单片机系统扩展技术

1、第四章第四章 单片机系统扩展技术单片机系统扩展技术 第一节 系统扩展概述 一、单片机典型扩展方法一、单片机典型扩展方法 通过系统总线将各扩展部件连接起来，以使各部件之间传送数据、地址和控制信号。 二、单片机系统总线构造二、单片机系统总线构造 总线是连接计算机各部件的一组公共信号线，按其功能通常分为地址总线(AB)、数据总线(DB)和控制总线(CB)。 DB：P0口。AB：P2、P0口。 P0P0口是分时复用分时复用的双向数据总线双向数据总线和低低8 8位地址总线位地址总线，增加一个8位锁存器，通过对锁存器的控制实现对地址（低8位）和数据的分离。地址锁存器地址锁存器74LS373真值表： OE

2、G D Q L H HH L H LL L L 不变 H 高阻 CB：控制信号线 。ALE：地址锁存选通信号（高电平有效）。PSEN：扩展程序存储器（外部ROM）读选通信号（低电平有效）。EA：内外程序存储器的选择信号（低电平有效）。RD和WR：扩展外部数据存储器（RAM）的读、写选通信号（低电平有效）。第二节 存储器的扩展一、典型RAM和ROM芯片介绍随机存储器（RAM）：读写两种操作，分为静态（SRAM）和动态（DRAM）两种。可编程ROM（PROM）：内容只能写一次。可改写ROM（EPROM）：紫外线擦除。可改写ROM（EEPROM）：）：电擦除。快擦写ROM：flashROM。6116

3、-2K SRAM6116-2K SRAM6116引脚功能A0A10地址线 CE选片 OE读D0D7数据线A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccA8A9WEOEA10CED7D6D5D4D36116写 WE2732-4K EPROM2732-4K EPROM27322732引脚功能引脚功能A0-A11地址线 CE选片 OE/Vpp输出允许/编程电源O0-O7数据线A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2GNDVccA8A9A11OE/VppA10CEO7O6O5O4O32732二、存储器扩展的基本方法1、存储器扩展的基本问题。 扩展容量：16根地址线最大可扩展到64K。 扩

4、展要解决的问题：地址线、扩展芯片在64K范围内所占的地址范围。 存储器扩展的编址：存储芯片片的选择、片内单元的编址。 选择芯片的方法：片选技术。2、存储器扩展的片选技术片选两种方法: 线选法线选法和片选法。片选法。（1）线选法 线选法用低位地址线对片内的存储单元低位地址线对片内的存储单元进行寻址进行寻址，用余下的高位地址线分别接至余下的高位地址线分别接至芯片的片选端芯片的片选端，以区分各芯片的地址范围。线选法扩展存储器的缺点： 各芯片间地址不连续。 有相当数量的地址不能使用。eg1 扩展三片2K存储芯片（6116），试用线选法给出接线图和地址。编址： P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P

5、2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7P0.0 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7A01号片 00 1 10 0 0 0 00H 00 1 10 1 1 1 FFH2号片 00 1 01 0 0 0 00H 00 1 01 1 1 1 FFH3号片 00 0 11 0 0 0 00H 0 0 0 11 1 1 1 FFH地址范围：1# 3000H37FFH 2# 2800H2FFFH 3# 1800H1FFFH（2）片选法 将低位地址总线直接连至各芯片的地址线,将高位地址总线经地址译码器译码后作为各芯片的片选信号。 一般使用2/4译码器、3/8译码器，对P2口高位地址线进

6、行译码，适用于大规模扩展。 74LS138译码器的引脚图、真值表ABCG2AG2BGY7GNDVccY0Y1Y2Y3Y4Y5Y61 162 153 144 135 126 117 108 9 eg2 扩展三片2K存储芯片（6116），试用片选法给出接线图和地址。编址：P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7P0.0 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7A01号片 00 0 00 0 0 0 00H 00 0 00 1 1 1 FFH2号片 00 0 01 0 0 0 00H 00 0 01 1 1 1 FFH3号片 00 0 10 0

