第六单元 外部数据存储器空间及系统扩展

第六单元外部数据存储器空间

及系统扩展本单元学习要点外部数据存储器空间及在系统扩展时的空间分配。数据存储器与单片机的接口方法。并行接口芯片（8255A）与单片机的接口方法。数模转换器（DAC0832）与单片机的接口方法。模数转换器（ADC0809）与单片机的接口方法。外部数据存储器空间与总线

16位地址线的外部数据存储器空间有64kB89C52通过P0口（作为数据和低8位地址总线）、P2口（作为高8位地址总线）和P3口中的和以及ALE信号可以访问64kB的外部数据存储器空间。

地址编码规则：每个存储单元至少有一个地址。每个地址只能对应一个存储单元。外部数据存储器空间与总线外部数据存储器的地址由16位二进制来表示：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0外接64kB（65536字节）数据存储器。

使用全部地址线如果外接数据存储器的单元个数少于64kB，但大于32kB。

使用全部地址线外接数据存储器的单元个数等于或少于32kB。

可空余部分地址线（空高位时地址连续，空低位时地址不连续（不推荐使用））每个单元可能有多个地址I/O口线与总线

I/O口线（Input/OutputPort

）信号在口线上要保持一定的时间不变：输出最短为一个机器周期时间。

与外设相连的口线在每一时刻可为输入状态或输出状态与多个外设相连的口线，线上只能有一个输出设备（讲者），其他设备有一个可为输入状态（听者），剩余设备为“高阻”状态I/O口线与总线总线（BUS——DB，AB，CB

）

总线上的外设接口必须是三态门总线上只能由一个设备输出，其他除接收设备外，均为“高阻态”总线上数据传送的特点：单片机是总线的控制者。单片机通过地址总线选择欲通过数据总线交换数据的器件。单片机通过“”和“”两根控制信号确定总线上数据的流向和数据在总线上出现的时刻。总线上数据只能在单片机与外设之间交换，而不能在两个外设之间直接交换。通过数据存储器空间的外设扩展

扩展I/O口线、A/DC（模数转换器）和D/AC（数模转换器）等等均通过外部数据存储器扩展空间实现。ADC、DAC均可视为一个外部数据存储单元（一般只分配一个地址），其操作通过数据读写操作完成。每个外设有一个片选端。可通过线选或高位地址译码来实现。通过数据存储器空间的外设扩展1．线选：每个外设用一根地址线去选择

优点：无需要任何译码器

缺点：可连接的外部数据存储器有限2．高位地址译码采用译码器对高位地址线译码给出外设的片选信号。

通过数据存储器空间的外设扩展3/8译码器简介6个输入端：片选端编码端8个输出端1个电源端1个地端三-八译码器图6-274HC138的引脚图外部数据存储器接口常用外部数据存储器

单片机中常用的数据存储器是静态RAM存储器（SRAM）

外部数据存储器接口实例

外扩二片6264RAM

6264只有13根地址线，89C52还有三根是多余的，可采用线选方式，亦可选择译码方式。地址空间并行接口芯片8255A

8255A有3个并行接口，PA、PB和PC。

可以通过软件编程来设置各I/O的工作方式。

8255并行端口PA、PB和PC都为8位，都可被编程为输入或输出两种方式PA口可编程为输入/输出或双向寄存器；PB口可编程为输入/输出；PC口可分为两个4位口使用。PC口还作为PA、PB口工作于选通方式时的状态控制信号。

8255总线接口电路用于实现8255A与单片机芯片的信号连接

数据总线缓冲器：直接与89C51的系统数据总线相连。89C51进行I/O口操作的有关数据、控制字和状态信息都是通过该缓冲器进行传递的。

读/写控制逻辑

：RESET：复位信号，输入，高电平有效（复位8255A，8255A中的所有寄存器被清零，所有端口置为输入方式）。

A1、A0：端口选择信号，输入，8255A的PA、PB、PC和一个控制寄存器（作为没有输入/输出的控制口），共有四个端口，根据A1和A0输入的地址信号来进行寻址。8255总线接口电路A、B组控制电路包括A组控制和B组控制，合在一起构成8位控制寄存器，用于存放各端口的工作方式控制字。

