在由单片机构成的实际测控系统中，最小应用系统往往不能满足要求，因此在系统设计时首先要解决系统扩展问题。单片机的系统扩展主要有程序存储器（ROM）扩展，数据存储器（RAM）扩展以及I/O口的扩展。MCS-51单片机有很强的扩展功能，外围扩展电路、扩展芯片和扩展方法都非常典型、规范。本章首先通过实训初步了解扩展的方法及应用，然后详细讨论各种扩展的常见电路、芯片以及使用方法。
实训6 片外RAM对信号灯的控制及可编程I/O口的应用
1. 实训目的
(1) 掌握扩展片外RAM的方法及使用。
(2) 熟悉8155可编程接口芯片的内部组成。
(3) 掌握8155初始化的方法及I/O口的使用。
(4) 了解8155内部定时器和RAM的编程使用。
(5) 认识片外RAM及8155相关地址的确定。
2. 实训设备和器件
实训设备：单片机开发系统、微机。
实训器件：实训电路板1套。
3. 实训电路图
下图为实训电路图，与附录1中的电路图连接完全相同。
图6.1 实训6电路图
4. 实训步骤与要求
1)查阅附录实训电路板原理图及芯片手册，初步认识51单片机扩展片外RAM所使用的芯片6264的管脚排列，以及与单片机的连接关系；初步分析8155与单片机的连接及三个I/O口与外部LED的关系。
2)将电路板与仿真器连接好。
3)输入参考程序1，汇编并调试运行，观察P1口发光二极管的亮灭状态。
4)输入参考程序2，汇编并调试运行，观察电路板中LED(共阴极)的显示情况。
参考程序1：对片外RAM写入数据并输出，控制P1口的亮灭状态。
ORG 0000H
MOV DPTR,#1000H ；指向片外RAM的首地址
MOV A,#0FEH ；设置第一个要送入的数据
MOV R1,#08H ；设循环次数
WRITE: MOVX @DPTR,A ；向RAM中写入数据
INC DPTR ；片外RAM地址加1
CLR CY
RL A ；更新数据
DJNZ R1,WRITE ；8次未送完，继续写入，否则顺序执行下一条指令
MOV R1,#08H ；再次设置循环次数
START: MOV DPTR,#1000H ；指向第一个数据单元1000H
READ: MOVX A,@DPTR ；读出数据到A累加器
MOV P1,A ；送P1口点亮发光二极管
LCALL DELAY ；延时一段时间
INC DPTR ；更新地址
DJNZ R1,READ 李小璐父母；连续读出8个数据，送P1口显示
SJMP START ；8个数据读完，继续从第一个数据单元开始。
延时子程序参见第4章。
参考程序2：对8155初始化，使I/O口控制LED的显示情况。
ORG 0000H
MOV DPTR，#4400H ；指向8155命令寄存器
MOV A，#03H
MOVX @DPTR,A ；写入控制字。A口、B口为输出，C口为输入。
INC DPTR ；指向8155A口
MOV A，#00H
MOVX @DPTR，A ；向A口写入00H，输出选中所有8个LED。
INC DPTR ；指向8155B口
MOV A，#OFFH
MOVX @DPTR，A ；向B口写入某个字型码，输出点亮8个LED。
SJMP $
5. 实训总结和分析
（1） 程序1的功能是，对片外RAM1000H～1008H写入数据，然后再逐一读出送P1口控制发光二极管，使8个发光二极管依次点亮。片外RAM是当单片机内部RAM不够用时进行扩展的，常用的芯片是静态RAM，例如实训电路板中所使用的6264，片外RAM的地址线是由单片机的P0口和P2口提供的，其具体连接方法以及片外RAM地址的确定方法在6.2节介绍。实训中，对片外RAM的写操作由MOVX @DPTR，A完成，读操作由MOVX A，@DPTR完成。
（2） 程序2的功能是，对实训电路中扩展的8155芯片初始化，分别从8155的A口和B口输
出数据，使8个LED同时显示“8”。抗击疫情的作文8155是可编程的I/O芯片，当单片机提供的并行I/O口P0～P3不够用户使用时，常常需要扩展I/O口，8155是扩展时使用较多的I/O芯片。在本书的实训电路中，用扩展的8155连接了8个LED数码管和16个按键。通过扩展8155可以提供3吊炸天个并行I/O口：A口、B口和C口，3个I/O口的工作方式（例如是输入还是输出）是由用户的编程来确定的，这个过程称作对8155的初始化。初始化编程是通过8155的命令寄存器写入控制字来实现的，例如参考程序2中的前3条指令。控制字的规定、8155和单片机的接口方法以及8155相关地址的确定在6.3.4节介绍。
（3） 分析参考程序2，我们注意到，对扩展I/O口芯片8155的写操作也是MOVX @DPTR，A，与片外RAM的使用方法相同，读操作也是一样，因此这就要求片外RAM和扩展I/O口的地址不能冲突，在扩展连接时，二者要统一考虑，统一编址。
（4） 请读者学习本章知识后，思考以下问题：实训中扩展的6264的地址范围是什么？为什么8155命令寄存器、A口、B口的地址是程序2中所使用的4400H、4401H、4402H？
