第10章 单片机系统扩展3

1第10章单片机系统扩展由于51单片机片内的ROM和RAM容量、并行I/O端口、串行口、定时器及中断源等资源有限，且相当多的芯片内部没有集成A/D和D/A等功能芯片。在实际应用中经常要考虑人机接口、参数检测、系统监控、报警等需要，会出现内部资源不够用的情况。因此系统扩展是单片机应用系统设计时经常遇到的问题。系统扩展问题，内容主要有外部存储器的扩展和I/O接口部件的扩展。210.1系统扩展概述310.1系统扩展概述51系列单片机有很强的外部扩展能力。外部扩展可分为并行扩展和串行扩展两大形式。早期的单片机应用系统以采用并行扩展为多，近期的单片机应用系统以采用串行扩展为多。外部扩展的器件可以有ROM、RAM、I/O口和其他一些功能器件，扩展器件大多是一些常规芯片，有典型的扩展应用电路，可根据规范化电路来构成能满足要求的应用系统。4并行扩展外部总线构造单片机并行扩展时外部引线分为三组总线：数据线、地址线、控制线。系统扩展就是将需要的外部资源挂接到这三组总线上，使其能够与CPU正确通信，完成数据交换。5并行扩展外部总线构造6图(a)89C51扩展的并行三总线图(b)89C51地址总线扩展电路7构造系统总线1.以P0口作地址／数据总线此处的地址总线是指系统的低8位地址线。因为P0口线既用作地址线，又用作数据线(分时使用)，因此，需要加一个8位锁存器。在实际应用时，先把低8位地址送锁存器暂存，然后再由地址锁存器给系统提供低8位地址，而把P0口线作为数据线使用。82.以P2口的口线作高位地址线如果使用P2口的全部8位口线，再加上P0口提供的低8位地址，便可形成完整的16位地址总线，使单片机系统的寻址范围达到64KB。但实际应用系统中，高位地址线并不固定为8位，需要用几位就从P2口中引出几条口线。构造系统总线93.控制信号线使用ALE作为地址锁存的选通信号，以实现低8位地址的锁存；以/PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号；以/EA信号作为内、外程序存储器的选择信号；以/RD和/WR作为扩展数据存储器和I/O端口的读/写选通信号。执行MOVX指令时，这两个信号分别自动有效。构造系统总线10P2口具有输出锁存功能，不需外加锁存器。P0、P2口用作数据、地址总线后，不能再作为其它I/O口使用。可以看出，尽管MCS-51单片机号称有4个I/O口，共32条口线，但由于系统扩展的需要，真正能作为数据I/O使用的，就只剩下P1口和P3口的部分口线了。特别需要强调的是，程序存储器不应再采用外扩的方案。说明：11存储器地址空间分配实际系统设计中，既需要扩展程序存储器、又需要扩展数据存储器以及I/O接口，不同类型的芯片中存储单元数量不同，如何把片外的两个64KB地址空间分配给各个程序存储器、数据存储器及I/O芯片，使一个地址唯一对应一个存储单元，避免单片机发出一个地址时，同时访问两个单元，发生数据冲突。这就是存储器地址空间分配问题。12存储器地址空间分配在单片微机应用系统中，为了唯一地选择片外某一存储单元或I/O端口，需要进行两次选择。一是必须先找到该存储单元或I/O端口所在的芯片，称为“片选”，二是通过对芯片本身所具有的地址线进行译码，然后确定唯一的存储单元或I/O端口，称为“字选”或“单元选择”。“片选”保证每次读或写时，只选中某一片存储器芯片或I/O接口芯片。常用的方法有“线选法”和“译码法”。13存储器地址空间分配为实现片选，存储器芯片都有片选引脚。同时也都有多条地址线引脚，以便进行单元选择。“片选”和“单元选择”都是单片机通过地址线一次发出的地址信号来完成选择。通常把单片机系统的地址线笼统地分为低位地址线和高位地址线，“片选”都是使用高位地址线。实际上，16条地址线中的高、低位地址线的数目并不是固定的，只是习惯上把用于“单元选择”的地址线，都称为低位地址线，其余的为高位地址线。1415线选法利用单片机高位地址总线作为存储器芯片（或I/O接口芯片）的片选信号，即将高位地址线的某一根地址线与扩展芯片的片选引脚直接相连，该地址线为低电平时，选中该芯片。16线选法A11A12A13A14A15CSD0--D7A0--A10地址总线（3）（4）（5）RAM2KB（1）（2）CSCSCSCS数据总线RAM2KBRAM2KBRAM2KBRAM2KB17线选法优点：电路简单，不需其他外围器件，体积小，成本低。缺点：可寻址的器件数目受到限制；各外围器件的地址空间不连续，不能充分利用存储空间，每一个存储单元的地址不唯一，这会给程序设计带来一些不方便。所以线选法一般只用于不太复杂的系统中，复杂系统一般采用译码法实现。18译码法利用译码器对单片机的某些高位地址线进行译码，其译码输出作为存储器芯片（或I/O接口芯片）的片选信号。译码法是一种最常用的存储器地址分配的方法，这种方法存储空间连续，能有效地利用存储器空间，适用于大容量多芯片的存储器扩展。19译码法20译码法译码法又分为全译码和部分译码每个片选信号对应8KB的地址空间21译码法22译码法23存储器扩展存储器是计算机系统中的记忆装置，用来存放要运行的程序和程序运行所需要的数据。单片机系统扩展的存储器通常使用半导体存储器，根据用途可以分为程序存储器（一般用ROM）和数据存储器（一般用RAM）两种类型。24存储器扩展单片机系统存储器的扩展主要包括：程序存储器和数据存储器的扩展。程序存储器扩展比较方便，一般都是扩展一片并行接口的EPROM、EEPROM或Flash，如常用的EPROM芯片有27C64（8KB）、27C256（32KB）和27C512（64KB）；数据存储器的扩展按芯片采用的接口技术不同，可分为并行接口的芯片和串行接口的芯片扩展。.254.2.1程序存储器ROM扩展26读写存储器RAM扩展静态RAM典型型号有:6116、6264、62128、62256。278.5.2读写片外RAM操作时序28RAM和EPROM的综合扩展扩展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROM。RAM选6264，EPROM选2764。各芯片地址空间分配控制信号及片选信号29RAM和EPROM的综合扩展