第5章輸入/輸出及存儲器擴展5.1I/O概述

5.2輸入/輸出傳送方式

5.3存儲器的擴展5.4I/O口的擴展5.1I/O概述5.1.1I/O接口電路的作用一個計算機系統(tǒng)的組成,除了CPU、存儲器外,還必須有外部設(shè)備。計算機通過輸入/輸出設(shè)備和外界進行通信。計算機所用的數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場采集的各種信息都要通過輸入設(shè)備送到計算機;而計算的結(jié)果和計算機產(chǎn)生的各種控制信號又需通過輸出設(shè)備輸出到外部設(shè)備。數(shù)據(jù)傳送的類型：1、CPU與存儲器之間的傳送2、CPU與外設(shè)之間的傳送計算機的I/O操作,即CPU和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送卻十分復(fù)雜。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)外部設(shè)備的工作速度與計算機相比要低得多。

(2)外部設(shè)備的種類繁多,有機械式、

機電式及電子式等等。

(3)外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號是多種多樣的,既有電壓信號,也有電流信號;既有數(shù)字量,還有模擬量。

(4)外部設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送有近距離的,也有遠距離的;有的使用并行數(shù)據(jù)傳送,而有的則使用串行傳送數(shù)據(jù)。具體說來,接口電路主要有以下主要作用：

(1)速度協(xié)調(diào)。

(2)數(shù)據(jù)鎖存。

(3)三態(tài)緩沖。

(4)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

5.1.2接口與端口“接口”一詞是從英文interface翻譯過來的,具有界面、相互聯(lián)系等含義。接口這個術(shù)語在計算機領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛,

本章所講述的接口則特指計算機與外設(shè)之間在數(shù)據(jù)傳送方面的聯(lián)系,其功能主要是通過電路實現(xiàn)的,因此稱之為接口電路,簡稱接口。端口是指那些在接口電路中用以完成某種信息傳遞，并可由編程人員尋址進行讀寫的寄存器。

5.1.3I/O的編址方式在計算機中,凡需進行讀寫操作的設(shè)備都存在著編址問題。具體說來在計算機中有兩種需要編址的器件：一種是存儲器,另一種就是接口電路。存儲器是對存儲單元進行編址,而接口電路則是對其中的端口進行編址。對端口編址是為I/O操作而進行的,因此也稱為I/O編址。常用的I/O編址有兩種方式：獨立編址方式和統(tǒng)一編址方式。

1.獨立編址方式

2.統(tǒng)一編址方式

5.2輸入/輸出傳送方式

5.2.1無條件傳送方式無條件傳送也稱為同步程序傳送,類似于CPU和存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送。只有那些一直為數(shù)據(jù)I/O傳送作好準備的外部設(shè)備,才能使用無條件傳送方式。這種傳送方式不需要測試外部設(shè)備的狀態(tài),可以根據(jù)需要隨時進行數(shù)據(jù)傳送操作。無條件傳送方式適用于以下兩類外部設(shè)備的輸入輸出：

(1)外設(shè)的工作速度非?？?足以和CPU同步工作。

(2)具有常駐的或變化緩慢的數(shù)據(jù)信號的外設(shè)。5.2.2查詢傳送方式查詢傳送又稱為條件傳送,即數(shù)據(jù)的傳送是有條件的。在輸入/輸出之前,先要檢測外設(shè)的狀態(tài),以了解外設(shè)是否已為數(shù)據(jù)輸入輸出作好了準備，只有在確認外設(shè)已“準備好”的情況下,CPU才能執(zhí)行數(shù)據(jù)輸入/輸出操作。通常把通過程序?qū)ν庠O(shè)狀態(tài)的檢測稱之為“查詢”,所以這種有條件的傳送方式又叫做程序查詢方式。查詢的流程圖如圖5―1所示。圖5―1查詢方式流程圖

