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第8章MCS-51单片机的存储器系统扩展
8.1概述
8.2程序存储器扩展
8.3数据存储器扩展
8.4多片存储器芯片的扩展
习题与思考题
8.1概述
系统扩展是指单片机内部各功能部件不能满足应用系统要
求时,在片外连接相应的外围芯片以满足应用系统要求。8051
有很强的外部扩展能力,扩展电路及扩展方法较典型、规范。
8051主要有程序存储器(ROM)的扩展、数据存储器(RAM)的扩
展、I/O口的扩展、中断系统扩展以及其他特殊功能接口的扩展
等。
对于单片机系统扩展的方法有并行扩展法和串行扩展法两
种。并行扩展法是指利用单片机本身具备的三组总线(AB、DB、
CB)进行的系统扩展。近几年,由于集成电路设计、工艺和结构
的发展,串行扩展法得到了很快发展,它利用SPI三线总线和
I2C双线总线进行串行系统扩展。有的单片微机应用系统可能同
时采用并行扩展法和串行扩展法。本章主要介绍并行扩展法。
8.1.1MCS-51单片机最小系统
一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容:
(1)单片机最小系统。单片机是集CPU、RAM、ROM、定
时器/计数器和I/O接口电路于一片集成电路的微型计算机。对
于简单的应用场合,可以在MCS-51系列单片机中选择一个合
适的产品构成一个具有最简单配置的系统,即单片机最小系统。
(2)系统扩展。当单片机内部的功能单元,如ROM、RAM、
I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时,
必须在片外进行扩展。选择适当的芯片,设计相应的电路,即
按照系统功能要求配置外围设备(如键盘、显示器、打印机、
A/D转换器、D/A转换器等)时,就要设计合适的接口电路进行
系统扩展。系统扩展一般包括外部程序存储器扩展、外部数据
存储器扩展、外部接口扩展和管理功能器件的扩展等几方面内
容。
1.8051单片机最小系统
8051最小应用系统如图8-1所示。这种最小应用系统只要
将单片机的时钟电路和复位电路接上,同时 接高电平,系统
就可以工作。此类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口线均可供用户用。
(2)内部存储器容量有限(只有4 KB地址空间)。
(3)应用系统开发具有特殊性。
图8-1MCS-51系列8051最小应用系统
2.8031单片机最小应用系统
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8-2为用8031外接程序存储
器构成的最小系统。由于EPROM芯片不能锁存地址,故扩展
时应加上一片锁存器。因为采用片外程序存储器,所以应将EA
接地,PSEN接EPROM的输出允许端OE,ALE信号与地址锁
存器的锁存控制端G连接。
图8-2MCS-51系列8031最小应用系统
8.1.2MCS-51单片机扩展总线的产生
MCS-51系列单片机具有64 KB的程序存储器空间,其中
8051和8751片内有4 KB的程序存储器,8031片内无程序存储器,
当采用8051、8751而程序超过4 KB或采用8031时,就需对程序
存储器进行扩展。另外,MCS-51系列单片机的程序存储器空
间与数据存储器空间相互独立,其中片外数据存储器可达
64 KB,而片内的数据存储器仅有128 B,对于某些应用可能不
够,这时就需对内部数据存储器进行外部扩展。如前面几章所
述,MCS-51单片机对外没有专用的地址总线(AB)、数据总线
(DB)和控制总线(CB),那么在进行系统扩展时,首先需要扩展
系统的三总线。
如图8-3所示,MCS-51单片机片外总线结构由三组总线构
成,即地址总线(AB)、数据总线(DB)和控制总线(CB)。所有符
合这个总线标准的外部接口芯片都可以用这三组总线进行扩展。
图8-3单片机的3总线结构
1.地址总线(AB)
地址总线宽度为16位,因此可寻址范围为216=64KB。地址总
线由P0口通过锁存器提供低8位地址A7~A0,由P2口提供高8位
地址A8~A15。由于P0口还要作数据总线口,因此,它只能分时地
用作地址线,P0口输出的低8位地址必须用锁存器锁存。锁存器用
单片机引脚A
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