7、 0 0 00H 0 0 0 10 1 1 1 FFH地址范围： 1# 0000H07FFH 2# 0800H0FFFH 3# 1000H17FFH扩展接线结构如图：三、存储器扩展实例eg3 线选法扩展二片2K容量6116，一片4K容量2716。2716：0000H07FFH 6116（1）：0000H07FFH6116（2）：0800H0FFFH第三节 I/O接口的扩展一、 I/O接口技术概述1.CPU和外部设备之间数据传送特点外部设备工作速度差异很大。慢速设备：开关、继电器等；快速设备：磁盘等。CPU无法按固定时序协调各方的工作。外部设备种类繁多：机械式、机电式、电子式。外部设备数据信号多

8、样化：电压信号、电流信号、数字量、模拟量等。外部设备数据传送有近距离、远距离。2.接口电路主要功能 速度协调 数据锁存 三态缓冲 总线隔离技术总线隔离技术：任一时刻，只允许一个数据源使用数据总线。其余数据源都和数据总线隔离。隔离。 信号转换3.I/O数据传送方式 无条件传送方式 外部设备总是处于“准备好”状态，无须测试，随时可以传送数据。 查询方式 有条件数据传送，I/O操作之前，检查I/O设备状态，确认已为输入输出作好准备，实行数据传送。 中断方式二、简单I/O扩展 简单输入口的扩展 解决的是数据输入的缓冲问题。 利用三态缓冲器可以实现，当输入设备被选通时使数据总线与数据源连通；当输入设备未

9、被选通时把数据总线与数据源隔离。 简单输出口的扩展 实现数据保持。 输出口的扩展通常使用锁存器芯片。三、可编程并行接口芯片 可编程I/O扩展：还具有状态寄存状态寄存和命令寄存命令寄存功能，通过软件编程方式，确定扩展芯片的工作方式。 典型芯片：8255A，81551可编程并行接口8255A结构201918171615141312111098765543212122232425262728293031323334353637383940A825521032104567010123PBPBPBPCPCPCPCPCPCPCPCAAGNDCSRDPAPAPAPA34567765432107654PBPB

10、PBPBPBVccDDDDDDDDRESETWRPAPAPAPA引脚功能： CS：片选信号（低电平有效） RD：读信号（低电平有效） WR：写信号（低电平有效） A0、A1：端口选择信号 RESET：复位信号（高电平有效） D0D7：双向三态数据总路线 PA：8位I/O口 PB：8位I/O口 PC：8位I/O口 Vcc ：电源+5V GND；地8255A的端口寻址和操作10000000CS 1100100A1 1010010A0 1111000RD 0000111WR/CBACBA控制寄存器控制寄存器选中端口选中端口高阻抗高阻抗写控制字写控制字口口写写口口写写口口写写口口读读口口读读口口读读操

11、作操作CBACBA8255A工作方式方式方式0：基本输入：基本输入/输出方式输出方式 两个8位口PA、PB及两个4位口，输入/输出的任意组合。 适用于无条件数据传输。也可以对C口进行位操作。以C口某一位状态，实现查询方式数据传送。方式方式1：选通输入：选通输入/输出方式（应答输出方式（应答I/O方式）方式） PA、PB用于数据输入/输出，PC为数据传送联络信号。方式方式2：双向数据传送方式：双向数据传送方式 只有PA，能选择该工作方式，适用PC5位口线作控制线。PA工作于方式2下，则PB只能工作在方式0。PC口联络信号定义01234567PCPCPCPCPCPCPCPCINTRBIBFBSTB

12、BINTRASTBAIBFA输入输入INTRBOBFBACKBINTRAACKAOBFA输出输出INTRASTBAIBFA输入输入INTRAACKAOBFA输出输出口口C1方方式式2方方式式数据输入STB：选通脉冲（输入），低电平有效。IBF：输入缓冲器满信号（输出），高电平有效。此信号有效，数据已装入8255A锁存器。状态信号状态信号INTR：中断请求信号（输出），高电平有效。当IBF为高电平，信号由低变高，中断请求信号有效。STBIBFINTR数据输出ACK：外设响应信号（输入），低电平有效。当外设取走数据，并处理完，向单片机发回响应信号。OBF：输出缓冲器满信号（输出），低电平有效。状态