5.2.3中斷傳送方式由于查詢傳送方式為CPU主動要求傳送數(shù)據(jù),而它又不能控制外設(shè)的工作速度,因此只能用等待的方式來解決配合的問題。中斷方式則是在外設(shè)為數(shù)據(jù)傳送作好準備之后,就向CPU發(fā)出中斷請求信號(相當(dāng)于通知CPU)，CPU接收到中斷請求信號之后立即作出響應(yīng),暫停正在執(zhí)行的原程序(主程序),而轉(zhuǎn)去為外設(shè)的數(shù)據(jù)輸入輸出服務(wù)，待服務(wù)完之后程序返回,CPU再繼續(xù)執(zhí)行被中斷的原程序。由于CPU的工作速度很快,傳送1次數(shù)據(jù)(包括轉(zhuǎn)入中斷和退出中斷)所需的時間很短。對外設(shè)來講,似乎是對CPU發(fā)出數(shù)據(jù)傳送請求的瞬間,CPU就實現(xiàn)了；對主程序來講,雖然中斷了1個瞬間,但由于時間很短,也不會有什么影響。5.3系統(tǒng)擴展5.3.1最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機系統(tǒng)的擴展是以基本的最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)的,故應(yīng)首先熟悉最小應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。實際上,內(nèi)部帶有程序存儲器的8051單片機本身就是一個最簡單的最小應(yīng)用系統(tǒng),許多實際應(yīng)用系統(tǒng)就是用這種成本低和體積小的單片結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了高性能的控制。1.片內(nèi)帶程序存儲器的最小應(yīng)用系統(tǒng)片內(nèi)帶程序存儲器的8051、8751本身即可構(gòu)成一片最小系統(tǒng),只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可,同時

接高電平,ALE、

信號不用,系統(tǒng)就可以工作。如圖5―1(a)所示該系統(tǒng)的特點如下:

(1)系統(tǒng)有大量的I/O線可供用戶使用:P0、P1、P2、P3四個口都可以作為I/O口使用。(2)內(nèi)部存儲器的容量有限,只有128B的RAM和4KB的程序存儲器。(3)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)具有特殊性,由于應(yīng)用系統(tǒng)的P0口、P2口在開發(fā)時需要作為數(shù)據(jù)、地址總線,故這兩個口上的硬件調(diào)試只能用模擬的方法進行。2.片內(nèi)無程序存儲器的最小應(yīng)用系統(tǒng)片內(nèi)無程序存儲器的芯片構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時,必須在片外擴展程序存儲器。由于一般用作程序存儲器的EPROM芯片不能鎖存地址,故擴展時還應(yīng)加1個鎖存器,構(gòu)成一個3片最小系統(tǒng),如圖4―1(b)所示。該圖中74LS373為地址鎖存器,用于鎖存低8位地址。圖5―1MCS—51系列最小化系統(tǒng)

5.3.2系統(tǒng)擴展的內(nèi)容與方法

1.單片機的三總線結(jié)構(gòu)當(dāng)單片機最小系統(tǒng)不能滿足系統(tǒng)功能的要求時,就需要進行擴展。為了使單片機能方便地與各種擴展芯片連接,常將單片機的外部連線變?yōu)橐话愕奈⑿陀嬎銠C3總線結(jié)構(gòu)形式。對于MCS-51系列單片機,其3總線由下列通道口的引線組成:

地址總線:由P2口提供高8位地址線,此口具有輸出鎖存的功能,能保留地址信息。由P0口提供低8位地址線。數(shù)據(jù)總線:由P0口提供。此口是雙向、輸入三態(tài)控制的8位通道口。

控制總線:擴展系統(tǒng)時常用的控制信號為:

ALE——地址鎖存信號,用以實現(xiàn)對低8位地址的鎖存。

——片外程序存儲器取指信號。

——片外數(shù)據(jù)存儲器讀信號。

——片外數(shù)據(jù)存儲器寫信號。圖5―2為單片機擴展成3總線結(jié)構(gòu)的示意圖。這樣一來,擴展芯片與主機的連接方法同一般3總線結(jié)構(gòu)的微型計算機就完全一樣了。對于MCS-51系列單片機而言,Intel公司專門為它們配套生產(chǎn)了一些專用外圍芯片,使用起來就更加方便。圖5―2單片機的3總線結(jié)構(gòu)形式

