【正文】 ROM）及電可擦寫 ROM（ EEPROM）。 CPU對外部 RAM進行寫 操作時 ， 除用 WR信號取代 RD信號以外 ， 其余工作時序與讀操作相同。有關(guān)信號基本 127 時序如圖 7— 5所示 （ 以讀操作為例 ） ： 第一個 T 機 第二個 T 機 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 單片機訪問外部數(shù)據(jù)存儲器基本時序圖 由圖 7— 5可得 ， CPU訪問外部 RAM時，先將 P0口輸出的低八位地址信號在 ALE有效時送至鎖存器 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，然后 RD端輸出讀外部數(shù)據(jù)存儲器有效低電平信號選通外部 RAM，這樣 CPU就可通過 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， 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)。一般來說 ， 這二種選擇都應(yīng)留有余量。 P2口始終輸出高 8位信號，故無需加地址鎖存電路。 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 單片機擴展構(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，數(shù)據(jù)輸入端D7— D0接 P0口，輸出端 Q7— Q0接外部程序存儲器 A7— A0端，當 ALE為高電平時，將 PO口送出地址低八位信號送 373內(nèi)部鎖存器保存；當 ALE為低電平時， 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同時有效的條件，即可用鎖存器（圖中 74LS373）把低八位地址鎖存下來。 二、單片機擴展的實現(xiàn) 8051單片機擴展系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)如圖 7— 2所示： MCS— 51單片機的 P0口，是一個地址 /數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。擴展器件包括 ROM、 RAM和 I/O接口電路等。此外，總線結(jié)構(gòu)也使擴展易于實現(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)，實現(xiàn)單片機擴展。對于一條控制信號線來說，其傳送方向是單向的，但是由不同方向的控制信號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，即可以進行兩個方向的數(shù)據(jù)傳送。單片機系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)與單片機處理數(shù)據(jù)的字長一致。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)，其余的都暫時不能操作，否則會引起數(shù)據(jù)沖突。例如 N 位地 址，可以產(chǎn)生 2N個連續(xù)地址編碼，因此可訪問 2N個存儲單元，即通常所說的尋址范圍為 2N 個地址單元。地址總線是單向的，地址信號只是由單片機向外發(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)中各擴展部件的一 組公共信號線。這時，必須對單片機系統(tǒng)進行資源性擴展，從而構(gòu)成一個功能更強的單片機系統(tǒng)。 122 第七章 8051單片機系統(tǒng)擴展與接口技術(shù) 第一節(jié) 8051 單片機系統(tǒng)擴展概述 一、 8051擴展系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 單片機芯片內(nèi)具有 CPU、 ROM、 RAM、定時器 /計數(shù)器及 I/O口等，因此一個單片機芯片事實上已經(jīng)是一臺名符其實的計算機了。但由于單片機內(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單片機屬總線結(jié)構(gòu)型單片機，系統(tǒng)擴展通常采用總線結(jié)構(gòu)形式。 如圖 7— 1所示，整個擴展系統(tǒng)以 8051芯片為核心，通過三類總線把各擴展部件連接起來。 圖 7— 1 8051芯片系統(tǒng)擴展結(jié)構(gòu)圖 1． 地址總線（ Address Bus，簡寫為 AB） 地址總線可傳送單片機送出的地址信號，用于訪問外部存儲器單元或 I/O 端口。地址總線的數(shù)目決定了可直接訪問的存儲器單元的數(shù)目。 MCS— 51 單片機有十六位地址線，因 8051 數(shù)據(jù) 存儲器 程序 存儲器 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 此存儲器展范圍可達 216 = 64KB 地址單元。 2． 數(shù)據(jù)總線（ Data Bus，簡寫為 DB） 數(shù)據(jù)總線用于在單片機與存儲器之間或單片機與 I/O 端口之間傳送數(shù)據(jù)。例如 MCS— 51 單片機是 8 位字長，所以數(shù)據(jù)總線的位數(shù)也是 8位。 3．控制總線（ Control Bus，簡寫為 CB） 控制總線實際上就是一組控制信號線，包括單片機發(fā)出的，以及從其它部件送給單片機的各種控制或聯(lián)絡(luò)信號。 總線結(jié)構(gòu)形式大大減少了單片機系統(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。 整個擴展 系統(tǒng)以 8051芯片為核心，通過總線把各擴展部件連接起來，其情形有如各擴展部件”掛”在總線上一樣。因為擴展是在單片機芯之外進行的，因此通常把擴展的 ROM稱之為外部 ROM，把擴展 RAM稱之為外部RAM。即在某些時鐘周期時， P0口傳送低八位地址，這時 ALE為高電平有效 ； 而在其它時鐘周期時傳送數(shù)據(jù) ， 這時ALE為無效的 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的每一條控制信號引腳的組合，即構(gòu)成了控制總線。因此當 P0口用來作數(shù)據(jù)總線時， 不會造成地址低 8位信息的丟失。 第二節(jié) 單片機外部存儲器擴展 單片機外部存儲器擴展思路是：根據(jù)單片機訪問外部存儲器的基本時序及工作速度 ，選擇相應(yīng)的存儲器芯片，并根據(jù)系統(tǒng)對存儲器容量的要求，選擇容量合適的存儲器芯片。 一、單片機訪問外部程序存儲器基本時序 單片機在對外部程序存儲器進行讀操作時 ， 地址信號、數(shù)據(jù)信號以及有關(guān)控制信號基本時序如圖 7— 4： 126 T 機 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 單片機訪問外部程序存儲器基本時序圖 由圖 7— 4可得， CPU訪問外部 ROM時，先從 P0口輸出低八位地址信號，當 CPU從ALE端輸出有效信號時，可將低八位地址信號送至鎖存器 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，然后 CPU從 PSEN端線輸出讀外部 ROM數(shù)據(jù)有效低電平信號選通外部 ROM，這時 CPU就可通過 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、單片機訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時序 前述讀 ROM操作是為了取得指令碼，該機器周期稱為取指周期，而對外部 RAM的訪問稱為指令的執(zhí)行周期，單片機訪問外部數(shù)據(jù)存儲器包括讀 ， 寫兩類操作。 由此可見，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、程序存儲器的擴展 （一）只讀存儲器概述 程序存儲器擴展使用的元件是只讀存儲器芯片，簡稱 ROM。其中掩膜 ROM 寫入的內(nèi)容，由 ROM 生產(chǎn)廠家根據(jù)用戶程序清單，在生產(chǎn)時 ROM 就寫入，用戶不能改寫。 EEPROM 可進行在線寫入或編程，但寫人速度較慢。 （ 二 ） 典型只讀存儲器芯片 INTEL公司只讀存儲器芯片 （ 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進行尋址，加上 8條數(shù)據(jù)線 D7— D0、一條片 選信號線 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號引腳為 NC，使用時應(yīng)接高電平。其中片選信號為保證多片存貯系統(tǒng)中地址的正確選擇，數(shù)據(jù)輸出選通線保證時序的配合，編程電源線及編程脈沖輸入線可實現(xiàn)程序的電編程。其工作方式見表 7— 2。 （ 三 ） 程序存儲器擴展的實現(xiàn)： 實現(xiàn)程序存儲器擴展，需要考慮以下三點：