第 6章 MCS-51单片机系统扩展技术
6.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念
6.2 程序存储器扩展技术
6.3 数据存储器扩展
6.4 输入 /输出口扩展技术
6.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念
6.1.1 MCS-51单片机最小应用系统
6.1.2 MCS-51单片机的外部扩展性能
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6.1.1 MCS-51单片机最小应用系统
1,8051/8751最小应用系统 （ 如图 6-1所示 ） 。 由于
集成度的限制, 这种最小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口线均可供用户使用 。
（ 2） 内部存储器容量有限 （ 只有 4KB地址空间 ） 。
（ 3）应用系统开发具有特殊性。
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图
6-
1
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51/
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最
小
应
用
系
统
返回
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。 图 6-2为
用 8031外接程序存储器构成的最小系统 。
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图 6-2 8031最小应用系统
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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
MCS-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：
地址总线 （ AB）
数据总线 （ DB）
控制总线 （ CB）
所有外部芯片都通过这三组总线进行扩展 。
下一页
图 6-3 8031单片机总线引脚结构
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2,MCS-51单片机的系统扩展能力
● 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 6-4所示 。
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图 6-4 用 I/O线来控制片外存储器换体
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6.2 程序存储器扩展技术
6.2.1 EPROM扩展电路
6.2.2 EEPROM扩展电路 (…)
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图
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5
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引
脚EP
ROM
芯
片
管
脚
配
置
6.2.1 EPROM扩展电路
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图
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6
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64E
PR
OM
扩
展
电
路
1,2764A EPROM扩展电路
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2,27128A EPROM扩展电路
图
6-
7
27
12
8A
EP
ROM
扩
展
电
路
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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 。
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图
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8
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17A
管
脚
配
置
1,2817A EEPROM扩展
下一页
图
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EE
PR
OM
扩
展
电
路
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设置
源数据块首址
标区首地址
原地址 =SA
SA>末地址
？
写入一个字节
P1.0=0?
源地址加 1
目标地址加 1
传送结束
图
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10R
AM
与EE
PR
OM
数
据
传
送
流
程
图
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2,2864A EEPROM 扩展
图
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28
64A
管
脚
配
置
下一页
2864A有四种工作方式：
（ 1）维持方式
（ 2）读出方式
（ 3）写入方式
（ 4）数据查询方式
2864A与 8031单片机的硬件连接如 图 6-12所示 。
下一页
图
6-
12
28
64A
EE
PR
OM
扩
展
电
路
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6.3 数据存储器扩展
6.3.1 静态 RAM扩展电路
6.3.2 动态 RAM扩展电路 (…)
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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 。
1,6264静态 RAM扩展
表 6-1给出了 6264的操作方式, 图 6-14为 6264静态
RAM扩展电路 。
2,62256静态 RAM扩展
62256是 32K× 8位静态随机存储器芯片, CMOS
工艺制作, 单一 +5V供电 。 28脚双列直插式封装
。
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图 6-13 常用静态 RAM芯片管脚配置
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表 6-1 6264的操作方式
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图 6-14 6264静态 RAM扩展电路
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6.3.2 动态 RAM扩展电
1,2164A动态 RAM扩展
l 行列地址选通信号
l 刷新方法
l 地址信息延时的实现
下一页
图 6-15 2164A芯片
下一页
图 6-16 64K动态 RAM扩展电路
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（ a） 8051
（ b） 2164A
图
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和
21
64A
总
线
定
时
波
形
下一页
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的硬件电路图。