2.系統(tǒng)擴展的內(nèi)容與方法

(1)系統(tǒng)的擴展一般有以下幾方面的內(nèi)容:①外部程序存儲器的擴展;②外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展;③輸入/輸出接口的擴展;④管理功能器件的擴展(如定時/計數(shù)器、鍵盤/顯示器、中斷優(yōu)先編碼器等)。

(2)系統(tǒng)擴展的基本方法:①使用TTL中小規(guī)模集成電路進行擴展。②采用IntelMCS-80/85微處理器外圍芯片來擴展。③采用為MCS-48系列單片機設(shè)計的一些外圍芯片,其中許多芯片可直接與MCS-51系列單片機連用。④采用與MCS-80/85外圍芯片兼容的其它一些通用標準芯片。

E2PROM

28162K×8122816A2K×81228172K×8可電檫除，可寫可讀能方便與MCS-51相連122817A2K×8122864A8K×8125.3.3常用的擴展器件簡介MCS—51單片機系統(tǒng)的擴展中常用的擴展器件如表所示。

5.3.3.1鎖存器74LS37374LS373是一種帶輸出三態(tài)門的8D鎖存器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5―3所示。其中：

1D～8D為8個輸入端。

1Q～8Q為8個輸出端。

G為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)G為“1”時，鎖存器輸出狀態(tài)(1Q～8Q)同輸入狀態(tài)(1D～8D)；當(dāng)G由“1”變“0”時，數(shù)據(jù)打入鎖存器中。

OE為輸出允許端：當(dāng)OE＝0時，三態(tài)門打開；當(dāng)OE＝1時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出呈高阻。圖5―374LS373的結(jié)構(gòu)示意圖圖5―474LS373用作地址鎖存器管腳圖

74LS373是高電平觸發(fā)選通，當(dāng)使能端有效時，輸出直接跟隨輸入變化，當(dāng)使能端由高變低時，才將輸入狀態(tài)鎖存直到下一次使能信號變高為止。因此在選用74LS373作單片機地址鎖存時，可直接將單片機的ALE信號加到它們的使能端。鎖存器74LS27374LS273內(nèi)部由8個邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器組成，在時鐘信號的正跳變完成對輸入信號的鎖存。但MCS-51單片機中的ALE是高電平有效，而在ALE的后沿應(yīng)完成地址鎖存，因此應(yīng)將ALE通過反向器后再加到鎖存器的時鐘端。注意74LS273是帶清除端的，用作地址鎖存時，應(yīng)將清除端CLR接高電平。

5.3.3.2總線驅(qū)動器74LS244,74LS245

總線驅(qū)動器74LS244和74LS245經(jīng)常用作三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，74LS244為單向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，而74LS245為雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。單向的內(nèi)部有8個三態(tài)驅(qū)動器，分成兩組，分別由控制端和

控制；雙向的有16個三態(tài)驅(qū)動器，每個方向8個。在控制端有效時(為低電平)，由DIR端控制驅(qū)動方向：DIR為“1”時方向從左到右(輸出允許)，DIR為“0”時方向從右到左(輸入允許)。74LS244和74LS245的引腳圖如圖5―5所示。圖5―5總線驅(qū)動器芯片管腳圖(a)單向驅(qū)動器74LS244;(b)雙向驅(qū)動器74LS245

P2口如外接總線驅(qū)動器，可用單向的72LS244,其連接圖如圖5―6(a)所示。它的兩個控制端和均接地，相當(dāng)于8個三態(tài)門均打開，數(shù)據(jù)從P2口到A8～A15端直通，也就是說。此處采用74LS244純粹是為了增加驅(qū)動能力而不加任何控制。圖5―6總線驅(qū)動器的連接圖(a)P2口外接74LS244;(b)P0口外接74LS245