表6-38255A的端口与功能并行端口PA、PB和PC当8255A工作于方式0时，PC0～PC7分为两组（每组4位）并行I/O数据线。

当8255A工作于方式1或2时，PC0～PC7为PA、PB口提供联络和中断信号。

8255A的工作方式及数据I/O操作

方式0（基本输入/输出方式）

在这种工作方式中，PA、PB口及PC口的两个4位口中的任何一个端口都可以被编程设定为输入或输出方式，但不能既作输入又作输出。在作为输入时，输入数据不被锁存，而作为输出时，数据被锁存。在方式0时。方式0适合于数据的无条件传送.8255A的工作方式及数据I/O操作方式1（选通输入/输出方式）在这种工作方式中，PA、PB口分别用于数据的输入或输出，PC口中的某些位作为PA、PB口的联络信号，用于8255A与外设之间、或与单片机之间传送状态信息以及作为中断请求信号。在方式1时，PA、PB口的数据输入、输出都具有锁存功能。8255A的工作方式及数据I/O操作若PA口和PB口都工作于方式1，则PC口中有6位固定的作为PA口和PB口的状态和控制信号，PC口剩下的两位可以编程为输入或输出。若PA口和PB口中有一个工作在方式0，而另一个工作在方式1，则PC口中有3位固定的作为PA口和PB口的状态和控制信号，PC口剩下的5位可以编程为输入或输出。方式1适用于查询中断方式的数据输入/输出8255A的工作方式及数据I/O操作方式2（选通输入/输出方式）在这种工作方式中PA、PB口分别用于数据的输入或输出PC口中的某些位作为PA、PB口的联络信号，用于8255A与外设之间、或与单片机之间传送状态信息以及作为中断请求信号。在方式2时，PA、PB口的数据输入、输出都具有锁存功能。

8255A的工作方式及数据I/O操作只有PA口才能有方式二这种工作方式。此时，PA口既能输入数据又能输出数据，PC口的PC3～PC7用作PA口的输入/输出同步控制信号。工作在方式2时，剩下的3位可以编程为输入或输出。而PB口可以编程工作为方式0或方式1。方式2适用于查询或中断方式的双向数据传送。8255A的数据输入操作操作用于数据输入操作的联络信号：选通脉冲输入信号，低电平有效。外设送来的下降沿将端口数据线上的输入数据锁存到端口锁存器。IBF：输出缓冲器满信号输出，高电平有效。此信号有效表示外设已将数据装入端口锁存器，但CPU尚未读取。在CPU读取端口数据后，IBF将变为低电平，表示端口锁存器空。INTR：中断请求信号，高电平有效。在IBF为高电平，STF信号由低变高时，中断请求信号有效，向CPU发出中断请求。INTE：8255A端口内部的中断允许触发器。只有在INTE为高电平时才允许端口中断请求。INTEA和INTEB分别由PC4、PC2的置位/复位来控制。8255A的数据的输出操作操作：外设响应输入信号，低电平有效。它是外设取走并且处理完8255A的数据后，向单片机发出的响应信号。：输出信号，低电平有效，输出缓冲器满信号。当CPU把数据写入8255A的锁存器后，该信号有效，用来通知外设开始接收数据。外设取走并且处理完8255A的数据后发回来的应答信号使之变为高电平。INTR：中断请求信号，高电平有效。在IBF为高电平，STF信号由低变高时，中断请求信号有效，向CPU发出中断请求。INTE：8255A端口内部的中断允许触发器。只有在INTE为高电平时才允许端口中断请求。INTEA和INTEB分别由PC4、PC2的置位/复位来控制。8255A的8255的控制字

1．方式控制字图6-78255A的工作方式控制字8255A的数据的输出操作操作PC口位控制字

图6-88255A的PC口位控制字8255A与89C51的接口

数据总线DB7~DB0控制总线地址总线片选、A1、A0写出各端口的地址8255A的初始化在8255A开始工作之前，必须根据需要，将相应的控制字写入8255A的控制寄存器中。数模转换器DAC0832

