【正文】 ROM）及電可擦寫(xiě) ROM（ EEPROM）。 CPU對(duì)外部 RAM進(jìn)行寫(xiě) 操作時(shí) ， 除用 WR信號(hào)取代 RD信號(hào)以外 ， 其余工作時(shí)序與讀操作相同。有關(guān)信號(hào)基本 127 時(shí)序如圖 7— 5所示 （ 以讀操作為例 ） ： 第一個(gè) T 機(jī) 第二個(gè) T 機(jī) S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1P2 P1P2 P1P2 P1P2 P1P2 P1P2 P1P2 P1P2 P1P2 P1P2 P1P2 P1P2 ALE 有效 有效 有效 PSEN 有效 RD 有效 ROM 丟棄 RAM鎖存 讀數(shù)據(jù) RAM P0 A7— A0 A7— A0 D7— D0 A7— A0 P2 A15— A8 A15— A8 A15—— A8 圖 7─ 5 單片機(jī)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器基本時(shí)序圖 由圖 7— 5可得 ， CPU訪問(wèn)外部 RAM時(shí)，先將 P0口輸出的低八位地址信號(hào)在 ALE有效時(shí)送至鎖存器 373保存并輸出，這樣由 P2口和鎖存器共同輸出十六位地址信號(hào)，然后 RD端輸出讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有效低電平信號(hào)選通外部 RAM，這樣 CPU就可通過(guò) P0口從數(shù)據(jù)總線上讀入外部 RAM指定單元送出的數(shù)據(jù)。 由此可見(jiàn)， ROM芯片必須在 PSEN有效期內(nèi)將指定單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，否則CPU將讀不到數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō) ， 這二種選擇都應(yīng)留有余量。 P2口始終輸出高 8位信號(hào)，故無(wú)需加地址鎖存電路。 124 8 控制線 高 8位地址 （ A15— A8） 8 8 低 8位地址 （ A7— A0） 數(shù)據(jù)線 (D7— D0) 圖 7─ 2 單片機(jī)擴(kuò)展構(gòu)造圖 圖 7— 2 中 74LS373為 8D鎖存器芯片，其引腳分布及功能如圖 7— 3所示： Vcc Q7 D7 Q6 D6 Q5 D5 D4 Q4 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 Di Qi 74LS373 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 G E E Q0 D0 Q1 D1 Q2 D2 Q3 D3 GND 圖 7－ 3 74LS373芯片引腳功能圖 表 7— 1 74LS373功能表 E G 功 能 0 1 取數(shù) Qi＝ Di 0 0 保持 Qi不變 1 X 輸出高阻 8 PSEN RD WR 8051 P2 ALE EA P0 D G Q 74LS373 125 由表 7— 1 可知，將 74LS373 芯片 E 端接地， G 端接 8051 的 ALE 信號(hào)，數(shù)據(jù)輸入端D7— D0接 P0口，輸出端 Q7— Q0接外部程序存儲(chǔ)器 A7— A0端，當(dāng) ALE為高電平時(shí)，將 PO口送出地址低八位信號(hào)送 373內(nèi)部鎖存器保存；當(dāng) ALE為低電平時(shí)， 74LS373輸出低 8位地址信息不變。高八位地址總線則是直接由 P2口組成的。利用 P0口輸出低八位地址和 ALE同時(shí)有效的條件，即可用鎖存器（圖中 74LS373）把低八位地址鎖存下來(lái)。 二、單片機(jī)擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn) 8051單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)如圖 7— 2所示： MCS— 51單片機(jī)的 P0口，是一個(gè)地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。擴(kuò)展器件包括 ROM、 RAM和 I/O接口電路等。此外，總線結(jié)構(gòu)也使擴(kuò)展易于實(shí)現(xiàn)，各功能部件只要符合總線規(guī)范，就可以很方便地接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)擴(kuò)展。對(duì)于一條控制信號(hào)線來(lái)說(shuō)，其傳送方向是單向的，但是由不同方向的控制信號(hào)線組合的控制總線則表示為雙向的。數(shù)據(jù) 總線是雙向的，即可以進(jìn)行兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳送。