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图
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18
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17A
管
脚
配
置
返回
图
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集
成
动
态RA
M
扩
展
电
路
返回
6.4 输入 /输出口扩展技术
6.4.1 简单 I/O口扩展
6.4.2 可编程 I/O口扩展
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6.4.1 简单 I/O口扩展
1,用并行口扩展 I/O口
只要根据, 输入三态, 输出锁存, 与总线相
连的原则, 选择 74LS系列的 TTL电路或 MOS电路
即能组成简单的扩展 I/O口 。 例如采用 8位三态缓
冲器 74LS244组成输入口, 采用 8D锁存器 74LS273
,74LS373,74LS377等组成输出口 。
图 6-20给出了一种简单的输入、输出口扩展
电路。当要扩展多个输入 /输出口时，可采用 图 6-
21所示连接方法。
下一页
图
6-
20
简
单I/O
扩
展
接
口
返回
图 6-20 简单 I/O扩展接口
返回
2,用串行口扩展 I/O口
当 MCS-51单片机串行口工作在方式 0时, 使
用移位寄存器芯片可以扩展一个或多个 8位并行
I/O口 。 这种方法不会占用片外 RAM地址, 而且
可节省单片机的硬件开销 。 缺点是操作速度较慢
,扩展芯片越多, 速度越慢 。
图 6-22和 图 6-23分别给出了利用串行口扩展 2
个 8位并行输入口 （ 使用 74LS165） 和扩展 2个 8位
并行输出口 （ 使用 74LS164） 的接口电路 。
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图 6-22 利用串行口扩展并行输入口
返回
图 6-23 利用串行口扩展并行输出口
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6.4.2 可编程 I/O口扩展
表 6-2 常用 Intel 系列可编程接口芯片
型号 名称 说明
8155 并行接口 带 256字节的 RAM和 14位定时 /计数器
8255 通用并行接口
8251 同步 /异步通讯接口
8253 定时 /计数器
8279 键盘 /显示接口
下一页
1,8155的结构和技术性能
图 6-24是 8155的结构框图 。 在 8155内部具有：
（ 1） 256字节的静态 RAM,存取时间为 400ns。
（ 2） 三个通用的输入 /输出口 。
（ 3） 一个 14位的可编程定时 /计数器 。
（ 4） 地址锁存器及多路转换的地址和数据总线 。
（ 5） 单一 +5V电源, 40脚双列直插式封装 。
下一页
（ a） 逻辑结构
（ b） 引脚图
图
6-
24
81
55
的
逻
辑
结
构
及
引
脚
返回
2,8155的 RAM和 I/O地址编码
表 6-3 8155口地址分布
下一页
3,8155的工作方式与基本操作
（ 1）作片外 256字节 RAM使用。
（ 2）作扩展 I/O口使用。命令控制字的格式 如图
6-25所示 。其中 C口工作方式 如表 6-4所示 。状态
字格式 如图 6-26所示 。
（ 3）作定时器使用。其格式 如图 6-27所示 。
下一页
图 6-25 8155命令控制字格式
返回
表 6-4 C口工作方式及控制信号分布
返回
图 6-26 8155状态字格式
返回
图
6-
27
81
55
定
时
器
格
式
及
输
出
方
式
返回
4,MCS-51单片机与 8155的接口与操作
MCS-51单片机可直接和 8155连接而不需要任
何外加逻辑, 可以直接为系统增加 256字节外部
RAM,22根 I/O线及一个 14位定时器 。 其基本硬
件连接方法如 图 6-28所示 。
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图 6-28 8155和 8031的连接方法
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6.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念
6.2 程序存储器扩展技术
6.3 数据存储器扩展
6.4 输入 /输出口扩展技术
6.1 MCS-51单片机系统扩展的基本概念
6.1.1 MCS-51单片机最小应用系统
6.1.2 MCS-51单片机的外部扩展性能
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6.1.1 MCS-51单片机最小应用系统
1,8051/8751最小应用系统 （ 如图 6-1所示 ） 。 由于
集成度的限制, 这种最小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口线均可供用户使用 。
（ 2） 内部存储器容量有限 （ 只有 4KB地址空间 ） 。
（ 3）应用系统开发具有特殊性。
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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。 图 6-2为
用 8031外接程序存储器构成的最小系统 。
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图 6-2 8031最小应用系统
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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
MCS-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：
地址总线 （ AB）
数据总线 （ DB）
控制总线 （ CB）
所有外部芯片都通过这三组总线进行扩展 。
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图 6-3 8031单片机总线引脚结构
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2,MCS-51单片机的系统扩展能力
● 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 6-4所示 。
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图 6-4 用 I/O线来控制片外存储器换体
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6.2 程序存储器扩展技术
6.2.1 EPROM扩展电路
6.2.2 EEPROM扩展电路 (…)
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置
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1,2764A EPROM扩展电路
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2,27128A EPROM扩展电路
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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 。
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源数据块首址
标区首地址
原地址 =SA
SA>末地址
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P1.0=0?
