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第 6 章 MCS-51 单片机系统扩展技术

第 6 章 MCS-51 单片机系统扩展技术. 6.1 MCS-51 单片机系统扩展的基本概念 6.2 程序存储器扩展技术 6.3 数据存储器扩展 6.4 输入 / 输出口扩展技术. 6.1 MCS-51 单片机系统扩展的基本概念. 6.1.1 MCS-51 单片机最小应用系统 6.1.2 MCS-51 单片机的外部扩展性能. 返回本章首页. 6.1.1 MCS-51 单片机最小应用系统. 1 ． 8051/8751 最小应用系统 如图 6-1 所示 , 由于集成度的限制，这种最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点是：

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第 6 章 MCS-51 单片机系统扩展技术

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  1. 第6章MCS-51单片机系统扩展技术 • 6.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念 • 6.2 程序存储器扩展技术 • 6.3 数据存储器扩展 • 6.4 输入/输出口扩展技术

  2. 6.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念 • 6.1.1 MCS-51单片机最小应用系统 • 6.1.2 MCS-51单片机的外部扩展性能 返回本章首页

  3. 6.1.1 MCS-51单片机最小应用系统 • 1．8051/8751最小应用系统 如图6-1所示,由于集成度的限制，这种最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点是： • （1）全部I/O口线均可供用户使用。 • （2）内部存储器容量有限。 • （只有4KB地址空间）。 • （3）应用系统开发具有特殊性。

  4. 图6-1 8051/8751最小应用系统

  5. 2．8031最小应用系统 • 8031是片内无程序存储器的单片机芯片，因此，其最小应用系统应在片外扩展EPROM。图6-2为用8031外接程序存储器构成的最小系统。

  6. 图6-2 8031最小应用系统 返回本节

  7. 6.1.2 MCS-51单片机的外部扩展性能 • 1．MCS-51单片机的片外总线结构 • MCS-51系列单片机片外引脚可以构成如图6-3所示的三总线结构： • 地址总线（AB） • 数据总线（DB） • 控制总线（CB） • 所有外部芯片都通过这三组总线进行扩展。

  8. 图6-3 8031单片机总线引脚结构

  9. 2．MCS-51单片机的系统扩展能力 • 当系统要大量配置外围设备以及要扩展较多的I/O口时，将占去大量的RAM地址。 • 当应用系统存储扩展容量或扩展I/O口地址超过单片机地址总线范围时，可采用换体法解决。如图6-4所示。

  10. 图6-4 用I/O线来控制片外存储器换体 返回本节

  11. 6.2 程序存储器扩展技术 • 6.2.1 EPROM扩展电路 • 6.2.2 EEPROM扩展电路 返回本章首页

  12. 6.2.1 EPROM扩展电路 图6-5 28引脚EPROM芯片管脚配置

  13. 1．2764A EPROM扩展电路 图6-6 2764 EPROM扩展电路

  14. 2．27128A EPROM扩展电路 图6-7 27128A EPROM扩展电路 返回本节

  15. 6.2.2 EEPROM扩展电路 • EEPROM是一种电擦除可编程只读存储器，其主要特点是：能在计算机系统中进行在线修改，并能在断电的情况下保持修改的结果。因而在智能化仪器仪表、控制装置等领域得到普遍采用。 • 常用的EEPROM芯片主要有Intel 2817A、2864A等。

  16. 1．2817A EEPROM扩展 图6-8 2817A管脚配置

  17. 图6-9 2817A EEPROM扩展电路

  18. 设置源数据块首址标区首地址 原地址=SA SA>末地址？ 传送结束 写入一个字节 P1.0=0? 源地址加1目标地址加1 图6-10 RAM与EEPROM数据传送流程图

  19. 2．2864A EEPROM 扩展 图6-11 2864A管脚配置

  20. 2864A有四种工作方式： • （1）维持方式 • （2）读出方式 • （3）写入方式 • （4）数据查询方式 • 2864A与8031单片机的硬件连接如图6-12所示。

  21. 图6-12 2864A EEPROM扩展电路 返回本节

  22. 6.3 数据存储器扩展 • 6.3.1 静态RAM扩展电路 • 6.3.2 动态RAM扩展电路 返回本章首页

  23. 6.3.1 静态RAM扩展电路 • 常用的静态RAM芯片有：6116，6264，62256等，其管脚配置如图6-13所示。 • 1．6264静态RAM扩展 表6-1给出了6264的操作方式，图6-14为6264静态RAM扩展电路。 • 2．62256静态RAM扩展 62256是32K×8位静态随机存储器芯片，CMOS工艺制作，单一+5V供电。28脚双列直插式封装。

  24. 图6-13 常用静态RAM芯片管脚配置

  25. 管脚 管脚 表6-1 6264的操作方式

  26. 图6-14 6264静态RAM扩展电路 返回本节

  27. 6.3.2 动态RAM扩展电 • 1．2164A动态RAM扩展 • 行列地址选通信号 • 刷新方法 • 地址信息延时的实现

  28. 图6-15 2164A芯片

  29. 图6-16 64K动态RAM扩展电路

  30. 图6-17 8051和2164A总线定时波形 （a）8051 （b）2164A

  31. 2．2186集成动态RAM扩展 • 2186是片内具有8K×8位动态RAM系统的集成RAM。单一+5V供电，工作电流70mA，维持电流20mA，存取时间为250ns。28脚双列直插式封装，管脚与6264静态RAM完全兼容，其管脚配置如图6-18所示。 • 图6-19给出了8051/8751扩展2186集成动态RAM的硬件电路图。

  32. 图6-18 2817A管脚配置

  33. 图6-19 2186集成动态RAM扩展电路 返回本节

  34. 6.4 输入/输出口扩展技术 • 6.4.1 简单I/O口扩展 • 6.4.2 可编程I/O口扩展 返回本章首页

  35. 6.4.1 简单I/O口扩展 • 1．用并行口扩展I/O口 • 只要根据“输入三态，输出锁存”与总线相连的原则，选择74LS系列的TTL电路或MOS电路即能组成简单的扩展I/O口。例如采用8位三态缓冲器74LS244组成输入口，采用8D锁存器74LS273，74LS373，74LS377等组成输出口。 • 图6-20给出了一种简单的输入、输出口扩展电路。当要扩展多个输入/输出口时，可采用图6-21所示连接方法。

  36. 图6-20 简单I/O扩展接口

  37. 图6-20 简单I/O扩展接口

  38. 2．用串行口扩展I/O口 • 当MCS-51单片机串行口工作在方式0时，使用移位寄存器芯片可以扩展一个或多个8位并行I/O口。这种方法不会占用片外RAM地址，而且可节省单片机的硬件开销。缺点是操作速度较慢，扩展芯片越多，速度越慢。 • 图6-22和图6-23分别给出了利用串行口扩展2个8位并行输入口（使用74LS165）和扩展2个8位并行输出口（使用74LS164）的接口电路。

  39. 图6-22 利用串行口扩展并行输入口

  40. 图6-23 利用串行口扩展并行输出口 返回本节

  41. 型号 名称 说明 8155 并行接口 带256字节的RAM和14位定时/计数器 8255 通用并行接口 8251 同步/异步通讯接口 8253 定时/计数器 8279 键盘/显示接口 6.4.2 可编程I/O口扩展 表6-2 常用Intel 系列可编程接口芯片

  42. 1．8155的结构和技术性能 图6-24是8155的结构框图。在8155内部具有： • （1）256字节的静态RAM，存取时间为400ns。 • （2）三个通用的输入/输出口。 • （3）一个14位的可编程定时/计数器。 • （4）地址锁存器及多路转换的地址和数据总线。 • （5）单一+5V电源，40脚双列直插式封装。

  43. （a）逻辑结构 （b）引脚图 图6-24 8155的逻辑结构及引脚

  44. 表6-3 8155口地址分布 • 2．8155的RAM和I/O地址编码

  45. 3．8155的工作方式与基本操作 • （1）作片外256字节RAM使用。 • （2）作扩展I/O口使用。命令控制字的格式如图6-25所示。其中C口工作方式如表6-4所示。状态字格式如图6-26所示。 • （3）作定时器使用。其格式如图6-27所示。

  46. 图6-25 8155命令控制字格式

  47. 表6-4 C口工作方式及控制信号分布

  48. 图6-26 8155状态字格式

  49. 图6-27 8155定时器格式及输出方式

  50. 4．MCS-51单片机与8155的接口与操作 • MCS-51单片机可直接和8155连接而不需要任何外加逻辑，可以直接为系统增加256字节外部RAM、22根I/O线及一个14位定时器。其基本硬件连接方法如图6-28所示。

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