单片机及接口技术：第9章单片机总线与系统扩展

1、 单片微型计算机与接口技术 (第4版) 第9章 单片机总线与系统扩展 学习内容 单片机系统总线与扩展方法 程序存储器的扩展 数据存储器的扩展 并行I/O接口的扩展单片机最小系统: 使单片机能运行的最少器件构成的系统有ROM芯片：89c51等+复位+晶振电路单片机的系统扩展:外接RAM、ROM或I/O接口等，以满足应用系统的需要 9.1 单片机系统总线和系统扩展方法 单片机是通过地址总线，数据总线和控制总线与外部交换信息 9.1.1 单片机系统总线信号 由图： 1）P0分时传送低8位地址/数据信息，用ALE信号锁存低8位地址A0-A7，以分离地址和数据信息 2）P2口传送高8位地址A8-A15

2、3 )PSEN为外ROM的控制信号，在取指令码时或执行MOVC指令时有效； RD、WR为外RAM和I/O口的读、写控制信号,执行MOVX指令时有效9.1.2 外围芯片的引脚规律计算机接口芯片引脚：1，数据线引脚：通常为8根（并行通信）2，地址线引脚：根数取决于存储单元的个数或I/O接口内寄存器（又称为端口）的个数（如下表）地址线（N根）10111213141516单元数（2N个）1024(1K）2048（2K）4096（4K）8192（8K）16384(16K)32768(32K)65536(64K)3，控制线、片选线引脚：（通常低电平有效） 读控制信号OE*（输出允许）或 RD*（读允许）

3、写控制信号WE*（写允许）或WR*（写） 片选引脚CS*(或CE*)选中使用总线 9.1.3 系统扩展的方法（三总线上挂芯片） 单片机外围芯片连线时应遵守原则： 数据线的连接: D0-D7(单片机) D0-D7(外围芯片)2. 控制线的连接: PSEN* (单片机)OE* (外ROM) RD* (单片机)OE*/RD*(外RAM,I/O) WR* (单片机)WE*/WR*(外RAM,I/O) 3. 地址线的连接: A0-A15(单片机) 字选/片选(外围芯片)字选：片内选择，地址总线A0与芯片A0引脚等对应 连接片选：芯片选择，信号有效,外芯片才被选中； 通过线选法、译码法进行片选； 一类芯片

4、仅一片时片选端可接地注意： 控制线相同,地址线不能相同 地址线相同,控制线不能相同系统扩展结构如下图:9.1.4 地址译码器1使用逻辑门译码（略）2利用译码器芯片 74LS139 （双2-4译码器） 74LS138 （3-8译码器） 74LS154 （4-16译码器） 学习74LS138译码器 9.2 存储器的扩展 9.2.1 存储器的基本知识 存储器：用来存储程序或数据的集成电路或介质1半导体存储器的分类分为只读存储器ROM和随机存储器RAMROM 特点: 只读、掉电后信息不丢失 用途：存放程序、常数和表格, 构成程序存储器RAM 特点：能读能写，掉电后信息会丢失 用途：存放现场数据、中间结

5、果等经常要改变的数 RAM又分为静态存储器(SRAM)和动态存储(DRAM)2半导体存储器的指标（略） 例9-2 用8K8的存储芯片组成容量为64K8的存储器：1，共需几个芯片？共需多少根地址线？其中几根作字选线？几根作片选线？2，若用74LS138进行地址译码，试画出译码电路，并标出其输出线的选址范围.3，若改用线选法，能够组成多大容量的存储器？试写出各线选线的选址范围。 1，（64K8）/（8K8）=8, 共需要8片芯片。64K=65536=216，组成64K的存储器共需16根地址线。芯片8K=8192=213， 即13根作字选线，为A12A0，16-13=3， 即3根作片选线，为A15A

6、132，地址译码电路对A15A13进行译码，译码电路及译码输出线的选址范围如图所示： 3进（ A15A13）8出（Y0*Y7*） 能组成容量为64K8的存储器A15CA14BA13AA12A11 A10A9A8A7A6 A5A4A3 A2 A1A000100000000000000011111111111111地址范围：2000H3FFFH （8K）译码法：Y1*2000H3FFFH？A15A13各选一片8K8芯片，组成容量为24K8的存储器A15、A14和A13所选芯片的地址范围分别为：6000H7FFFH、A000HBFFFH和C000HDFFFHA15A14A13A12A11 A10A9