13、信息状态信息。输出数据写入8255A锁存器后，信号有效，启动外设接收数据。INTR：中断请求信号（输出），高电平有效。ACKOBFINTR8255A控制字工作方式控制字工作方式控制字11AA01 C口低半字节输入1 ，输出0B口：输入1 ，输出0方式选择0：方式0，1：方式1组组B2D1D0D7D6D5D4D3D方式选择00方式0，01方式1，1方式2C口高半字节输入1，输出0A口：输入1，输出0组组A设定工作方式标志，1有效C口位置位/复位控制字 C口位置位/复位控制字一种对C口的位操作命令，直接把C口的某位置成1或清0。特征是最高位为0。MCS-51和8255A的接口方法 下图为MCS-5

14、1和8255A的一种接口逻辑。PA口、PB口、PC口、控制口的地址分别为：7FFCH、7FFDH、7FFEH、7FFFH。2. RAM/IO扩展器81558155片内资源： 256B的静态RAM 两个可编程的8位并行口PA、PB 一个可编程的6位并行口PC 一个可编程的14位减法计数器TC8155结构引脚功能：AD0AD7：地址/数据复用线 I/O口地址或RAM单元地址，ALE下降沿触发锁存8位地址。ALE：地址锁存信号 ALE的下降沿将P0口输出的低8位地址信息、8155的CE和IO/M的状态锁存到8155内部寄存器。IO/M：I/O与RAM选择信号 0：对RAM进行读写；1：对I/O进行读

15、写CE：片选信号RD、WR：读、写选通信号TIME IN、TIME OUT：定时计数器的计数脉冲输入和输出引脚。 PA、PB：两个8位口，编程选定输入输出方式PC口：6位输入/输出口。在A口和B口以选通方式(中断方式)进行数据传送时，PC口提供联络信号。各联络信号的定义 543210PCPCPCPCPCPC输出输出输出输出输出输出ASTBABFAINTRBSTBBBFBINTRASTBABFAINTR控制端口控制端口PA控控制制端端口口PB,PA8155的命令/状态寄存器命令寄存器命令寄存器：8位寄存器（锁存器）定义8155的工作方式。状态寄存器状态寄存器：7位寄存器（锁存器）锁存I/O口和定

16、时/计数器的当前状态。 两寄存器用一个口地址一个口地址，命令寄存器命令寄存器只能写入，状态寄存器状态寄存器只能读出。PAPB1PC2PCIEAIEB1TM2TM：输出：输出输入输入1:000：A、B基本I/O，C输入；01：A、B基本I/O，C输出；10：A选通I/O，B基本I/O；11：A、B选通I/OA中断允许，1允许B中断允许，1允许定时器工作方式00：不影响计数器工作01：停止计数10：达到计数值停止11：启动计数8155命令字格式命令字格式8155状态字格式INTR：A口中断请求标志；BF：缓冲器满标志；INTE：A口、B口中断允许标志；TIMER：定时器/计数器中断请求标志。AIN

17、TRABFAINTEBINTRBBFBINTETIMER RAM单元及单元及I/O口编址口编址 通过8位地址线AD0AD7进行编址，通过IO/M 端口的电平，确定当前寻址是RAM还是I/O口。 6个可寻编址I/O端口1100002AD0011001AD1010100AD位位计数器高计数器高定时定时位位计数器低计数器低定时定时口口口口口口状态寄存器状态寄存器命令命令选择选择8/8/PCPBPA/8155与与MCS-51单片机连接单片机连接8155和MCS-51兼容信号有：AD0AD7、ALE、RESET、 、 。可以直接相连。RDWR当P0.7P0.3=00000对应6个可编址端口。范围00H0

18、7H。当P0.7P0.3为其它组合时，对应RAM，地址为08HFFH1M/IO 0AD7AD7 . 0P0 . 0P RESETWRRDALERESETWRRDALEM/IO80518155CEAD0PRESETWRRDALERESETWRRDALEM/IO80518155CE0 . 2P1 . 2PPAPBPC以高位地址直接作为 信号M/IO对8155使用16位编址当 时，8155内部RAM地址为：0000H00FFH；当 时，8155端口地址为：0100H0105H1M/IO 0M/IO 8155的定时器的定时器/计数器计数器14位减法计数器位减法计数器两个8位寄存器构成27MD16MD135TD124TD113TD102TD91TD80TD77TD66TD55TD44TD33TD22TD11TD00TD输出方式输出