单片机第6章MCS51系列单片机的扩展技术课件.ppt
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- 单片机 MCS51 系列 扩展 技术 课件
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1、单片机第6章_MCS-51系列单片机的扩展技术2 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RAMRAM、ROMROM和和I/OI/O接接口不够使用时,就需要进行扩展。口不够使用时,就需要进行扩展。单片机的系统扩展主要是指外接程序存储器、数据存储单片机的系统扩展主要是指外接程序存储器、数据存储器或器或I/OI/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。3 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。息的。MCS-51MCS-51单片机的总线接口信号单片机的总线接口信号见图。见图。4(
2、1)(1)地址总线地址总线A0A0A15A15 地址总线的高地址总线的高8 8位是由位是由P2P2口提供的,低口提供的,低8 8位是由位是由P0P0口提供的。口提供的。在访问外部存储器时,由地址锁存信号在访问外部存储器时,由地址锁存信号ALEALE的下降沿把的下降沿把P0P0口的低口的低8 8位以及位以及P2P2口的高口的高8 8位锁存至地址锁存器中,从而构成系统的位锁存至地址锁存器中,从而构成系统的1616位地址位地址总线。总线。(2)(2)数据总线数据总线D0D0D7D7 数据总线是由数据总线是由P0P0口提供的,因为口提供的,因为P0P0口线既用作地址线,又用作数口线既用作地址线,又用作
3、数据线据线(分时使用分时使用),因此,需要加一个,因此,需要加一个8 8位锁存器。位锁存器。5(3)(3)控制总线控制总线 系统控制总线共系统控制总线共1212根,既根,既P3P3口的第二功能再加上口的第二功能再加上RESETRESET、EAEA、ALEALE和和PSENPSEN。实际应用中的常用控制信号如下。实际应用中的常用控制信号如下。使用使用ALEALE作为作为地址锁存的选通信号地址锁存的选通信号,以实现低,以实现低8 8位地址的锁存。位地址的锁存。以以PSENPSEN信号作为扩展信号作为扩展程序存储器的读选通信号程序存储器的读选通信号,在取指令码时在取指令码时或执行或执行MOVCMOV
4、C指令时变为有效。指令时变为有效。以以EAEA信号作为信号作为内、外程序存储器的选择信号内、外程序存储器的选择信号。以以RDRD和和WRWR作为扩展作为扩展数据存储器和数据存储器和I/OI/O端口的读、写选通信号端口的读、写选通信号。执行执行MOVXMOVX指令时,这两个信号分别自动有效。指令时,这两个信号分别自动有效。61.1.外部程序存储器时序分析外部程序存储器时序分析 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。从时序图中分析要求。从时序图中分析ALEALE、PSENPSEN、P0P0和和P2P2怎样配合使程序存储器完
5、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。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过程中,在取指令码时和执行作过程中,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程序存储器读取数据。它信号配合完成从程序存储器读取数据。6.1 6.1 外部存储器的扩展技术外部存储器的扩展技术6.1.16.1.1外部程序存储器的扩展技术外部程序存储器的扩展技术7外部程序存储器访问时序外部程序存储器访问时序EA=0EA=0,选择外
