MCS-51单片机系统扩展技术

第六章6-1

单片机系统扩展技术单片机系统扩展的基本概念

6-2 6-36-4

程序存储器扩展技术 数据存储扩展输入/输出口扩展

6-1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念单片机在一块芯片上集成了计算机的主要硬件资源。因此， 在智能仪器仪表，小型检测及控制系统中，往往直接采用单片 机构成最小应用系统而不再扩展外围芯片。但是，在许多情况 下，例如构造一个机电测控系统时，考虑到传感器接口，伺服 控制接口以及人机对话接口等需要，最小应用系统不能满足系 统功能要求，必须在片外扩展相应的外围芯片，这就是单片机 系统扩展。

单片机系统扩展一般包括程序存储器(ROM或EPROM) 扩展、 数据存储器(RAM) 扩展、输入/输出口(I/O) 扩展、定时/计数器 扩展、中断系统扩展等。

6-1-1 MCS-51单片机最小应用系统简单介绍两种类型芯片构成的最小应用系统。 1.8051/8751最小应用系统8051/8751 是 片 内 有 ROM/EPROM 的单片机，因此，用这种芯片构成的 最小应用系统结构简单，工作可靠。

8051/8751最小应用系统:

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 。 右 图 为 用8031外接程序存储器构成 的最小系统。

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 结构单片机都是通过片外引脚进 行系统扩展的。为了满足系统扩 展的要求，MSC-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, 即地址总线(AB),TXD RXD XTAL2 ALE RD WR PSEN INT0 INT1 T0 T1 EA Vss RST 8 XTAL1 P2 P0 地址 锁存器 8 8 A15-A8 A7-A0 D7-D0 (AB)

(DB)

数据总线(DB)和控制总线(CB)。所有外部芯片都通过这三组总线 进行扩展。

(CB)

Vcc

2.MSC-51单片机的系统扩展能力为配置外围设备而扩展的I/O口与片外数据存储器统一编址，系 统不再提供另外的地址线。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。如图所示。

6-2

程序存储器扩展技术

介绍两种不同的程序存储器扩展电路：EPROM、EEPROM。

6-2-1

EPROM:可擦除PROM

用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储单元的PN结表面形成浮 动栅，阻挡通路，实现信息写入。用紫外线照射可驱散浮动栅，原有信息全部

擦除，便可再次改写。作为MCS-51单片机的外部程序存储器，其典型产品有2716(2K*8)、2732 (4K*8)、2764(8K*8)…27512(64K*8)等。

图6-2-1给出了双列直插式封装的 EPROM芯片的管脚配置图 。图中Ai(i=0,1,2, …,15) 为地址线,O0~O7 为数据线，CE 为片选线

,OE 为数据输出 选通线，Vpp为编程电源，Vcc为主电源，PGM为编程脉冲输入。

28引脚EPROM芯片管脚配置

2764A EPROM扩展电路2764A是一种8K×8位EPROM,单一+5V供电，工作电流为75mA, 维持电流为35mA,读出最大时间为250ns,28脚双列直插封装。其扩展电 路示于图6-6。若要同时扩展两片2764A,只需将P2.5 经一非门接至第二片 2764A的片选端，其它引脚与第一片2764A同名引脚相连即可。2764 EPROM扩展电路Vcc P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 EA P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 ALE O7 O6 O5 O4 O3 O2 O1 O0 PSEN OE CE GND D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0

+5VA12 A11 A10A9 A8 PGM Vpp

8031

A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

74LS373

2764A

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。 1. 2817A EEPROM扩展 2817A存储容量为2K×8位，采用 单一+5V电源供电，最大工作电流为 150mA,维持电流55mA,读出时间 最大为250ns。由于片内设有编程可 需的高压脉冲产生电路，因而无需 外加编程脉冲即可工作。2817A为28 脚双列直插封装, 管脚配置如图6-8 。图中A0~A10为地址线,O0~O7 为 数据线， 为片选线， 为输出使能 CE OE , 为写入使能，RDY/ BUSY 为状 WE 态指示2817A管脚配置

图6-9给出了2817A与8031单片机的硬件连接图。图中，采用了将外部数据存储器空间与程 序存储器空间合并的方法，即将信号 PSEN 与信号 RD 相“与”,其输出作为单一的公共存 储器读选通信号。这样，8031即可对2817A进行读写了。图中8031采用查询方式对2817A 的写操作进行管理。

2817A EEPROM扩展电路

6-3

数据存储器扩展

在单片机应用系统中, 作为数据存储器使用的有静态读/写存 储器RAM,动态读/写存储器RAM和EEPROM等。下面着重介 绍静态RAM和动态RAM的扩展。 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 。

常用静态RAM芯片管脚配置

6264静态RAM扩展6264是8K×8位静态随机存储器芯片，CMOS工艺制造，单一+5V供电， 额定功耗200MW,典型存取时间200ns,28脚双列直插式封装。与6116相 CE 比，地址线增加两根，为A0~A12,且有两个片选端 和CE2。表6-1给 出了6264的操作方式。1

管脚 方式

CE 1

(20) 1

CE2 (26)

OE

WE

(22) X

(27) X

I/O0~I/O7 (11~13,15~19)

未选中(掉电)

X

高阻

选中(掉电)

X

0

X

X

高阻

输出禁止读

0

1

1

1

高阻

0

1

0

1

Dout Din Din

写写

00

11

10

00

6264静态RAM扩展电路+5V P2.7 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 EA P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0

.2 P0.1 P0.0 ALE I/O7 I/O6 I/O5 I/O4 I/O3 I/O2 I/O1 I/O0 OE WE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 CE1 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Vcc CE2

8031

74LS373

6264

RD WR

GND

6-3-2 动态RAM扩展电路1. 2164A动态RAM扩展 2164A是Intel公司生产的一种高性能64K×1位动态RAM,单+5V 供电，存取时间200ns,16脚双列直插式封装。其逻辑符号及管脚配置 如图6-15所示。

8051 与 8 片 2164A 动 态 RAM 位 扩 展 连 接 便 构 成 了 具 有 64KB数据存储空间的单片机系统，其硬件电路如图所示:

8051和2164A总线的定时波形

(b)2164A

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。