（5） 在实际应用中，不仅要扩展RAM和I/O口，当单片机内部用于存放程序、表格的程序存储器容量不够时，也需要扩展。对这三者的扩展方法、常用芯片和使用方法是本章重点
讨论的内容。
6.1 程序存储器扩展
在进行单片机应用系统设计时，首先考虑的就是存储器的扩展，包括程序存储器和数据存储器。其次是I/O口的扩展，用来连接一定的输入设备和输出设备。在本书附录的参考实训电路板原理图中，除了实训6中我们初步认识和使用的RAM和I/O口8155芯片，读者会注意到还扩展了两片存储器芯片2764和2864，这是在程序存储器扩展中要介绍的内容。
单片机的程序存储器空间和数据存储器空间是相互独立的。程序存储器的寻址空间是64K字节（0000H～FFFFH）。
6.1.1 单片机程序存储器概述
单片机应用系统由硬件和软件组成，软件的载体就是硬件中的程序存储器。对于MCS-51系列8位单片机，片内程序存储器的类型及容量如表6.1所示。
表6.1 MCS-51系列单片机片内程序存储器一览表
单片机 型号 | 片内程序存储器 | |
类型 | 容量（字节） | |
8031 | 无 | —— |
8051 | ROM | 4K |
嗨来电 8751 | EPROM | 祝福领导的短信 4K |
8951 | Flash | 4K |
对于没有内部ROM的单片机或者程序较长、片内ROM容量不够时，用户必须在单片机外部扩展程序存储器。MCS-51单片机片外有16条地址线，即P0口和P2口，因此最大寻址范围为64K字节（0000H—FFFFH）。
这里要注意的是，MCS-51单片机有一个管脚跟程序存储器的扩展有关。如果接高电平，那么片内存储器地址范围是0000H—0FFFH（4K字节），片外程序存储器地址范围是1000H—FFFFH（60K字节）。如果接低电平，不使用片内程序存储器，片外程序存储器地址范围为0000H—FFFFH（64K字节）。
8031单片机没有片内程序存储器，因此管脚总是接低电平。
扩展程序存储器常用芯片有EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）型（紫外线可擦除型），如2716（2K×8）、2732（4K×8）、2764（8K×8）、27128（16K×8）、27256（32K×8）、27512（64K×8）等，另外还有+5V电可擦除EEPROM，如2816（2K×8）、2864（8K×8）等等。
如果程序总量不超过4KB，一般选用具有内部ROM的单片机。8051内部ROM只能由厂家将程序一次性固化，不适合小批量用户和程序调试时使用。因此选用8751、8951的用户较多。
如果程序超过4K字节，一般不会选用8751、谭松韵多高8951，直接选用8031，利用外部扩展存储器来存放程序。
6.1.2 EPROM程序存储器扩展实例
紫外线擦除电可编程只读存储器EPROM是国内用得较多的程序存储器。EPROM芯片上均有一个玻璃窗口，在紫外线照射下，存储器中的各位信息均变1，即处于擦除状态。擦除干净的EPROM可以通过编程器将应用程序固化到芯片中。
例6.1 在8031单片机上扩展4KEPROM程序存储器
1. 选择芯片
本例要求选用8031单片机，内部无ROM区，无论程序长短都必须扩展程序存储器（目前较少这样使用，但扩展方法比较典型、实用）。
在选择程序存储器芯片时，首先必须满足程序容量，其次在价格合理情况下尽量选用容量大的芯片。芯片少，接线简单，芯片存储容量大，程序调整余量大。如估计程序总长3KB左右，最好扩展一片4KB的EPROM 2732，而不选用2片2716（2KB）。
在单片机应用系统硬件设计中应注意，尽量减少芯片使用个数，使得电路结构简单，提高可靠性，这也是8951比8031使用更加广泛的原因之一。
2. 硬件电路图
8031单片机扩展一片2732程序存储器电路如图6.2所示。
图6.2 单片机扩展2732 EPROM电路
3. 芯片说明
(1) 74LS373
74LS373是带三态缓冲输出的8D锁存器，由于单片机的三总线结构中，数据线与地址线的低8位共用P0口，因此必须用地址锁存器将地址信号和数据信号区分开。74LS373的锁存控制端G直接与单片机的锁存控制信号ALE相连，在ALE的下降沿锁存低8位地址
(2)EPROM 2732
EPROM 2732的容量为4K×8位。4K表示有4×1024（22×210=212）个存储单元，8位表示每个单元存储数据的宽度是8位。前者确定了地址线的位数是12位（A0～A11），后者确定了数据线的位数是8位（O0～O7），目前除了串行存储器之外，一般情况下我们使用的都是8位数据存储器）。2732单一+5V供电，最大静态工作电流为100mA，维持电流为35mA，读出时间最大为250ns。2732 的封装形式为DIP24，管脚如图6.3所示。
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