單片機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)與單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)一致。掛在總線上的器件，只有地址被選中的單元才能與 CPU交換數(shù)據(jù)，其余的都暫時(shí)不能操作，否則會(huì)引起數(shù)據(jù)沖突。例如 N 位地 址，可以產(chǎn)生 2N個(gè)連續(xù)地址編碼，因此可訪問(wèn) 2N個(gè)存儲(chǔ)單元，即通常所說(shuō)的尋址范圍為 2N 個(gè)地址單元。地址總線是單向的，地址信號(hào)只是由單片機(jī)向外發(fā)出。這三類總線即地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，下面分別予以介紹。所謂總線，就是指連接系統(tǒng)中各擴(kuò)展部件的一 組公共信號(hào)線。這時(shí)，必須對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行資源性擴(kuò)展，從而構(gòu)成一個(gè)功能更強(qiáng)的單片機(jī)系統(tǒng)。 122 第七章 8051單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展與接口技術(shù) 第一節(jié) 8051 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展概述 一、 8051擴(kuò)展系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 單片機(jī)芯片內(nèi)具有 CPU、 ROM、 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器及 I/O口等，因此一個(gè)單片機(jī)芯片事實(shí)上已經(jīng)是一臺(tái)名符其實(shí)的計(jì)算機(jī)了。但由于單片機(jī)內(nèi)部資源畢竟有限，在許多較為復(fù)雜的技術(shù)應(yīng)用中，其內(nèi)部資源可能不 夠 用。 MCS— 51單片機(jī)屬總線結(jié)構(gòu)型單片機(jī)，系統(tǒng)擴(kuò)展通常采用總線結(jié)構(gòu)形式。 如圖 7— 1所示，整個(gè)擴(kuò)展系統(tǒng)以 8051芯片為核心，通過(guò)三類總線把各擴(kuò)展部件連接起來(lái)。 圖 7— 1 8051芯片系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)圖 1． 地址總線（ Address Bus，簡(jiǎn)寫(xiě)為 AB） 地址總線可傳送單片機(jī)送出的地址信號(hào)，用于訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器單元或 I/O 端口。地址總線的數(shù)目決定了可直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器單元的數(shù)目。 MCS— 51 單片機(jī)有十六位地址線，因 8051 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 程序 存儲(chǔ)器 I/O 接口 I/O 接口 I/O 設(shè)備 I/O 設(shè)備 地址總線 AB 數(shù)據(jù)總線 DB 控制總線 CB 123 此存儲(chǔ)器展范圍可達(dá) 216 = 64KB 地址單元。 2． 數(shù)據(jù)總線（ Data Bus，簡(jiǎn)寫(xiě)為 DB） 數(shù)據(jù)總線用于在單片機(jī)與存儲(chǔ)器之間或單片機(jī)與 I/O 端口之間傳送數(shù)據(jù)。例如 MCS— 51 單片機(jī)是 8 位字長(zhǎng)，所以數(shù)據(jù)總線的位數(shù)也是 8位。 3．控制總線（ Control Bus，簡(jiǎn)寫(xiě)為 CB） 控制總線實(shí)際上就是一組控制信號(hào)線，包括單片機(jī)發(fā)出的，以及從其它部件送給單片機(jī)的各種控制或聯(lián)絡(luò)信號(hào)。 總線結(jié)構(gòu)形式大大減少了單片機(jī)系統(tǒng)中連接線的數(shù)目，提高了系統(tǒng)的可靠性，增加了系統(tǒng)的靈活性。 整個(gè)擴(kuò)展 系統(tǒng)以 8051芯片為核心，通過(guò)總線把各擴(kuò)展部件連接起來(lái)，其情形有如各擴(kuò)展部件”掛”在總線上一樣。因?yàn)閿U(kuò)展是在單片機(jī)芯之外進(jìn)行的，因此通常把擴(kuò)展的 ROM稱之為外部 ROM，把擴(kuò)展 RAM稱之為外部RAM。即在某些時(shí)鐘周期時(shí)， P0口傳送低八位地址，這時(shí) ALE為高電平有效 ； 而在其它時(shí)鐘周期時(shí)傳送數(shù)據(jù) ， 這時(shí)ALE為無(wú)效的 低電平。所以系統(tǒng)的低八位地址是從鎖存器輸出端送出的 . 而 P0口本身則又可直接傳送數(shù)據(jù)。 CPU的每一條控制信號(hào)引腳的組合，即構(gòu)成了控制總線。