5.3.3.23—8譯碼器74LS1383—8譯碼器74LS138為一種常用的地址譯碼器芯片，其管腳圖如圖5―7所示。其中，G1、,個控制端，只有當(dāng)G1為“１”且

,均為“0”時，譯碼器才能進行譯碼輸出。否則譯碼器的8個輸出端全為高阻狀態(tài)。譯碼輸入端與輸出端之間的譯碼關(guān)系如表5―2所示。具體使用時，G1、

與

既可直接接至+5V端或地，也可參與地址譯碼。但其譯碼關(guān)系必須為100。需要時也可通過反相器使輸入信號符合要求。圖5―774LS138管腳圖表5―274LS138的譯碼關(guān)系74LS139為雙2-4譯碼器

74LS139為雙2-4譯碼器，其中含有兩個完全獨立的譯碼器，每個譯碼器有2個輸入端，經(jīng)過譯碼后在輸出端產(chǎn)生4選1的片選信號，兩個譯碼器一起作用時也可以實現(xiàn)對8片外圍芯片實現(xiàn)片選。輸入端輸出端

BA

Y0Y1Y2Y3

1xx

1111

000

0111

001

1011

010

1101

011

111074LS139功能表

5.3.4.1存儲器擴展概述

MCS-51系列單片機具有64KB的程序存儲器空間，其中8051、8751型單片機含有4KB的片內(nèi)程序存儲器,而8031型單片機則無片內(nèi)程序存儲器。當(dāng)采用8051、8751型單片機而程序超過4KB,或采用8031型單片機時,就需要進行程序存儲器的擴展。5.3.4存儲器的擴展

MCS-51系列單片機的數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器的地址空間是互相獨立的,其片外數(shù)據(jù)存儲器的空間可達64KB,而片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器空間只有128B。如果片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器不夠用時,則需進行數(shù)據(jù)存儲器的擴展。

存儲器擴展的核心問題是存儲器的編址問題。所謂編址就是給存儲單元分配地址。由于存儲器通常由多片芯片組成,為此存儲器的編址分為兩個層次:即存儲器芯片的選擇和存儲器芯片內(nèi)部存儲單元的選擇。存儲器芯片的選擇有兩種方法:線選法和譯碼法。

1.線選法所謂線選法,就是直接以系統(tǒng)的地址線作為存儲器芯片的片選信號,為此只需把用到的地址線與存儲器芯片的片選端直接相連即可。

2.譯碼法所謂譯碼法就是使用地址譯碼器對系統(tǒng)的片外地址進行譯碼,以其譯碼輸出作為存儲器芯片的片選信號。譯碼法又分為完全譯碼和部分譯碼兩種。

(1)完全譯碼。地址譯碼器使用了全部地址線，地址與存儲單元一一對應(yīng)，也就是1個存儲單元只占用1個唯一的地址。

(2)部分譯碼。地址譯碼器僅使用了部分地址線，地址與存儲單元不是一一對應(yīng)，而是1個存儲單元占用了幾個地址。1根地址線不接，一個單元占用2(21)個地址；2根地址線不接，一個單元占用4(22)個地址；3根地址線不接，則占用8(23)個地址，依此類推。在設(shè)計地址譯碼器電路時，如果采用地址譯碼關(guān)系圖的話，將會帶來很大的方便。所謂地址譯碼關(guān)系圖，就是一種用簡單的符號來表示全部地址譯碼關(guān)系的示意圖。例如：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0·0100XXXXXXXXXXX從地址譯碼關(guān)系圖上可以看出以下幾點：①屬完全譯碼還是部分譯碼；②片內(nèi)譯碼線和片外譯碼線各有多少根；③所占用的全部地址范圍為多少。例如在上面的關(guān)系圖中，有1個“·”(A15不接)，表示為部分譯碼，每個單元占用2個地址。片內(nèi)譯碼線有11根(A10～Ａ0),片外譯碼線有4根。其所占用的地址范圍如下：當(dāng)A15為0時，所占用地址為0010000000000000～0010011111111111，即2000H～27FFH。