7、A8A7A6 A5A4A3 A2 A1A010100000000000001011111111111111地址范围：A000HBFFFH （8K）3，线选法:A14=0时,(A15=A13=1两高一低) A000HBFFFH？9.2.2 程序存储器的扩展(三总线上挂ROM)1， EPROM 和 EEPROM的扩展 应满足单片机对其控制的时序要求 PSEN*:外部ROM的选通信号，取指令码和执行 MOVC指令时有效 时序图:ALE、PSEN*、P0和P2配合使程序存储器扩展 E2PROM的性能 常用E2PROM如表9-2，特点： *单+5V供电，电可擦除可改写 *使用次数为1万次，信息保存时间为

8、10年 *读出时间为ns级，写入时间为ms级 *芯片引脚信号与相应的RAM和EPROM芯片兼容型 号引 脚 数容量/字节引脚兼容的存储器28162817286428C25628F51228F01028F02028F040 24 28 28 32 32 32 32 32 2KB 2KB 8KB 32KB 64KB 128KB 256KB 512KB 2716，6116 2764，6264 27C256 27C512 27C010 27C020 27C040 扩展ROM，应满足单片机的时序要求 PSEN*:外ROM的选通信号，取指令码和执行 MOVC指令时有效 时序图:ALE、PSEN*、P0和P

9、2配合使程序存储器扩展一个机器周期P08XX51扩展2864/2732硬件电路如图9-11所示。图中2864即可作为数据存储器，又可作为程序存储器。由于只扩展了一片，片选端接地。2864引脚 E2PROM的使用非常简单方便 2864引脚如图：WR 8XX51单片机扩展程序存储器2732的电路图 扩展其他EEPROM EPROM的方法与上图同， 差别:不同的芯片的存储容量不同，使用地址线不同 扩展2716 （2KB）需要11根地址线 (需A8-A10 三条高位地址线) 扩展2764 （8KB）需要13根地址线 (需要A8-A12 五条高位地址线) 扩展27128（16KB)需要14根地址线 (需

10、要A8-A13六条高位地址线) 这是因为 存储器单元=2N N为地址线的根数(A0起) 1K=1024=2102 FLASH存储器的扩展 为EEPROM的改进， 基本同E2PROM的扩展 9.3 数据存储器的扩展 (三总线上挂RAM) 51单片机只有128字节内RAM，需更多RAM时，可片外扩展，可扩展最大容量为64KB 下面介绍单片机对片外RAM进行读、写操作的时序 1. 外RAM的读周期 (MOVX A，Ri 或 MOVX A，DPTR 时) 2. 外RAM的写周期 (MOVX Ri, A 或 MOVX DPTR ,A时) 区别: 1)读片外RAM:RD*有效,WR*无效，PSEN*无效

11、写片外RAM:WR*有效,RD*无效，PSEN*无效 2)访问片外ROM:有读无写,PSEN*选通,一个MC内ALE 二次有效 (MOVC类) 访问片外RAM:有读有写,RD*/WR*选通,一个MC内 ALE一次有效 (MOVX类) 3)片内ROM:无选通信号 (仍为MOVC类) 片内RAM:无选通信号 (MOV类) 8XX51单片机扩展8KB静态RAM 6264的电路图： 要把A累加器中内容写入外部数据RAM1050H地址单元，其程序可为： MOV P2，#10H MOV R1，#50H MOVX R1，A 或 MOV DPTR，#1050H MOVX DPTR，A 例:将外部数据RAM10

