标签: [整理]单片机原理第8章单片机的系统扩展  
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ppt 第8章 单片机的系统扩展,8.1 相关知识链接,一、 概述 MCS-51单片机提供了完整的外部数据总线、地址总线和控制总线。很多接口电路做成了标准通用接口芯片,有其独立的总线。用户根据系统的需要,选择适当的接口芯片与单片机的总线对应接好,然后通过程序设定其工作方式,便能组成满足用户需求的单片机应用系统。 值得注意的是,MCS-51单片机的地址总线和数据总线是分时复用的,共同用一组I/O口,即P0口。在应用中,为了能正确分离出从P0口送出的地址信号和数据信号,需要在P0口外部加上地址锁存器,将P0口送出的地址信号锁存,这样就构成了一般的微处理器所具有的独立的数据、地址、控制三大总线,如图8-1所示。在图8-1中,由8031单片机的P0口送出的低8位地址是在ALE锁存信号变高的同时出现的,并在ALE由高到低变化时将P0口的地址信号锁存到外部的地址锁存器中,直到下一次ALE变高,地址总线的数据才发生变化。,8.1 相关知识链接,1. 单片机的总线 所谓总线是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。按照功能通常把系统总线分成地址总线、数据总线、控制总线。 (1)地址总线 地址总线用于传送单片机的地址信号,以便进行存储单元和I/O口的选择。地址总线是单向传输,只能从单片机向外部端口发送。地址总线的数目决定了可以直接访问的存储单元的数目。若有n条地址总线,则具有2n个编码状态,对应2n个存储单元地址编码,所能访问的最大地址空间为0~2n-1。MCS-51单片机共有16根地址总线,所能寻址的地址编码范围为0~65535,即通常所说的64KB。 (2)数据总线 数据总线用于单片机与存储器之间或单片机与I/O之间传送数据。数据总线的位数与单片机的数据处理长度一致。如MCS-51单片机是8位字长,故其数据总线的位数也是8位。数据总线是双向传输,可以从单片机到存储器、I/O口,也可以从存储器、I/O口传送到单片机内部。,8.1 相关知识链接,(3)控制总线 控制总线是单片机发出的以控制片外ROM、RAM和I/O口读写操作的一组控制线。 2. 扩展方法 (1)数据总线 由于MCS-51单片机没有提供专门的数据总线,而是与P0口共用。P0口既可以用作低8位地址线,又可以用作系统的数据总线,地址和数据信号分时从P0口输出。在实际使用中,通常在P0口外接一个锁存器,用以在ALE信号下降沿到来时锁存住低8位地址信号,之后P0口输出数据,此时因为ALE无下降沿信号,P0口送出的数据信号不会送到锁存器的输出,故不会影响地址信号。数据线直接和外部端口的数据线相连即可。,8.1 相关知识链接,(2)地址总线 在MCS-51单片机中,除了P0口的低8位地址线,还有P2口的高8位地址线,它们共同组成16位地址线,以实现连续的64KB RAM的寻址。P2口具有锁存功能,输出的高8位地址信号在整个寻址过程中保持不变。P2口有8根数据线,在实际中应根据实际情况,选择满足寻址空间所需的P2口的地址线条数。 (3)控制总线 在单片机系统扩展中,CPU除了提供数据信号、地址信号之外,还需要提供控制信号。MCS-51单片机除了提供专门的控制信号线,如:ALE、 、 等,还提供了P3口的第二功能控制线,具体如下: ALE—锁存信号,用于进行P0口地址线和数据线的分离。 —片外程序存储器“读选通”控制信号。 —外部数据存储器的读选通控制信号。 --外部数据存储器的写选通控制信号。 —程序存储器访问控制信号。当它为低电平时,对程序存储器的访问仅限于外部存储器;为高电平时,对程序存储器的访问从单片机的内部存储器开始,超过片内程序存储器地址时自动转向外部存储器。,8.1 相关知识链接,3. 存储器的介绍 存储器是组成计算机系统的重要部分,用来存放程序和数据。按照存储器的内部结构划分,可以分为随机存储器和只读存储器。按使用属性分,可将半导体存储器分为RAM和ROM。 (1)随机存储器 根据RAM的结构和功能,RAM又分为两种类型:静态随机存储器(SRAM)和动态随机存储器(DRAM)。SRAM依靠双稳态触发器的两个稳定状态保存信息。每个双稳态电路存储一位二进制代码0或1,一块存储芯片上包含许多个这样的双稳态电路。双稳态电路是有源器件,需要电源才能工作,只要电源正常,就能长期稳定的保存信息,所以称为静态存储器。如果断电,信息将会丢失,属于易失性存储器。而DRAM存储电路以电容为基础,靠芯片内部电容电荷的有无来表示信息,为防止由于电容漏电所引起的信息丢失,就需要在一定的时间间隔内对电容进行充电,这种充电的过程称为DRAM的刷新。