當(dāng)A15為1時，所占用地址為1010000000000000～1010011111111111,即A000H～A7FFH。共占用了兩組地址，這兩組地址在使用中同樣有效。

應(yīng)該指出的是,隨著半導(dǎo)體存儲器的不斷發(fā)展,大容量、高性能、低價格的存儲器不斷推出,這就使得存儲器的擴展變得更加方便,譯碼電路也越來越簡單了。

5.3.4.2程序存儲器的擴展

1.只讀存儲器簡介半導(dǎo)體存儲器分為隨機存取存儲器(RandomAccessMemory)和只讀存儲器(ReadOnlyMemory)兩大類,前者主要用于存放數(shù)據(jù),后者主要用于存放程序。只讀存儲器ROM，它表示信息一旦寫入芯片就不能隨意更改，在程序運行時只能讀出不能寫入，即使掉電存儲器芯片中的信息也不會丟失。常見程序存儲器的類型有：

1）掩膜ROM

其編程工作是由ROM制造廠家來完成的，即它是在ROM芯片生產(chǎn)廠家通過掩膜工藝來實現(xiàn)編程的。在大批量生產(chǎn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的情況下，采用ROM芯片有利于降低成本。

2）一次性可編程PROM

這種芯片的編程可由用戶借助仿真機來進行，但只能進行次寫入操作，一旦寫入錯誤，芯片是不能再修改的。因此這種芯片使用起來很不方便。3）可重復(fù)擦寫的EPROM

這種芯片的編程可由用戶多次重復(fù)進行，克服了只能進行一次寫操作的缺點，因此是目前應(yīng)用較廣泛的一種芯片。它的缺點是相對不同的EPROM型號要求給出不同的寫入電壓，另外要由紫外線才能對它進行擦除，在芯片的中央有一個小窗口，通過對這個窗口照射紫外線可以擦除原有信息，所以程序?qū)懞煤笠貌煌该鞯臉撕炠N封這個窗口，以避免因陽光中的紫外線的照射而破壞芯片中的程序。因此使用起來也顯得還是不能盡如人意。

4）電擦除可讀、寫E2PROM

這種芯片在5V工作電壓下即可實現(xiàn)對芯片內(nèi)程序的寫入或擦除，故它既可作為程序存儲器使用，又可作為數(shù)據(jù)存儲器使用，所以愈來愈受到人們的關(guān)注。

2.常用EPROM芯片介紹典型芯片是27系列產(chǎn)品，例如，2764（8KB×8）、27128（16KB×8）、27256（32KB×8）、27512（64KB×8）?！?7”后面的數(shù)字表示其位存儲容量。

1)2764介紹目前比較廣泛采用的是2764芯片。該芯片為雙列直插式28引腳的標準芯片,容量為8K×8位,其管腳如圖4―8所示。圖5―8EPROM2764引腳圖其中:

A12~A0:13位地址線。

D7~D0:8位數(shù)據(jù)線。

:片選信號,低電平有效。

:輸出允許信號,當(dāng)時,輸出緩沖器打開,被尋址單元的內(nèi)容才能被讀出。

VPP:編程電源,當(dāng)芯片編程時,該端加上編程電壓(+25V或+12V);正常使用時,該端加+5V電源。(NC為不用的管腳)。

:編程脈沖輸入端

2764的工作時序

2764在使用時，只能將其所存儲的內(nèi)容讀出，其過程與RAM的讀出十分類似。即首先送出要讀出的單元地址，然后使和均有效(低電平)，則在芯片的D0～D7數(shù)據(jù)線上就可以輸出要讀出的內(nèi)容。其過程的時序關(guān)系如圖4―9所示。圖5―9EPROM2764的讀出時序

2764的編程

EPROM的一個重要特點就在于它可以反復(fù)擦除，即在其存儲的內(nèi)容擦除后可通過編程(重新)寫入新的內(nèi)容。這就為用戶調(diào)試和修改程序帶來很大的方便。EPROM的編程過程如下：

