MCS51单片机的系统扩展技术解析

"单片机的系统扩展主要涉及外部程序存储器、数据存储器和I/O接口功能部件的扩展，这是为了满足单片机在实际应用中对于存储容量和功能的需求。MCS51系列单片机，如8031，虽然内部集成了基本的存储器和I/O接口，但在特定情况下，这些资源可能不足，因此需要通过外部扩展来增强系统的功能和性能。 7.1 概述 单片机系统扩展是单片机应用系统设计的关键环节，它允许我们根据项目需求增加存储空间和输入输出接口。MCS51系列单片机提供了强大的扩展能力，可以通过标准的集成电路和电路设计实现各种不同的应用系统。 7.1.1 单片机系统总线 系统总线是连接单片机各个组件的共享信号线，包括地址总线、数据总线和控制总线。地址总线用于指定内存或外设的位置，数据总线则传输数据，而控制总线协调整个通信过程，包括读写信号、时钟信号等。在扩展系统时，这些总线起着至关重要的作用。 7.1.2 外部程序存储器扩展 当单片机内部的程序存储器容量不足时，可以扩展外部EPROM或Flash存储器。例如，8051单片机通常有固定的内部ROM大小，如果需要更大的程序存储空间，可以连接外部EPROM如27CXX系列，通过地址线和控制线实现对程序代码的读取。 7.1.3 数据存储器扩展 单片机的内部数据存储器（RAM和ROM）有限，为了存储更多数据，可以扩展SRAM或EPROM来提供额外的存储空间。使用片选线和地址总线，可以使得单片机能够访问多个外部数据存储器芯片。 7.1.4 I/O接口扩展 MCS51单片机的I/O口通常是有限的，对于需要大量输入输出的系统，可以通过扩展接口芯片如74系列逻辑门、I2C或SPI接口芯片，甚至串行通信模块如UART，来增加I/O端口的数量。 7.2.1 三态门和总线缓冲器 在扩展系统时，为了防止总线上的信号被多个设备同时驱动，需要使用三态门和总线缓冲器来控制信号的传输，确保总线的正确操作。 7.2.2 总线仲裁 在多设备共享总线的系统中，总线仲裁是必要的，它决定了哪个设备可以在特定时间控制总线进行数据传输。MCS51单片机的扩展设计中，总线仲裁策略需谨慎处理，以避免数据冲突。 7.3 存储器映射和I/O空间 单片机的存储空间分为内存空间和I/O空间，通过地址线的不同范围分配，使得单片机能够区分数据存储和I/O操作。 7.4 芯片选择 在扩展系统时，需要正确选择外部芯片，如存储器类型、容量以及I/O接口芯片的功能，以满足系统的特定需求。此外，还需要考虑芯片的速度和功耗与单片机的兼容性。 7.5 系统扩展实例 通过具体的电路设计和编程示例，学习如何将外部存储器和I/O接口与单片机连接，并进行有效的数据交换和控制。 通过学习这一章，读者可以深入理解MCS51单片机的系统扩展原理，掌握设计和应用单片机外部资源的方法，从而构建出满足不同需求的单片机应用系统。