因此當(dāng) P0口用來(lái)作數(shù)據(jù)總線時(shí)， 不會(huì)造成地址低 8位信息的丟失。 第二節(jié) 單片機(jī)外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展 單片機(jī)外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展思路是：根據(jù)單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的基本時(shí)序及工作速度 ，選擇相應(yīng)的存儲(chǔ)器芯片，并根據(jù)系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器容量的要求，選擇容量合適的存儲(chǔ)器芯片。 一、單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器基本時(shí)序 單片機(jī)在對(duì)外部程序存儲(chǔ)器進(jìn)行讀操作時(shí) ， 地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)以及有關(guān)控制信號(hào)基本時(shí)序如圖 7— 4： 126 T 機(jī) S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 ALE 有效 有效 PSEN 有效 ROM 鎖存 讀數(shù)據(jù) RAM P0 A7— A0 D7— D0 A7— A0 P2 A15— A8 A15— A8 A15— A8 圖 7— 4 MCS— 51 單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器基本時(shí)序圖 由圖 7— 4可得， CPU訪問(wèn)外部 ROM時(shí)，先從 P0口輸出低八位地址信號(hào)，當(dāng) CPU從ALE端輸出有效信號(hào)時(shí)，可將低八位地址信號(hào)送至鎖存器 373保存并輸出，這樣由 P2口和鎖存器共同輸出十六位地址信號(hào)，然后 CPU從 PSEN端線輸出讀外部 ROM數(shù)據(jù)有效低電平信號(hào)選通外部 ROM，這時(shí) CPU就可通過(guò) P0口從數(shù)據(jù)總線上 讀入外部 ROM指定單元送出的數(shù)據(jù)。 二、單片機(jī)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)序 前述讀 ROM操作是為了取得指令碼，該機(jī)器周期稱為取指周期，而對(duì)外部 RAM的訪問(wèn)稱為指令的執(zhí)行周期，單片機(jī)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括讀 ， 寫(xiě)兩類操作。 由此可見(jiàn)，外部 RAM芯片必須在 RD有效期內(nèi)將指定單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，否 128 則 CPU將讀不到數(shù)據(jù)。 三、程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 （一）只讀存儲(chǔ)器概述 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展使用的元件是只讀存儲(chǔ)器芯片，簡(jiǎn)稱 ROM。其中掩膜 ROM 寫(xiě)入的內(nèi)容，由 ROM 生產(chǎn)廠家根據(jù)用戶程序清單，在生產(chǎn)時(shí) ROM 就寫(xiě)入，用戶不能改寫(xiě)。 EEPROM 可進(jìn)行在線寫(xiě)入或編程，但寫(xiě)人速度較慢。 （ 二 ） 典型只讀存儲(chǔ)器芯片 INTEL公司只讀存儲(chǔ)器芯片 （ EPROM） 的產(chǎn)品有： 2716， 2732， 2764， 27128， 27256，27512等。如： 27256為 32K容量。 2764 具有 8K（ 10248 ） 字節(jié)容量 ， 共需要有 13 根地址線 （ 213=8192） A12— A0進(jìn)行尋址，加上 8條數(shù)據(jù)線 D7— D0、一條片 選信號(hào)線 CE、一條數(shù)據(jù)輸出選通線 OE、一條編程電源線 Vpp 及編程脈沖輸入線 PGM， 另外有一條正電源線 UCC 及接地線 GND，其第26號(hào)引腳為 NC，使用時(shí)應(yīng)接高電平。其中片選信號(hào)為保證多片存貯系統(tǒng)中地址的正確選擇，數(shù)據(jù)輸出選通線保證時(shí)序的配合，編程電源線及編程脈沖輸入線可實(shí)現(xiàn)程序的電編程。其工作方式見(jiàn)表 7— 2。 （ 三 ） 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)： 實(shí)現(xiàn)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展，需要考慮以下三點(diǎn)：