《微计算机与微处理器》第9章 单片机系统总线及扩展

单片机的系统扩展电子实验中心赵建课件密码：studE—mail:[e-mail]成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology总线简介总线的概念：所谓总线，就是连接系统中主机和各扩展部件的公共信号线。各个外围功能芯片通过三组总线与单片机相连，达到系统扩展的目的，这三组总线是数据总线、地址总线和控制总线。根据总线的结构，可按照需要对单片机系统进行相应的扩展设计了。成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology总线结构成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology三总线介绍数据总线（DB：DataBus）数据总线用于外围芯片和单片机之间传送数据，它是双向的，可以由单片机往外围芯片传送数据，也可以从外围芯片传送数据到单片机，还包括从外部程序存储器读取指令。51单片机的数据传递是用8根线同时进行的，即它的数据总线宽度是8位的，数据总线由P0口提供。地址总线（AB：AddressBus）51单片机共有16根地址信号线，即它的地址总线宽度是16位的，地址总线由P0口提供低8位A0-A7（必须外加锁存器），P2口提供高8位A8-A15，可操作的单元为216，共64K空间。控制总线（CB：ControlBus）除了数据总线和地址总线外，单片机同外围芯片传送数据时，还需要一些控制信号来保证数据传送并决定如何进行数据传送，如数据传送的方向，将P0口的数据和地址分离等，这些信号线就是控制总线。对于某一根信号而言是单向的，对于所有的控制总线而言是双向的。成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology总线扩展所有的总线扩展片外资源，除ROM以外，都当成RAM处理。ROM和RAM的地址可以重叠而不会相互影响。因为访问这两部分所用的指令是不同的。MOVX用于访问外部RAM空间；MOVC用于访问ROM空间（片内片外都使用该指令）成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology总线扩展电路图成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology锁存器简介常用的锁存芯片是74HCT573。74HCT573是带三态门的8D锁存器，OE端为三态控制信号，应接地允许锁存的地址信号输出。LE端为锁存控制信号，高电平有效，即在LE为高电平时锁存器的输出状态Q0-Q7和输入状态D0-D7相同，当LE为低时，输出保持不变，与输入状态无关。成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology锁存器简介（二）GQDGDDDQQQOE:::GQDGQD74LS373OEGALE80C31D7::D0Q7::Q0P2P0ABDB成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology驱动器件介绍LSHCHCTTTLCMOSCMOSVCC=5VVCC：3—6V通常取5V与TTL兼容H（高电平）≥2.8VH（高电平）≥90%VCCL（低电平）≤0.8VL（低电平）≤10%VCCLS器件和HC器件的区别成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology总线扩展方法（一）在总线扩展中，P0口既作数据总线使用，又作地址总线的低8位使用，是在不同的时间表示数据和地址，这是芯片管脚的复用方法，扩展时要把P0口的数据信号和地址信号分离开来，分离的方法是利用ALE信号进行地址锁存。P0口的地址和数据复用图成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology总线扩展方法（二）在总线扩展中，除了正确连接数据总线和地址总线外，还需要注意控制总线的连接方法。RD与WR用于控制数据传送的方向，均为低电平有效，RD有效时表示单片机从外围器件读取数据；WR有效时表示单片机向外围器件写入数据。PSEN用于读取外部程序存储器，同样是低电平有效。EA用于选择单片机的程序存储器空间，当EA为高电平时，系统复位后PC指针指向片内0000H地址空间；当EA为低电平时，系统复位后PC指针指向片外0000H地址空间。成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology程序存储器的扩展（一）由于半导体技术的发展，单片机片内的程序存储器通常已经够用，扩展的情况比较少见了。即使扩展，只选择一片存储器芯片也可满足要求，一般选择FlashROM扩展程序存储器。因为其使用方便、价格适宜，存储量大，已经得到广泛的应用，也常用于MCS-51单片机的程序存储器扩展。其常用芯片为AT29010，容量为128K×8。图9-12三种封装AT29010A的引脚图TSOP封装的引脚图DIP封装的引脚图PLCC封装的引脚图成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology程序存储器的扩展（二）使用一片AT29C010A的扩展电路成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology程序存储器的扩展（三）单片机读取扩展程序存储器指令成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology程序存储器的扩展（四）扩展程序存储器AT29C010A的读时序成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology数据存储器的扩展（一）MCS-51系列单片机内部的数据存储器容量为128或256个字节，在通常的简单控制系统中还是足够的，如果需要扩展，外部的最大容量为64KB。