,8.1 相关知识链接,静态随机存储器(SRAM): 读写速度快,生产成本高,多用于容量较小的高速缓冲存储器。 动态随机存储器(DRAM):读写速度较慢,集成度高,生产成本低,多用于容量较大的主存储器。 (2)只读存储器 只读存储器是一种只能读出而不能写入和修改信息的存储器,其存储的信息是在制作该存储器时就被写入的。在计算机工作过程中,ROM中的信息只能被读出,而不能写入新的内容。计算机断电后,ROM中的信息不会丢失,即在重新加电后,其中保存的信息仍然是断电前的信息,仍然可以被读出。ROM通常用来存放一些固定的程序、数据和系统软件等,如检测程序等。只读存储器除了ROM外,还有PROM、EPROM、EEPROM等类型。PROM是可编程只读存储器,它在制造时不写入数据和程序,而是由用户根据需要用专用设备自行写入,一旦写入就不能再次修改。EPROM是可擦除可编程只读存储器。与PROM相比,EPROM是可以用专用设备反复多次擦除和写入内容的只读存储器。但EPROM中的内容的擦除方法是用紫外线照射。 EEPROM是电可擦除可编程只读存储器,在擦除与编程方面更加方便。不论哪种ROM,其中存储的信息不受断电的影响,具有永久保存的特点。,8.1 相关知识链接,8.2 程序存储器扩展,一、典型的只读存储器芯片Intel 2764 Intel 2764是一种+5v的8KB存储器芯片。其中,27是系列号,64与它的存储容量有关。这个系列的产品与存储容量的对应关系如表所示,此处只对Intel 2764进行介绍。,1. 引脚功能 2764是28引脚的EPROM,存储容量为8KB,其引脚如图所示。 2764的第26脚为NC,表示不用。 A0~A12是13根地址线。 D0~D7是8根数据线,也有标为O0~O7的。 是输出允许信号,由用户控制。高电平时,使数据线处于高阻态;低电平时,数据线处于读出状态。 是片选信号,用于控制本芯片是否工作。高电平时,本芯片不工作;低电平时,选中本片工作。 是编程脉冲输入线。用于控制本芯片处于正常工作状态还是编程状态。高电平时,本芯片处于正常工作状态。若给它一个50ms的负脉冲,则它与Vpp引脚上的21V高压配合使芯片处于编程状态。,8.2 程序存储器扩展,2. 工作方式 2764共有五种工作方式,下表列出了2764的工作状态和相应引脚线上电平的关系。,8.2 程序存储器扩展,二、单片机与2764的连线 1. 8031的引脚P0.0~P0.7不经过锁存器与2764的数据线D0~D7相连,完成数据线扩展。 2. 8031的引脚P0.0~P0.7经过锁存器与2764的地址线A0~A7相连,P2.0~P2.4直接与2764的地址线A8~A12相连,完成地址线扩展。 3. 8031的程序存储器访问控制端 与2764的输出允许端 相连完成控制线的扩展。 4. 8031的引脚P2.6经非门与2764片选端 相连,进行片选控制。这种接法称为线选法。 5. 8031没有片内程序存储器,对程序的访问完全在片外进行,因此将其 端接地。 扩展后的逻辑结构如下图所示。,8.2 程序存储器扩展,8.2 程序存储器扩展,三、确定存储器的地址范围 根据图8-3的电路接法,P2.5、P2.7与寻址无关,均设为“1”。P2.6经非门与片选端相连,当它为“1”时,可使得片选端有效。这种利用一根地址线与存储器的片选端相连的方法称为线选法。 根据图中的接线分析,此片2764的地址范围是0E000H~0FFFFH。地址范围的分析参见表8-3。 表8-3 2764的地址范围分析 表中第一行代表单片机的地址线。 表中第二行代表2764的引脚与单片机对应引脚相连,N代表无关。 表中第三行代表2764工作时单片机应该输出电平,对应最小地址0E000H。 表中第四行代表2764工作时单片机应该输出电平,对应最大地址0FFFFH。 其余在最小地址和最大地址之间的地址(0E000H~0FFFFH),变化的只是A0~A12地址线的数值。 在确定芯片的地址范围时,对未使用的P2口线可以任意设置,这就出现了多个地址对应同一个存储单元的情况,称为地址重复。,8.2 程序存储器扩展,四、程序举例 【例题8-1】 按照图8-3的接法,外部扩展一片EPROM 2764,检验查表指令的运行。读取2764中从地址1000H单元开始的30个字节的数据,存放入片内RAM中,从地址40H开始存放,然后转入片外2764中地址1000H处执行程序。2764中程序的功能是,在P1口输出0~F不断变化的数据,用数码管显示这个数据。 