(1)擦除：如果EPROM芯片是第一次使用的新芯片，則它是干凈的。干凈的標志通常是每一個存儲單元的內(nèi)容都是FFH。

(2)編程：EPROM的編程有兩種方式：標準編程和靈巧編程。①標準編程的步驟：在VPP端加上編程電壓；給出編程地址；將數(shù)據(jù)加到數(shù)據(jù)線上；將低電平高電平；在（50±5）ms的負脈沖，就可在地址單元中寫入一個字節(jié)的內(nèi)容.當(dāng)?shù)碗娖綍r，對寫入的內(nèi)容校驗。②靈巧編程：與標準編程基本一樣，不同的式的脈沖為5ms，并切速度快。這里應(yīng)注意的是，對于不同型號、不同廠家生產(chǎn)的EPROM芯片，其編程電壓Vpp是不一樣的，有+12V,+18V,+21V,+24V等數(shù)種。編程時一定要根據(jù)芯片所要求的電壓來編程。若不注意，極易燒壞芯片。

27128、27256、芯片，與2764均為程序存儲器，只是容量不一樣。27128（8位×16K）、27256（8位×32K）27512（8位×64K）。地址線為別為：14、15、16。27128、27512芯片管腳圖3、E2PROM的擴展介紹

常見的并行芯片有2816/2816A，2817/2817A，2864A等。引腳如圖5-10所示，其主要性能見表5-3(表中芯片均為Intel公司產(chǎn)品)。

在引腳設(shè)計上，2KB的E2PROM2816與相同容量的EPROM2716和靜態(tài)RAM6116是兼容的，8KB的E2PROM2864A與同容量的EPROM2764和靜態(tài)RAM6264也是兼容的。

2816、2817和2864A的讀出數(shù)據(jù)時間均為250ns，寫入時間10ms。圖5-10

常見的并行E2PROM引腳圖5-3E2PROM2864A

2864A是電擦除可編程的只讀存儲器芯片。單一+5V供電，最大工作電流為160mA，維持電流為60mA。讀出時間最大為250ns，寫入時間約為16ms，由此可見2864A的讀寫速度是較慢的。由于片內(nèi)設(shè)有編程所需高壓脈沖電路，因而無需外加編程電壓與寫入脈沖即可工作。

2864A的容量為8K×8位，因此該芯片有8根數(shù)據(jù)線與13根地址線。表5.42864A工作方式

2864A的讀操作與普通EPROM的讀出相同，所不同的是可以在線進行字節(jié)的寫入。

2864A在寫一個字節(jié)的指令或數(shù)據(jù)之前，自動將要寫入單元進行擦除，因而無需專門的擦除操作?？梢娛褂?864A就如同使用RAM一樣方便。

下面對E2PROM

2864A的讀寫方式作以說明。1）讀方式 當(dāng)

和

均為低而

為高時，內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖器被打開，數(shù)據(jù)送上總線，此時可進行讀操作。2）寫方式

2864A數(shù)據(jù)寫入方式：頁寫入和字節(jié)寫入。（1）頁寫入

為提高寫速度，2864A片內(nèi)設(shè)置16字節(jié)的“頁緩沖器”，將整個存儲器陣列劃分成512頁，每頁16字節(jié)。高9位(A12～A4)

確定頁，低4位(A3～A0)

選擇頁緩沖器中的16個地址單元之一。寫操作分兩步來實現(xiàn)：第一步，在軟件控制下把數(shù)據(jù)寫入頁緩沖器，這步稱為頁裝載，與一般的靜態(tài)RAM寫操作是一樣的。第二步，在最后一個字節(jié)(即第16個字節(jié))寫入到頁緩沖器后20ns自動開始，把頁緩沖器的內(nèi)容寫到E2PROM陣列中對應(yīng)地址的單元中，這一步稱為頁存儲。53寫方式時，

為低，在下降沿，地址碼A12～A0被片內(nèi)鎖存器鎖存，在

上升沿數(shù)據(jù)被鎖存。51擴展E2PROM2864A設(shè)計接口電路如圖5-11所示。2864A的片選端

與P2.7連接，8K字節(jié)存儲器可作為數(shù)據(jù)存儲器用，但掉電后數(shù)據(jù)不丟失。89C51對2864A進行寫操作時所用指令包括：

