/2671.线选法 直接利用系统的高位地址线作为存储器芯片（或I/O接口芯片）的片选信号。优点：电路简单，不需要地址译码器硬件，体积小，成本低。缺点：可寻址的器件数目受到限制，地址空间不连 续，地址不唯一。例 某一系统，需要外扩8KB的EPROM（2片2732），4KB的RAM（2片6116），这些芯片与MCS-51单片机地址分配有关的地址线连线，电路如下图2023/1/268两片程序存储器的地址范围：两片程序存储器的地址范围：2732 2732（1 1）的地址范围：）的地址范围：70007000H H7FFFH;7FFFH;2732 2732（2 2）的地址范围）
6、的地址范围:B000HB000HBFFFH;BFFFH;6116 6116（1 1）的地址范围：）的地址范围：E800HE800HEFFFH;EFFFH;6116 6116（2 2）的地址范围：）的地址范围：D800HD800HDFFFHDFFFH。2023/1/2692.译码法最常用的译码器芯片：74LS138（3-8译码器）74LS139（双2-4译码器）74LS154（4-16译码器）。可根据设计任务的要求，产生片选信号。全译码：全部高位地址线都参加译码；部分译码：仅部分高位地址线参加译码。(1)74LS138（38译码器）引脚如图8-5，译码功能如表8-1（P167）所示。当译码器的输
7、入为某一个固定编码时，其输出只有某一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。2023/1/2610 74LS138译码器真值表 输 入 输 出 G1 G2A*G2B*C B A Y7*Y6*Y5*Y4*Y3*Y2*Y1*Y0*2023/1/2611(2)74LS139（双2-4译码器）引脚如下图。真值表如表8-2（P168）所示。2023/1/2612例例 要扩要扩8 8片片8 8KBKB的的RAM 6264RAM 6264，如何通过如何通过7474LS138LS138把把6464KBKB 空间分配给各个芯片？空间分配给各个芯片？2023/1/26138.3 外部存储器的扩展v程序存储器EP
8、ROM的扩展 采用只读存储器，非易失性。（1 1）掩膜）掩膜ROMROM在制造过程中编程。成本较高，因此只适合于大批量生产。（2 2）可编程）可编程ROMROM（PROMPROM）用独立的编程器写入。但PROM只能写入一次，且不能再修改.（3 3）EPROMEPROM电信号编程，紫外线擦除的只读存储器芯片。（4 4）E E2 2PROMPROM（EEPROM EEPROM）电信号编程，电信号擦除的ROM芯片。读写操作与RAM几乎没有什么差别，只是写入的速度慢一些。但断电后能够保存信息。（5 5）Flash ROMFlash ROM又称闪烁存储器，简称闪存。大有取代E2PROM的趋势2023/1
9、/2614 片外片外ROMROM操作时序操作时序片内片外片内片外ROMROM读读，用指令，用指令MOVCMOVC（产生（产生PSENPSEN信号）信号）片外片外片外片外ROMROM选择，用选择，用EAEA。片外。片外ROMROM最大容量最大容量64K64K。【例例】读外部读外部ROMROM时序。时序。2023/1/2615 ROMROM芯片及其扩展方法芯片及其扩展方法常用常用ROMROM芯片特性芯片特性芯片型号芯片型号27C6427C6427C12827C12827C25627C25627C51227C512容量容量8 KB8 KB16 KB16 KB32 KB32 KB64 KB64 KB引
10、脚数引脚数2828282828282828读出时间读出时间/ns/ns12012012012090909090最大工作电流最大工作电流/mA/mA2020202020202525最大维持电流最大维持电流/mA/mA0.10.10.10.10.10.10.030.03注：应注意优先选用注：应注意优先选用CMOSCMOS器件，其读出时间短，耗电少。器件，其读出时间短，耗电少。2023/1/2616常用常用ROMROM芯片引脚芯片引脚 2023/1/2617扩展程序存储器时，应尽量用大容量的芯片。1.常用的EPROM芯片 参数见表8-4（P123）。引脚如下图。引脚功能如下：A0A15：地址线引脚。
11、数目决定存储容量来定，用 来进行单元选择。D7D0：数据线引脚CE：片选输入端OE：输出允许控制端PGM：编程时，加编程脉冲的输入端Vpp：编程时，编程电压（+12V或+25V）输入端Vcc：+5V，芯片的工作电压。GND：数字地。2023/1/2618扩展电路扩展电路 2023/1/2619 RAMRAM扩展原理扩展原理读操作时序读操作时序7.1.2 7.1.2 数据存储器的扩展数据存储器的扩展【例例7-27-2】若（若（DPTRDPTR）=2030H=2030H，片外，片外RAMRAM单元单元2030H2030H内容为内容为55H55H，指令，指令MOV AMOV A，DPTRDPTR（该
