單片機內部存儲器和I/o口資源有限，多數情況下需要外部擴展。

一、擴展方法和內容

二、總線介紹

單片機并行擴展的典型結構是總線結構。

各擴展部件通過總線與單片機連接起來，相當于系統中各部件掛在總線上，分時利用總線與CPU通訊。

當選中某部件時，可對該部件進行讀寫及控制，而其它部件與總線間處于“高阻態”，相當于與總線斷開。

單片機系統的三總線構造方法如下：

以P0口線作數據總線/低位地址總線4以P2口線作高位地址總線；

采用功能引腳形成控制總線。

以P0口線作數據總線/低位地址總線：先由P0口線作地址總線，把低8位地址送鎖存器，由鎖存器提供給系統；然后再將P0口線作數據總線讀寫數據，從而實現地址總線的低8位地址信號和數據總線共用P0口線而不產生沖突。

以P2口線作高位地址總線：P2口線最多可提供8位高位地址，加上P0口線提供的低8位地址，最多可提供16位地址，可使單片機系統的尋址范圍最大達到64KB。

采用功能引腳形成控制總線：由 RD（P3.6引腳）和 WR（P3.7引腳）作為讀寫選通信號線；由ALE作為地址鎖存信號線，以配合P0口實現分時復用；PSEN以作為片外程序存儲器讀選通信號線；以EA作為片內和片外程序存儲器的選擇信號。

存儲器的基本操作控制，包括片選控制和讀寫操作控制。

線選法：地位地址線（A0~A10）實現片內尋址，高位地址線線（A11~A13）實現片選。線選法連線簡單，但地址空間不連續，適用于擴展容量較小且芯片數目較少的情況。

譯碼法：通過譯碼器將高位地址線轉換為片選信號。譯碼法能有效利用存儲空間，且地址連續，適用于多芯片下的擴展。常用譯碼器芯片有74138等。

三、儲存擴展

地址線：地址是由P0和P2口提供的。ROM的地址線(A0～A15)中，低8位A0～A7通過鎖存器74LS373與P0口連接，高8位A8～A11直接與P2口的P2.0～P2.7連接。

數據線：片外ROM的8位數據線直接與單片機的P0口相連。

控制線：CPU執行ROM中存放的程序指令時，取指階段就是對ROM進行讀操作。讀操作控制線有以下幾條：

地址鎖存信號ALE、片選信號CS、讀選通信號OE、片外程序存儲器的選用控制信號EA

地址鎖存信號ALE：單片機的ALE管腳與鎖存器的鎖存使能端G相連，用于單片機從片外ROM在讀指令時給出低8位地址的鎖存信號。

片選信號CS：低電平有效。如果系統中只擴展了一片程序存儲器芯片，可將該片選端直接接地，使該芯片一直有效。若同時擴展多片，需通過線選法或譯碼法來完成片選工作。

讀選通信號OE：低電平有效。該引腳接8051的片外ROM讀選通信號端PSEN。在訪問片外程序存儲器時，只要該端出現負脈沖，即可從ROM中讀出指令或數據。

片外程序存儲器的選用控制信號EA：當EA引腳接高電平時，CPU只訪問單片機內部的程序存儲器并執行內部程序存儲器中的指令，但當程序存儲量超過內部程序存儲器的最大容量時，將自動轉去執行單片機外部程序存儲器內的程序。當輸入信號引腳接低電平(接地)時，CPU只訪問外部程序存儲器并執行外部程序存儲器中的指令。

在執行片外ROM讀指令時，單片機自動進行的操作時序：

（1）首先由PO口和P2口給出16位地址，然后ALE出現下降沿通知鎖存器將P0口的低8位地址鎖存；

（2）PSEN出現低電平，使片外ROM有效；

（3）根據鎖存器和P2口提供的地址取出指令并送P0口，由P0口讀入單片機執行。

在上述過程中，數據存儲器RAM讀寫信號端WR和RD一直處于高電平狀態，使RAM與總線隔離。

四、控制程序

根據下圖電路編寫程序用數碼管顯示0-9共10個數字循環顯示。

?

#include 
unsigned char led[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//字型碼?


int main(void)
{
    unsigned char i;
    while(1)
  {
      for(i=0;i<10;i++)//循環顯示10個數字
          {
               P1=led[i];
                   delay();//延時一段時間
                 }
  }
}


void delay()//延時函數
{
     int i,j;
      for(i=0;i<3000;i++)
    for(j=0;j<5;j++);
}

?

五、數據儲存擴展

數據存儲器RAM的擴展主要用到以下3個控制信號：

ALE：低8位地址鎖存控制信號，通常接地址鎖存器的LE引腳；

WR：外部RAM寫信號，低電平有效，接數據存儲器的WE引腳；

RD：外部RAM讀信號，低電平有效，接數據存儲器的OE引腳。

在執行片外RAM讀寫指令時，單片機自動進行的操作時序與讀ROM相似：

（1）首先由PO口和P2口給出16位地址，然后ALE出現下降沿將P0口的低8位地址鎖存；

（2）在讀數據時，RD出現低電平，WR出現高電平，使讀片外RAM有效，并根據鎖存器和P2口提供的地址取出數據并送P0口，由P0口讀入單片機。

（3）在寫數據時首先將數據加載到P0口，然后RD引腳出現高電平，WR引腳出現低電平，使寫片外RAM有效，并根據鎖存器和P2口提供的地址將P0口上的數據寫入片外RAM。

六、程序舉例

根據圖8-4編寫程序將數碼管顯示0-9共10個數字的字型碼存儲到6264中，然后從6264中循環讀出字型碼并送數碼管顯示。

#include 
#include  
unsigned char led[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//字型碼


int main(void)
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<10;i++)//存儲10個數字字型碼
  XBYTE[0x8000+i]=led[i];  
  while(1)
  {
      for(i=0;i<10;i++)//循環顯示10個數字
       {
           P1=XBYTE[0x8000+i];
           delay();//延時一段時間
      }
  }    
}
void delay()//延時函數
{
     int i,j;
      for(i=0;i<30000;i++)
    for(j=0;j<5;j++);
}

?

對輸入/輸出口功能的擴展，可以利用簡單的TTL電路或MOS電路，也可以使用結構較為復雜的可編程接口芯片。

MCS-51單片機將I/O口與片外RAM統一編址，兩者合在一起使用同一個64KB的外擴展地址空間，因而，I/O口的輸入、輸出指令也就是片外數據存儲器的讀/寫指令。

簡單輸入擴展主要采用三態數據緩沖器實現，目的是使被選通的輸入設備能獨占數據總線向單片機輸入數據，而未被選通的設備與數據總線隔離。常用的三態數據緩沖器芯片有74LS244等。

簡單輸出擴展主要采用三態數據鎖存器實現，目的是使單片機能通過數據總線向被選通的設備輸出數據，而未被選通的設備與數據總線隔離。常用的三態數據鎖存器芯片有74LS273等。

8051單片機使用74LS373和74LS245展I/O口，分別連接發光二極管和撥碼開關，要求編寫控制程序，通過開關的撥動控制發光二極管的亮滅。

#include 
#include      
#define PORT XBYTE[0xFFFF] //地址寫什么都可以
int main(void)
{
    unsigned char temp;
    while(1)
    {
      temp=PORT; //讀存儲單元操作，即通過74LS245獲取開關數據
      PORT=temp; //寫存儲單元操作，即通過74LS373用開關數據控制發光二極管
    }
}