6、部,选择外部ROMROM。S2P1S2P1开始,开始,P2P2口输出高口输出高8 8位地址位地址A15-A8A15-A8,一直持续到,一直持续到S4S4。S2P1S2P1开始,开始,P0P0口输出低口输出低8 8位地址位地址A7-A0A7-A0,S2P1S2P1结束结束ALEALE下降沿下降沿锁存锁存A7-A0A7-A0。S3P1S3P1开始,开始,PSENPSEN读读选通外部存储器,延时等待选通外部存储器,延时等待TPLIVTPLIV存储器把数据送到存储器把数据送到P0P0口。口。在在PSENPSEN上升沿来以前,单片机读取上升沿来以前,单片机读取P0P0数据,完成一次外部程序存储器访问。数
7、据,完成一次外部程序存储器访问。一个机器周期可访问两次外部程序存储器,读两字节指令。一个机器周期可访问两次外部程序存储器,读两字节指令。82.2.外部程序存储器的连接方法外部程序存储器的连接方法三总线分别连接三总线分别连接9 单片机外部扩展常用程序存储器芯片为单片机外部扩展常用程序存储器芯片为EPROMEPROM,其掉电后信,其掉电后信息不会丢失,且只有在紫外线的照射下,存储器的单元信息才可息不会丢失,且只有在紫外线的照射下,存储器的单元信息才可擦除。擦除。用作扩展的用作扩展的EPROMEPROM主要是主要是2727系列系列,如,如27162716、27322732、27642764、2712
8、827128、72567256等,其中高位数字等,其中高位数字2727表示该芯片是表示该芯片是EPROMEPROM,低位数字,低位数字表明存储容量,如表明存储容量,如27162716表示表示16K16K个存储位,亦即字节容量为个存储位,亦即字节容量为2K2K的的EPROMEPROM。常用的还有常用的还有EEPROMEEPROM ,即,即2828系列系列,如,如2816/28172816/2817、28642864等,型号含等,型号含义同上。义同上。3.3.外部程序存储器的扩展外部程序存储器的扩展(1 1)常见的)常见的EPROMEPROM存储器及扩展电路存储器及扩展电路10 EPROM EPR
9、OM除除27162716外均为外均为2828线双列直插式封装,各引脚定义如下。线双列直插式封装,各引脚定义如下。A0A0AiAi:地址输入线,地址输入线,i=12i=121515。D0D0DiDi:三态数据总线,读或编程校验时为数据输出线,编程三态数据总线,读或编程校验时为数据输出线,编程时为数据输入线。其余时间呈高阻状态。时为数据输入线。其余时间呈高阻状态。PGMPGM:编程脉冲输入线。编程脉冲输入线。OEOE:读出选通线,低电平有效。读出选通线,低电平有效。CECE:片选线,低电平有效。片选线,低电平有效。V VPPPP:编程电源线,其值因芯片及制作厂商而异。编程电源线,其值因芯片及制作厂
10、商而异。V VCCCC:电源线,接电源线,接+5V+5V电源。电源。GNDGND:接地。接地。1174LS37374LS373为为8D8D锁存器在锁存器在ALEALE下跳沿锁存地址,高位地址直接相连。下跳沿锁存地址,高位地址直接相连。只扩展了一片只扩展了一片EPROMEPROM,片选端接地。,片选端接地。PSENPSEN的下降沿使的下降沿使OEOE有效,由有效,由A0A0A12A12指定的单元指令码从指定的单元指令码从D0D0D7D7输出。输出。P0P0读入指令到单片机读入指令到单片机,经译码执行。经译码执行。常见的常见的EPROMEPROM存储器及扩展电路存储器及扩展电路12单片机扩展单片机
11、扩展27162716,27322732,2712827128等等EPROMEPROM的方法与上图相同,差别仅的方法与上图相同,差别仅在于不同的芯片的存储容量不同,因而使用高在于不同的芯片的存储容量不同,因而使用高8 8位地址的位地址的P2P2端口线的根数端口线的根数不同。不同。扩展扩展27162716(2KB2KB)需使用)需使用A8A8A10 A10 三条高位地址线三条高位地址线 扩展扩展27322732(4KB4KB)需要)需要A8A8A11 A11 四条高位地址线。四条高位地址线。扩展扩展2712827128(16KB)16KB)需要需要A8A8A13A13六条高位地址线。六条高位地址线