12、指令代码为（该指令代码为E0HE0H）所在片外）所在片外ROMROM的地址为的地址为2314H2314H。2023/1/2620写操作时序写操作时序 【例例7-37-3】若（若（DPTRDPTR）=1040H=1040H，（，（A A）=88H=88H，指令，指令MOV MOV DPTRDPTR，A A（该指令代码为（该指令代码为F0HF0H）所在片外）所在片外ROMROM的地址为的地址为2218H 2218H。2023/1/2621数据存储器扩展方法数据存储器扩展方法常用常用RAMRAM芯片特性芯片特性芯片型号芯片型号62646212862256容量容量8 KB16KB32 KB典型工作电流
13、典型工作电流/mA4088典型维持电流典型维持电流/mA20.50.5最大存取时间最大存取时间/ns2002002002023/1/2622常用常用RAMRAM芯片引脚芯片引脚 2023/1/2623扩展电路扩展电路 2023/1/26247.2 输入输入/输出及其控制方式输出及其控制方式7.2.1 7.2.1 输入输入/输出接口的功能输出接口的功能 单片机与输入单片机与输入/输出设备的关系输出设备的关系2023/1/2625 输入输入/输接口的功能输接口的功能对单片机输出的锁存对单片机输出的锁存对输入设备的三态缓冲对输入设备的三态缓冲信号转换信号转换时序协调时序协调 2023/1/26267
14、.2.2 7.2.2 单片机与单片机与I/OI/O设备的数据传送方式设备的数据传送方式 无条件传送无条件传送 查询状态传送查询状态传送 中断传送中断传送 DMADMA传送传送2023/1/26277.2.3 7.2.3 单片机扩展单片机扩展TTLTTL芯片的输入芯片的输入/输出输出 基本扩展电路基本扩展电路 2023/1/2628 驱动驱动LEDLED数码管示例数码管示例 2023/1/26297.4 LCD接口及其扩展接口及其扩展7.4.1 LCD16027.4.1 LCD1602模块的外形与引脚模块的外形与引脚 引脚引脚0101：VSSVSS，接地引脚，接地引脚引脚引脚0202：VDDVD
15、D，接，接+5V+5V电源电源引脚引脚0303：VLVL，对比度调整端，对比度调整端引脚引脚0505：RWRW，读，读/写选择端写选择端引脚引脚0606：E E，使能端，使能端引脚引脚07071414：D0D0D7D7，8 8位双向数据线位双向数据线引脚引脚1515：BLABLA，背光正极，背光正极引脚引脚1616：BLKBLK，背光负极，背光负极 2023/1/2630结构框图结构框图 7.4.2 LCD16027.4.2 LCD1602模块的组成模块的组成 对于对于2 2行行1616字符字符的显示的显示要增加要增加HD44100HD44100驱动器驱动器 HD44780HD44780本身可
16、以驱动本身可以驱动单行单行1616字符字符或或2 2行行8 8字符字符 2023/1/2631HD44780 由字符发生器由字符发生器CGRCGRO OM M、自定义字符发生器、自定义字符发生器CGRCGRA AM M和显示缓和显示缓冲区冲区DDRAMDDRAM组成。组成。CGROMCGROM存储了不同的点阵字符图形（存储了不同的点阵字符图形（表表7.97.9 ），每），每一个字符都有一个固定的代码。一个字符都有一个固定的代码。CGRAMCGRAM可定义可定义8 8个字形个字形 2023/1/2632DDRAMDDRAM有有8080个单元，但第个单元，但第1 1行仅用行仅用00H00H0FH0
17、FH单元，第单元，第2 2行行仅用仅用40H40H4FH4FH单元单元 2023/1/26337.4.3 LCD16027.4.3 LCD1602模块的命令模块的命令 序号序号指令指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清屏清屏00000000012光标归位光标归位000000001*3输入模式设置输入模式设置00000001I/DS4显示与不显示设置显示与不显示设置0000001DCB5光标或屏幕内容移位光标或屏幕内容移位选择选择000001S/CR/L*6功能设置功能设置00001DLNF*7CGRAM地址设置地址设置0001CGRAM地址地址8DDRAM地址设置地址设置001DDRAM地址地址9读忙标志和计数器地读忙标志和计数器地址设置址设置01BF计数器地址计数器地址10写写DDRAM或或CGROM10 要写的数据要写的数据11读读DDRAM或或CGROM11 读出的数据读出的数据2023/1/2634接口电路接口电路 7.4.4 LCD16027.4.4 LCD1602模块的接口示例模块的接口示例 实现程序（略）实现程序（略）2023/1/26352023/1/2636