源地址加 1
目标地址加 1
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2864A有四种工作方式：
（ 1）维持方式
（ 2）读出方式
（ 3）写入方式
（ 4）数据查询方式
2864A与 8031单片机的硬件连接如 图 6-12所示 。
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6.3 数据存储器扩展
6.3.1 静态 RAM扩展电路
6.3.2 动态 RAM扩展电路 (…)
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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 。
1,6264静态 RAM扩展
表 6-1给出了 6264的操作方式, 图 6-14为 6264静态
RAM扩展电路 。
2,62256静态 RAM扩展
62256是 32K× 8位静态随机存储器芯片, CMOS
工艺制作, 单一 +5V供电 。 28脚双列直插式封装
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图 6-13 常用静态 RAM芯片管脚配置
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表 6-1 6264的操作方式
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图 6-14 6264静态 RAM扩展电路
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6.3.2 动态 RAM扩展电
1,2164A动态 RAM扩展
l 行列地址选通信号
l 刷新方法
l 地址信息延时的实现
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图 6-15 2164A芯片
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图 6-16 64K动态 RAM扩展电路
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（ a） 8051
（ b） 2164A
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线
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时
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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的硬件电路图。
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6.4 输入 /输出口扩展技术
6.4.1 简单 I/O口扩展
6.4.2 可编程 I/O口扩展
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6.4.1 简单 I/O口扩展
1,用并行口扩展 I/O口
只要根据, 输入三态, 输出锁存, 与总线相
连的原则, 选择 74LS系列的 TTL电路或 MOS电路
即能组成简单的扩展 I/O口 。 例如采用 8位三态缓
冲器 74LS244组成输入口, 采用 8D锁存器 74LS273
,74LS373,74LS377等组成输出口 。
图 6-20给出了一种简单的输入、输出口扩展
电路。当要扩展多个输入 /输出口时，可采用 图 6-
21所示连接方法。
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返回
图 6-20 简单 I/O扩展接口
返回
2,用串行口扩展 I/O口
当 MCS-51单片机串行口工作在方式 0时, 使
用移位寄存器芯片可以扩展一个或多个 8位并行
I/O口 。 这种方法不会占用片外 RAM地址, 而且
可节省单片机的硬件开销 。 缺点是操作速度较慢
,扩展芯片越多, 速度越慢 。
图 6-22和 图 6-23分别给出了利用串行口扩展 2
个 8位并行输入口 （ 使用 74LS165） 和扩展 2个 8位
并行输出口 （ 使用 74LS164） 的接口电路 。
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图 6-23 利用串行口扩展并行输出口
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6.4.2 可编程 I/O口扩展
表 6-2 常用 Intel 系列可编程接口芯片
型号 名称 说明
8155 并行接口 带 256字节的 RAM和 14位定时 /计数器
8255 通用并行接口
8251 同步 /异步通讯接口
8253 定时 /计数器
8279 键盘 /显示接口
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1,8155的结构和技术性能
图 6-24是 8155的结构框图 。 在 8155内部具有：
（ 1） 256字节的静态 RAM,存取时间为 400ns。
（ 2） 三个通用的输入 /输出口 。
（ 3） 一个 14位的可编程定时 /计数器 。
（ 4） 地址锁存器及多路转换的地址和数据总线 。
（ 5） 单一 +5V电源, 40脚双列直插式封装 。
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（ a） 逻辑结构
（ b） 引脚图
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2,8155的 RAM和 I/O地址编码
表 6-3 8155口地址分布
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3,8155的工作方式与基本操作
（ 1）作片外 256字节 RAM使用。
（ 2）作扩展 I/O口使用。命令控制字的格式 如图
6-25所示 。其中 C口工作方式 如表 6-4所示 。状态
字格式 如图 6-26所示 。
（ 3）作定时器使用。其格式 如图 6-27所示 。
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图 6-25 8155命令控制字格式
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表 6-4 C口工作方式及控制信号分布
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图 6-26 8155状态字格式
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方
式
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4,MCS-51单片机与 8155的接口与操作
MCS-51单片机可直接和 8155连接而不需要任
何外加逻辑, 可以直接为系统增加 256字节外部
RAM,22根 I/O线及一个 14位定时器 。 其基本硬
件连接方法如 图 6-28所示 。
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