功能：将数字量转变为模拟量

原理：量化误差——DAC位数Ｔ型电阻网络DAC

DAC0832简介

8位单片数字/模拟（D/A）转换器图6-14DAC0832的内部结构DAC0832的各引脚定义

ILE：数据锁存允许信号，高电平有效。：输入寄存器选择信号，低电平有效。

：输入寄存器写选通信号1，低电平有效。和ILE、信号配合，完成第一级输入寄存器的锁存操作。

：输入寄存器写选通信号2，低电平有效。

：数据转移控制信号，低电平有效。和信号配合完成数据从第一级寄存器转移到第二级寄存器。

DAC0832的各引脚定义

VR：基准电压输入。VFB：反馈信号输入，在芯片内部已有反馈电阻。IOUT1和IOUT2：电流输出线。IOUT1和IOUT2的和为常数。IOUT1随DAC寄存器的内容线形变化。VCC：电源，接＋5V。DGND：数字电源地。AGND：模拟信号地。

DAC0832与89C52的接口电路

模数转换器ADC的三个基本功能：抽样、量化和编码。通常ADC的分辨率越高，需要的转换时间就越长，转换速度就越低

现有的模数转换技术主要包括以下几种： 并行比较型 逐次逼近比较型 积分型 压频变换型 流水线型和∑-Δ型。

AD转换电路的基础理解定义和内容1分辨率：对应一个数字输出的模拟输入电压有一定的幅度范围，若超过这个幅度范围，数字输出就会发生变化，这样能分别的电压范围叫做分辨率。通常用LSB（LeastSignificantBit)表示。AD转换电路的基础理解定义和内容2量化和量化误差：将幅度连续取值的模拟信号变为只能取有限个某一最小当量的整数倍数值的过程称为量化。通过量化将连续量转换成离散量，必然存在类似于四舍五入产生的误差，最大误差可达到1LSB的1/2。此误差叫做量化误差。AD转换电路的基础理解定义和内容2量化和量化误差：AD转换电路的基础理解定义和内容3精度：理想的ADC是指不含量化误差以外的误差，但实际上由于使用的元件和噪声等产生各种误差。精度是表示所含误差的比例，用刻度的百分比或PPM表示。精度分为绝对精度和相对精度。并行比较型模数转换器

优点：速度最快，

采样速率可达1GSPS（每秒采样）缺点：分辨率不高；功耗大；成本高。并行比较型模数转换器的分辨率最高不会超过8位。商品的并行比较型模数转换器的分辨率常常为6位。逐次逼近比较型模数转换器

由于逐次逼近比较型ADC同时具有较高的速度和较高的分辨率，因而应用最广、品种最多。分辨率从8位到16位，采样速度从几十kHz到几十MHz。图6-17逐次逼近比较型ADC组成方框积分型模数转换器

双积分型ADC的原理图与工作过程

优点：分辨率较高(16位)，功耗低，成本低。缺点：转换速度低商品：3位半，4位半模数转换器与89C52接口实例

模数转换器ADC0809简介

8位逐次逼近型单一＋5V供电

片内有带锁存功能的8路模拟开关

可对0～5V、8路模拟信号分时进行转换完成一次转换的时间约需100μs（每秒10k次）数字输出信号具有TTL三态锁存器模数转换器ADC0809ADC0809的引脚图ADC0809的内部结构ADC0809的各引脚定义

D0～D7：8位二进制数字量输出端口。IN0～IN7：8路模拟量输入端口。A、B、C：模拟输入通道地址的输入端口。通过三位二进制编码选择8个模拟输入通道之一。A、B、C三位地址与模拟输入通道的关系列于表6-8中。VCC：电源，接＋5V。GND：电源地。VREF(+)和VREF(-)：基准电压输入端。决定了输入模拟量的量程范围。CLK：时钟信号输入端。时钟频率决定了转换速度，完成一次转换需要64个时钟周期。START：模数转换启动信号输入端，高电平有效