前面已经提到其它功能芯片在三总线的扩展方式中，也采用数据存储器的操作方式，需要占用地址，因此在有其它功能芯片的扩展系统中，数据存储器的扩展容量就不足64KB了。成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology数据存储器的扩展（二）数据存储器的一般连接方法成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology数据存储器的扩展（三）WR1.地址总线的连接存储器地址总线的高8位A8-A15直接与单片机P2口对应信号相连，低8位A0-A7与P0口锁存后的信号相连。2.数据总线的连接存储器的8位数据信号线直接与P0口对应相连。3.控制总线的连接RD是单片机读取片外数据存储器的控制信号，与存储器的读控制信号RD连接。单片机的信号连接数据存储器的WR信号。ALE控制锁存器分离地址和数据信号，EA信号根据程序存储器的使用连接。成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology数据存储器的扩展（四）单片机读取扩展数据存储器的时序成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology数据存储器的扩展（五）单片机写数据到扩展数据存储器的时序成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology扩展数据存储器地址计算扩展数据存储器的地址计算是指当电路完成后，根据电路计算对应的数据存储器的地址。当系统中有多个扩展器件时，通常选用线选法、译码法等方法实现CPU对不同器件的选择，并进行数据传输的。当输出一地址时，只选择其中一个芯片处于工作状态，其他芯片不工作，这样在数据传输时就不会造成数据传输错误的问题了，选择芯片通常是采用片选信号来进行操作的。成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology扩展数据存储器地址计算举例成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology扩展数据存储器地址计算举例成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology扩展数据存储器地址计算举例地址计算实际上就是当给出一个地址时，根据地址线上电平的情况，只选通该器件，而此地址对于其他器件是无效的，也就是只使被选中的器件使能端口有效，而其他器件在该地址下，使能端无效。通常把这个地址叫做这个器件的器件地址。在系统扩展时，因为操作方式的关系，即使扩展的器件不是RAM，但是操作时都是使用MOVX指令，因此可以把外围的这些器件都当成一个RAM使用，比如A/D、D/A和其他一些接在总线上的数字芯片。成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology扩展数据存储器地址计算举例成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology微处理器数据传送方式单片机和外设工作速度的差异使其在交换数据或通信时，有不同的数据传送方式，以达到高效、方便的数据交换。通常有以下几种方式：1、无条件传送方式2、查询传送方式3、中断传送方式4、直接存储器存取方式（DMA）成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnologyI/0的总线扩展方式51单片机有四个I/O端口，通常能满足使用要求，但在使用三总线方法扩展的系统中，就只有一个P1口了，如果不够的话，可扩展I/O端口。一般采用下面两种扩展方法：1、用74LS××系列TTL芯片扩展简单的I/O口；常用的典型芯片为74LS244和74LS245，74LS373和74LS573。2、用可编程接口芯片扩展I/O口。常用的典型芯片为8255A。成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnologyI/0的总线扩展方式成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnologyI/0的扩展（四）如果端口数量较多，可以使用专门的I/O扩展芯片进行I/O口的扩展。8255A是INTEL公司生产的通用可编程并行I/O接口芯片，共有3个并行接口，均可以使用软件编程来设置其工作方式，因此使用比较方便和灵活。D034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6GND7VCC268255A成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology8255A结构图成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology8255A端口组合功能表CSRDWRA1A0通道选择与操作功能00100PA口－数据总线00101PB口－数据总线00110PC口－数据总线01000数据总线－PA口01001数据总线－PB口01010数据总线－PC口01011数据总线－控制寄存器1××××数据总线呈高阻态00111非法条件011××数据总线呈高阻态成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology8255A方式控制字成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology8255A连接图举例分析成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnologyI/0的非总线扩展方式成于大气信达天下ChengduUniversityofInformationTechnology数模和模数转换接口介绍MCS-51单片机常用于工业控制和智能仪表中，