12、50H地址单元中的内容读入A累加器，可有如下两种程序。第一种 MOV P2，#10H ；端口提供高8位地址 MOV R1，#50H ；Ri提供低8位地址 MOV A，R1第二种 MOV DPTR，#1050H MOVX A，DPTR ；DPTR提供16位地址 实际设计和开发时，程序可放在RAM，可方便调试和修改，可将程序存储器和数据存储器混合使用。 方法：将RD*信号和PSEN*相“与”后连到RAM的读选 通端OE即可以实现，见图9-17程序存储器和数据存储器混合使用图9-17 9.5 并行I/O接口的扩展 (三总线上挂I/O芯片) 外部扩展后, 提供给用户的I/O口只有P1或 P3的部分 I

13、/O口扩展:视为外部RAM的一部分 扩展特点:统一编址，相同的控制信号、寻址 方式和指令、时序 扩展芯片:中小规模集成芯片(简单I/O) 可编程接口芯片(如8155, 8255等)9.5.1 中小规模集成芯片扩展图9-20为8XX51扩展一个输入接口244 和一个输出接口273 的电路. 20例9-3 在图9-20中，将74LS244的输入数据从74LS273输出, 使用如下指令:MOV DPTR, #0FEFFH ;DPTR指向扩展I/O地址MOVX A, DPTR ;从244读入数据 (RD*有效)MOVX DPTR，A ;向273输出数据 (WR*有效) 9.5.2 可编程并行接口芯片的

14、扩展可编程并行接口芯片:通过编程设定工作方式，有三总线引脚，和CPU或MCU连接非常方便。 学习：扩展8255接口芯片有3个8位数据口:A口,B口,C口(其中C口可作为两个四位口),通过PA PB PC引脚和外设相连，还有一个控制口，口地址由A1,A0决定A1 A00 0 A口0 1 B口 0 C口1 1 控制口RD WR 读写控制CS 片选端8255可编程接口芯片8255的工作方式控制字（写, A1A011） # 一定80H，写入控制口 D7D6D5D4D3D2D1D00标志不用C口的位选择置位/复位注意：在写此控制字之前必须先写工作方式控制字 使PC3位输出“1”控制字为00000111B

15、(07H) 使PC3位输出“0”控制字为00000110B(06H)8255的C口置位/复位控制字（写, A1A011） # 一定80H ， 写入控制口）8255三种工作方式:方式0 (基本方式),无需查询，可进行输入或输出 方式1 (选通方式）,此时C口某几位为A口的联络线,某几位为B口联络线,需要查询或中断后才能输入或输出方式2 (双向方式）仅A口有 工作方式通过方式控制字选择 例9-6 图9-24是一个用8XX51扩展1片8255的电路，8255的A口接输出设备（8个发光二极管），B口接输入设备（8个开关），C口不用，均采用方式0，将8255 B口输入的开关置的数据从A口输出，要求开关合

16、上的对应LED亮。编出程序段。分析：由图可知，P2.7=0选中8255，A1 A0(P2.1 P2.0)为00,01对应A口和B口,为11时对应控制口.其余地址写1.A口,B口,控制口地址分别为7CFFH,7DFFH,7FFFH.设定A口方式0输出, B口方式0输入,控制字10000010B82H编程如下： MOV DPTR, #7FFFH ;DPTR指向控制口 MOV A, #82H MOVX DPTR, A ;控制字写入控制口 MOV DPTR, #7DFFH ;DPTR指向B口 MOVX A, DPTR ;从B口输入数据 CPL A ;开关合上的对应LED亮 DEC DPH ;DPTR指

17、向A口 MOVX DPTR, A ;从A口输出 SJMP $ ；踏步，一次性9.6 存储器和I/O口扩展电路 图9-25是一个用8XX51扩展 1片2732(EPROM); 2片6116(SRAM); 1片8255(可编程并行接口)的电路2732A11 用8XX51扩展1片2732(EPROM), 2片6116(SRAM)和1片8255(可编程并行接口)的电路P2.0 P2.3 0000H-0FFFH6116(1) E800H-EFFFH6116(2) D800H-DFFFH8255 BFFCH-BFFFH 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 0 0 0

18、 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0FFFH 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 E800H 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 EFFFH 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D800H 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 DFFFH 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 BFFCH 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 BFFFH 2732仅一片,片选端接地。图中采用线选法:P2.46116(1) P2.56116(2) P2.68255P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0A15 A14 A13 A12 A