12、。注意:注意:27642764和和2712827128的的PGMPGM引脚应接引脚应接VccVcc。13(2 2)E E2 2PROMPROM存储器及扩展电路存储器及扩展电路 电可擦除只读存储器电可擦除只读存储器EEPROMEEPROM的特点的特点如下:如下: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。芯片引脚信号与相应的芯片引脚信号与相应的RAMRAM和和EPROMEPROM芯芯片兼容。片兼容。1474LS37374LS37
13、3为为8D8D锁存器在锁存器在ALEALE下跳沿锁存地址,高位地址直接相连。下跳沿锁存地址,高位地址直接相连。只扩展了一片只扩展了一片EEPROMEEPROM,片选端接地。,片选端接地。PSENPSEN和和RDRD相与后与相与后与OEOE相连,支持读指令和读数据操作。相连,支持读指令和读数据操作。WRWR和和WEWE相连,支持写数据操作。相连,支持写数据操作。15(3 3)多存储器片选方法)多存储器片选方法 线选法线选法 所谓线选法,就是把单根高位地址线直接加在存贮器芯片的所谓线选法,就是把单根高位地址线直接加在存贮器芯片的CECE端。端。线选法的优点是连接简单,不必附加逻辑,但扩展的存贮芯片
14、地址线选法的优点是连接简单,不必附加逻辑,但扩展的存贮芯片地址不不连续。连续。16 译码法(全译码)译码法(全译码)译码法能提供全部译码法能提供全部64KB64KB地址空间,且扩展的存贮器芯片地址是连地址空间,且扩展的存贮器芯片地址是连续的。续的。176.1.2 6.1.2 外部数据存储器的扩展技术外部数据存储器的扩展技术1.1.外部数据存储器时序分析外部数据存储器时序分析 MCS-51MCS-51单片机内只有单片机内只有128128字节的数据字节的数据RAMRAM,当应用中需要,当应用中需要更多的更多的RAMRAM时,只能在片外扩展。可扩展的最大容量为时,只能在片外扩展。可扩展的最大容量为6
15、4KB64KB。当执行指令当执行指令 MOVX AMOVX A,Ri Ri 或或 MOVX AMOVX A,DPTR DPTR 时,进入外部数据时,进入外部数据RAMRAM的读的读周期。周期。C51C51语言中采用什么指令访问外部数据存储器?语言中采用什么指令访问外部数据存储器?18第一个机器周期读指令,第二个机器周期读数据。第一个机器周期读指令,第二个机器周期读数据。P2P2口输出高口输出高8 8位地址位地址A15-A8A15-A8。P0P0口输出低口输出低8 8位地址位地址A7-A0A7-A0。分时有效,需。分时有效,需ALEALE下降沿锁存。下降沿锁存。P0P0口读口读8 8位数据位数据
16、D7-D0D7-D0。分时有效,需。分时有效,需RDRD选通外部存储器。选通外部存储器。单片机在单片机在RDRD上升沿之前读入上升沿之前读入P0P0数据,完成一次外部存储器读操作。数据,完成一次外部存储器读操作。19第一个机器周期读指令,第二个机器周期写数据。第一个机器周期读指令,第二个机器周期写数据。P2P2口输出高口输出高8 8位地址位地址A15-A8A15-A8。P0P0口输出低口输出低8 8位地址位地址A7-A0A7-A0。分时有效,需。分时有效,需ALEALE下降沿锁存。下降沿锁存。P0P0口读口读8 8位数据位数据D7-D0D7-D0。分时有效,需。分时有效,需WRWR选通外部存储
17、器。选通外部存储器。外部存储器在外部存储器在WRWR上升沿之前将上升沿之前将P0P0数据写入指定单元。数据写入指定单元。202.2.外部数据存储器的连接方法外部数据存储器的连接方法注意:注意:外部数据存储器由外部数据存储器由RDRD或或WRWR选通,可读可写;选通,可读可写;213.3.外部数据存储器的扩展外部数据存储器的扩展 6116 6116的地址为的地址为0000H0000H07FFH07FFH,由于高位地址线未接入电路中,该芯片,由于高位地址线未接入电路中,该芯片地址还可为地址还可为1000H1000H17FFH17FFH、2000H2000H27FFH27FFH等等。等等。22完成外