MOVX@DPTR，A MOVX@Ri，A89C51對2864A進行讀操作時所用指令包括：

MOVXA，@DPTR MOVXA，@Ri55圖5-132864A與51單片機的接口電路3.程序存儲器擴展舉例現(xiàn)分3種情況說明程序存儲器的擴展方法。

(1)不用片外譯碼的單片程序存儲器的擴展。例1:試用EPROM2764構(gòu)成8031的最小系統(tǒng)。解:由于8031無片內(nèi)程序存儲器,因此必須外接程序存儲器以構(gòu)成最小系統(tǒng)。其連接方法是在圖5―12的基礎(chǔ)上,將2764按3總線的要求連接,其連接的關(guān)鍵在于地址譯碼。由于一般所采用的芯片其字節(jié)數(shù)均超過256個單元,也就是說片內(nèi)地址線超過8條,故地址譯碼的核心問題是高8位地址線的連接。

圖5―122764與8031的連接圖

(2)采用線選法的多片程序存儲器的擴展。例2:在圖5―13所示的連接圖中,使用了兩片2764,一共構(gòu)成了8K×2=16K的有效地址?，F(xiàn)采用線選法編址,以P2.7(A15)直接作為片選信號,當(dāng)P2.7=0時,選中左邊1片2764,其地址范圍為0000H~1FFFH;當(dāng)P2.7=1時,選中右邊1片2764,其地址范圍為8000H~9FFFH。這是部分譯碼,有2根地址線未接,1個單元要占用22=4個地址號。以上只是4組地址中的1組。若需地址連續(xù)的話,可取如下1組地址:6000H~7FFFH和8000H~9FFFH。

(3)采用地址譯碼器的多片程序存儲器的擴展。圖5―13兩片程序存儲器擴展連接圖P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0

A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0

A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0

0··XXXXXXXXXXXXX1··XXXXXXXXXXXXX地址范圍：0000H～1FFFH，2000H～2FFFH，4000H～4FFFH，6000H～6FFFHE000H～EFFFH地址范圍：8000H～9FFFH，A000H～AFFFH，C000H～CFFFH，例3:要求用2764芯片擴展8031的片外程序存儲器空間,分配的地址范圍為0000H~3FFFH。解：本例采用完全譯碼的方法,即所有地址線全部連接,每個單元只占用唯一的1個地址。①確定片數(shù):

2000H＝2×163＝2×4096＝8192K（8K）字片數(shù)=(末地址－首地址)＋1芯片字數(shù)=(3FFFH-0000H)+12000H=4000H2000H

=2(片)②分配地址范圍:第1組(1片)所占用的地址范圍為:00000000000000000000H……00011111111111111FFFH第2組(1片)所占用的地址范圍為:00100000000000002000H……00111111111111113FFFH③畫出地址譯碼關(guān)系圖:

第1組000XXXXXXXXXXXXXP2.7P2.6P2.5P2.4P2.0P0.7

P0.0

A15A14A13A12A8A7A0001XXXXXXXXXXXXX第2組上面打×部分為片內(nèi)譯碼,對于2764來說有13位,其地址變化范圍為從全0變到全1,其余部分為片外譯碼。④設(shè)計外譯碼電路:

本例只介紹采用譯碼器芯片的設(shè)計方法,現(xiàn)采用3-8譯碼器74LS138。片外譯碼只有3根線(P2.7,P2.6,P2.5)，分別接至譯碼器的C、B、A輸入端?？刂贫薌1,,不參與譯碼，接成常有效。如圖5―14所示。圖5―1474LS138譯碼器連接圖⑤畫出存儲器擴展連接圖:

該連接圖如圖5―15所示。圖中3-8譯碼器74LS138只用了兩個譯碼輸出端,如果需要的話,還可利用其余6個譯碼輸出端。

圖5―15采用地址譯碼器擴展程序存儲器的連接圖例4：圖5―14中3—8譯碼器74LS138的譯碼輸出端和所對應(yīng)的地址范圍各為多少?