程序如下: ORG 0000H MOV R7,#30 ;转移30个字节的数据 MOV R0,#40H MOV A,#00H MOV DPTR, #1000H LP: MOVC A,@A+DPTR MOV @R0,A INC R0 INC DPTR MOV A,#00H DJNZ R7,LP,8.2 程序存储器扩展,下面程序的功能是:在P1口输出0~F不断变化的数据 LJMP 1000H END ORG 1000H MOV R2,#00H MOV A, R2 STAR: MOV P1,A INC R2 MOV A, R2 ANL A, #0FH SJMP STAR END,8.2 程序存储器扩展,8.3 数据存储器扩展,一、典型的随机存取存储器芯片Intel 6264 Intel 6264是一种静态RAM芯片。其中,62是系列号,64与它的存储容量有关,是说明其中有64K位的存储容量,8K字节。这个系列的产品有62128,16K字节;62256,32K字节。此处重点介绍Intel 6264芯片。 1. 引脚功能 6264、62128、62256都是28引脚的静态RAM,其引脚如图所示。,6264的存储容量为8KB,有13根地址线A0~A12。62128的存储容量为16KB,是6264的2倍,比6264多1根地址线, 62128的第26脚为A13。62256的存储容量为32KB,是6264的4倍,比6264多2根地址线,62256的第26脚为A13、第1脚为A14。 D0~D7是6264的8根数据线。 是输出允许信号,控制从6264中读出的数据是否送到数据线上,低电平有效。 是写选通信号,控制6264是否处于写状态,低电平有效。 CS1和 是片选信号,用于控制本芯片是否工作。CS1为高电平、 为低电平时,选中本片工作;否则本片不工作。,8.3 数据存储器扩展,2. 工作方式 6264有五种工作方式,表8-4列出了6264的工作状态和相应引脚线上电平的关系。,8.3 数据存储器扩展,二、数据存储器扩展 下面以8051单片机扩展1片6264为例,说明单片数据存储器扩展。如图8-5所示。 1. 逻辑连线 (1)8051的引脚P0.0~P0.7不经过锁存器与6264的数据线D0~D7相连,完成数据线扩展。 (2)8051的引脚P0.0~P0.7经过锁存器与6264的地址线A0~A7相连,P2.0~P2.4直接与6264的地址线A8~A12相连,完成地址线扩展。 (3)8051数据存储器访问控制端 与6264的输出允许控制端 相连,数据存储器写访问控制端 与6264的写选通信号端 相连完成控制线的扩展。 (4)片选信号,直接连接固定电平。,8.3 数据存储器扩展,2.地址范围 P2.5与P2.7与寻址无关,均设为“1”。因此,此片6264的地址范围是0E000H~0FFFFH。如果把P2.6设为1,P2.5设为0,P2.7设为1,则其地址为C000H~CFFFH。这三位还可以设为另外的值,地址就不同了。这就出现了重复地址,使用哪一个都可以,效果相同。 3.程序举例 【例题8-2】外部数据存储器中有一个数据块,首地址为SOUSE,将该数据块传送到内部数据区以DIST开始的单元,直到遇到*结束(*也要传递,*的ACSII是2AH)。 程序如下: ORG 1000H MOV R0, #DIST MOV DPTR, #SOUSE LOOP: MOVX A, @DPTR MOV @R0, A INC DPTR INC R0 CJNE A, #2AH, LOOP SJMP $,8.3 数据存储器扩展,8.4 输入输出口扩展技术,一、简单I/O口扩展 1. 用并行口扩展I/O口 只要根据“输入三态,输出锁存”与总线相连的原则,选择73LS系列的TTL电路或MOS电路既能组成简单的扩展I/O口。例如采用8位三态缓冲器74LS244组成输入口,采用8D锁存器74LS273,74LS373,74LS377等组成输出口。 由于MCS-51单片机是将外部I/O口和外部RAM统一编址的,每个扩展的接口相当于一个扩展的外部RAM单元。因此,访问外部接口和访问外部RAM一样使用MOVX类指令。所以,在连接芯片时,可利用执行MOVX类指令时产生的 和 信号参加片选。 图8-6给出了一种简单的输入、输出口扩展电路。输出控制信号由P2.7和 来合成,当两者同时为低电平时,“或”门输出低电平,将P0口数据锁存到74LS273,其输出控制发光二极管LED。当某线输出为低电平时,该线上的LED发光。输入控制信号由P2.7和 合成,当两者同为低电平时,选通74LS244,将外部信息输入到总线。无键按下时,输入全为1;若按下某键,则所在线输入为0。 可见,输入和输出都是在P2.7为0时有效,虽然输入口和输出口占有相同的地址空间,但由于它们分别由 和 信号控制,仍然不会发生冲突。 对于图8-6来说,如果需要实现的功能是按下任意一个键,对应的LED发亮,则程序如下: LOOP: MOV DPTR ,#07FFFH ; 数据指针指向I/O口地址 MOVX A, @DPTR ;