18、部数据存储器完成外部数据存储器RAMRAM读写操作的两种方式:读写操作的两种方式:例如把累加器例如把累加器A A的内容写入外部存储器的内容写入外部存储器RAMRAM的的02F3H02F3H单元中,可有如下单元中,可有如下两种程序:两种程序:第一种:第一种:MOV P2MOV P2,#02H#02H ;端口提供高;端口提供高8 8位地址位地址 MOV R0MOV R0,0F3H 0F3H ;R0R0提供低提供低8 8位地址位地址 MOVX MOVX R0R0,A A ;A A中内容写入中内容写入02F3H02F3H单元单元第二种:第二种:MOV DPTRMOV DPTR,02F3H 02F3H;
19、DPTRDPTR提供提供1616位地址位地址 MOVX MOVX DPTRDPTR,A A ;A A 中内容送中内容送02F3H02F3H单元单元 同样地,若需将外部数据存储器同样地,若需将外部数据存储器RAM 02F3HRAM 02F3H地址单元中的内容读入地址单元中的内容读入A A累累加器,其程序可为:加器,其程序可为:第一种:第一种:MOV P2MOV P2,02H 02H ;端口提供高;端口提供高8 8位地址位地址 MOV R0MOV R0,0F3H 0F3H ;R0R0提供低提供低8 8位地址位地址 MOVX AMOVX A,R0 R0 ;02F3H02F3H单元内容送入单元内容送入
20、A A 中中第二种:第二种:MOV DPTRMOV DPTR,02F3H 02F3H;DPTRDPTR提供提供1616位地址位地址 MOVX AMOVX A,DPTR DPTR ;02F3H02F3H单元内容送入单元内容送入A A 中中C51C51语言中采用什么指令实现上述功能?语言中采用什么指令实现上述功能?236.2 6.2 并行接口的扩展技术并行接口的扩展技术 MCS-51MCS-51单片机共有单片机共有4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口口,在外部扩展时在外部扩展时,P0,P0和和P2P2口做为口做为总线使用,因而提供给用户的总线使用,因而提供给用户的 I/OI/O口就只有口就只
21、有P1P1或或P3P3口的部分口线。所接口的部分口线。所接的外设较多时,就必须扩展的外设较多时,就必须扩展I/OI/O接口。接口。MCS-51MCS-51单片机扩展的单片机扩展的I/OI/O口和外部数据存储器统一编址、采用相同的口和外部数据存储器统一编址、采用相同的控制信号、相同的寻址方式和相同的指令,即控制信号、相同的寻址方式和相同的指令,即XBYTEXBYTE宏定义。宏定义。24(1 1)XBYTEXBYTE宏定义读取外设数据:宏定义读取外设数据:变量变量=XBYTE=XBYTE地址地址;RD=0RD=0;1 1)送出地址:确定访问的单元)送出地址:确定访问的单元 P2P2口送出高口送出高
22、8 8位;位;P0P0口送出低口送出低8 8位位 2 2)读取数据:)读取数据:变量变量=P0=P0(2 2)XBYTEXBYTE宏定义通过外设输出数据:宏定义通过外设输出数据:XBYTEXBYTE地址地址=数据;数据;WR=0WR=0;1 1)送出地址:确定访问的单元)送出地址:确定访问的单元 P2P2口送出高口送出高8 8位;位;P0P0口送出低口送出低8 8位位 2 2)输出数据:)输出数据:P0=P0=数据;数据;256.2.16.2.1简单输入简单输入/输出口的扩展输出口的扩展74LS24474LS244的选通信号由的选通信号由RDRD和和P2.0P2.0相或产生相或产生,当执行读该
23、片的指令时当执行读该片的指令时,RD,RD和和P2.0P2.0有效有效,打开打开74LS24474LS244控制门控制门,从而把数据通过从而把数据通过74LS24474LS244读入读入8XX518XX51。74LS24474LS244各引脚定义如下:各引脚定义如下:1A11A11A41A4:第:第1 1组组4 4条输入线条输入线1Y11Y11Y41Y4:第:第1 1组组4 4条输出线条输出线2A12A12A42A4:第:第2 2组组4 4条输入线条输入线2Y12Y12Y42Y4:第:第2 2组组4 4条输出线条输出线1G1G:第:第1 1组三态门使能端,组三态门使能端,低电平有效低电平有效2
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