解：對于來說，其地址變化范圍為

對于來說，其地址變化范圍為1010000000000000～1011111111111111,即A000H～BFFFH。1000000000000000～1001111111111111,即8000H~9FFFH。

5.3.4.3數(shù)據(jù)存儲器的擴展

1.數(shù)據(jù)存儲器概述數(shù)據(jù)存儲器即隨機存取存儲器(RandomAccessMemory),簡稱RAM,用于存放可隨時修改的數(shù)據(jù)信息。它與ROM不同,對RAM可以進行讀、寫兩種操作。RAM為易失性存儲器,斷電后所存信息立即消失。按其工作方式,RAM又分為靜態(tài)(SRAM)和動態(tài)(DRAM)兩種。靜態(tài)RAM只要電源加上,所存信息就能可靠保存。

2.靜態(tài)RAM6264簡介

6264是8K×8位的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器芯片,采用CMOS工藝制造,為28引腳雙列直插式封裝,其引腳圖如圖5―16所示。圖5―16RAM6264引腳圖

3.數(shù)據(jù)存儲器擴展舉例數(shù)據(jù)存儲器的擴展與程序存儲器的擴展相類似,不同之處主要在于控制信號的接法不一樣,不用

信號,而用

和信號,且直接與數(shù)據(jù)存儲器的端和端相連即可。圖5―17為外擴1片6264的連接圖。采用線選法，將片選信號與P2.7相連，片選信號CE2與P2.6相連。其地址譯碼關(guān)系為：01·XXXXXXXXXXXXXA15A14A13A12A11A10……………A0

所占用的地址為：第1組4000H～5FFFH(A13=0)第2組6000H～7FFFH(A13=1)5.3.4.4全地址范圍的存儲器最大擴展系統(tǒng)現(xiàn)以8031為例，說明全地址范圍的存儲器最大擴展系統(tǒng)的構(gòu)成方法，如圖5―18所示。8031的片外程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的地址各為64K。若采用EPROM2764和RAM6264芯片，則各需8片才能構(gòu)成全部有效地址。芯片的選擇采用3—8譯碼器74LS138，片外地址線只有3根(A15、A14、A13)，分別接至74LS138的C、B、A端，其8路譯碼輸出分別接至8個2764和8個6264的片選端。圖5―18單片機外存儲器最大擴展電路5.4I/O口的擴展雖然單片機本身的I/O口能實現(xiàn)簡單的I/O操作，但其功能畢竟十分有限。因為在單片機本身的I/O口電路中,只有數(shù)據(jù)鎖存和緩沖功能,而沒有狀態(tài)寄存和命令寄存功能,因此難以滿足復(fù)雜的I/O操作要求。此外,雖然單片機有4個8位并行雙向I/O口,但在實際應(yīng)用中,這些口往往不能用于I/O操作。

5.4.1簡單I/O接口的擴展在實際應(yīng)用中經(jīng)常會遇到開關(guān)量、數(shù)字量的輸入輸出,如開關(guān)、鍵盤、數(shù)碼顯示器等外設(shè),主機可以隨時與這些外設(shè)進行信息交換。在這種情況下,只要按照“輸入三態(tài),輸出鎖存”與總線相連的原則,選擇74LS系列的TTL或MOS電路即能組成簡單的I/O擴展接口。例如,采用8位三態(tài)緩沖器74LS244組成輸入口,采用8D鎖存器74LS273、74LS373、74LS377等組成輸出口。圖5―19所示為1種簡單的I/O口連接方法,圖中P2.0和P2.1經(jīng)與、組合后分別作為輸入口和輸出口的片選及鎖存信號。74LS273的鎖存時鐘CP端為正跳變鎖存。圖5―19簡單的輸入輸出接口輸入輸出口相應(yīng)的地址號為:

P2.1P2.0P0.7P0.0

輸入口: